2010 sah HENRY EVANS einen Roboter im Fernsehen. Es war ein PR2 des Robotikunternehmens Willow Garage, und Charlie Kemp, Professor für Robotik an der Georgia Tech, demonstrierte, wie der PR2 eine Person lokalisieren und ihr eine Flasche Medizin bringen konnte. Für die meisten Zuschauer an diesem Tag war der PR2 kaum mehr als eine Neuheit. Aber für Evans hatte der Roboter das Potenzial, das Leben zu verändern. „Ich habe mir PR2 als meinen Ersatzkörper vorgestellt“, sagt Evans. „Ich stellte mir vor, es als eine Möglichkeit zu nutzen, meine physische Umgebung wieder zu manipulieren, nachdem ich jahrelang nur im Bett gelegen hatte.“
Acht Jahre zuvor, im Alter von 40 Jahren, arbeitete Henry als CFO im Silicon Valley, als er aufgrund eines Geburtsfehlers einen Schlaganfall-ähnlichen Anfall erlitt und über Nacht zu einem nicht sprechenden Menschen mit Tetraplegie wurde. „Eines Tages war ich 1,80 m groß und wog 90 kg. „Ich war schon immer sehr unabhängig, wahrscheinlich mit einem Fehler.“ Mit einem Schlag wurde ich von allem völlig abhängig…. Alles, was ich tun möchte, muss ich jemand anderen bitten und bin darauf angewiesen, dass er es tut.“ Evans kann seine Augen, seinen Kopf und seinen Hals bewegen und seinen linken Daumen leicht bewegen. Er kann einen Computer steuern Mithilfe von Kopfbewegungen und einer Bildschirmtastatur tippte er den Mauszeiger mit etwa 15 Wörtern pro Minute. So kommunizierte er für diese Geschichte mit IEEE Spectrum.
Henry Evans rasiert sich 2012 mit Hilfe eines PR2-Roboters.
Nachdem Evans und seine Frau Jane Kontakt zu Kemp von der Georgia Tech aufgenommen und mit Willow Garage zusammengearbeitet hatten, begannen sie mit den Robotikern an einem Projekt namens Robots for Humanity zusammenzuarbeiten. Ziel war es, Wege zu finden, die Unabhängigkeit von Menschen mit Behinderungen zu erweitern und ihnen und, was ebenso wichtig ist, ihren Betreuern zu helfen, ein besseres und erfüllteres Leben zu führen. Der PR2 war die erste von vielen unterstützenden Technologien, die von Robots for Humanity entwickelt wurden, und Henry konnte den Roboter schließlich zum ersten Mal seit einem Jahrzehnt (unter anderem) dazu nutzen, sich selbst zu rasieren und seinen Juckreiz zu kratzen.
„Roboter waren für mich schon immer Science-Fiction“, erzählte mir Jane Evans. „Als ich diese Reise zum ersten Mal mit Henry begann, kam ich nie in den Sinn, dass ich einen Roboter in meinem Haus haben würde. Aber ich sagte Henry: ‚Ich bin bereit, dieses Abenteuer mit dir anzunehmen.‘ Jeder braucht einen Sinn im Leben. Henry verlor diesen Sinn, als er in seinem Körper gefangen war, und zu sehen, wie er einen neuen Sinn annahm – das gab meinem Mann sein Leben zurück.“
Henry betont, dass ein Hilfsmittel nicht nur die Unabhängigkeit des behinderten Menschen erhöhen, sondern auch das Leben der Pflegekraft erleichtern muss. „Pflegekräfte sind sehr beschäftigt und haben kein Interesse (und oft auch keine Begabung dafür) an Technologie“, erklärt er. „Wenn es also nicht ganz einfach einzurichten ist und ihnen keine nennenswerte Zeitersparnis bringt, wird es ganz einfach nicht genutzt.“
Obwohl der PR2 viel Potenzial hatte, war er zu groß, zu teuer und zu technisch für den regulären Einsatz in der Praxis. „Es hat 400 $ gekostet,000“, erinnert sich Jane. „Es wog 400 Pfund. Es könnte unser Haus zerstören, wenn es auf Dinge stößt! Aber mir wurde klar, dass der PR2 wie die ersten Computer ist – und wenn es das ist, was man braucht, um zu lernen, wie man jemandem hilft, ist es das wert.“
Für Henry und Jane war PR2 eher ein Forschungsprojekt als ein hilfreiches Werkzeug. Das Gleiche galt für Kemp an der Georgia Tech – ein so unpraktischer Roboter wie der PR2 konnte außerhalb eines Forschungskontexts niemals einen direkten Einfluss haben. Und Kemp hatte größere Ambitionen. „Von Anfang an haben wir versucht, unsere Roboter in echte Häuser mitzunehmen und mit echten Menschen zu interagieren“, sagt er. Um dies mit einem PR2 zu erreichen, waren die Unterstützung eines Teams erfahrener Robotiker und eines Lastkraftwagens mit elektrischer Hubtür erforderlich. Acht Jahre nach Beginn des Robots for Humanity-Projekts hatten sie immer noch keinen Roboter, der praktisch genug war, damit Menschen wie Henry und Jane ihn tatsächlich benutzen könnten. „Das fand ich unglaublich frustrierend“, erinnert sich Kemp.
Im Jahr 2016 begann Kemp mit der Entwicklung eines neuen Roboters. Der Roboter würde jahrelange Fortschritte bei Hardware und Rechenleistung nutzen, um viele der Dinge zu tun, die der PR2 tun konnte, aber auf eine einfache, sichere und erschwingliche Weise. Kemp fand in Aaron Edsinger einen Seelenverwandten, der wie Kemp einen Doktortitel erworben hatte. am MIT unter Rodney Brooks. Anschließend war Edsinger Mitbegründer eines Robotik-Startups, das 2013 von Google übernommen wurde. „Ich war frustriert über die Komplexität der Roboter, die für Manipulationen in häuslichen Umgebungen und in der Nähe von Menschen gebaut wurden“, sagt Edsinger. „[Kemps Idee] hat viele Probleme auf elegante Weise gelöst.“ Im Jahr 2017 gründeten Kemp und Edsinger Hello Robot, um ihre Vision Wirklichkeit werden zu lassen.
Der von Kemp und Edsinger entworfene Roboter heißt Stretch. Es ist klein und leicht und kann problemlos von einer Person bewegt werden. Und mit einem kommerziellen Preis von 20 US-Dollar000 kostet Stretch nur einen winzigen Bruchteil der Kosten eines PR2. Die geringeren Kosten sind auf die Einfachheit von Stretch zurückzuführen – es verfügt über einen einzigen Arm mit gerade genug Freiheitsgraden, um sich auf und ab sowie aus- und einzuziehen, sowie über ein Handgelenk, das sich vor und zurück beugen lässt. Der Greifer am Ende des Arms basiert auf einem beliebten (und kostengünstigen) unterstützenden Greifwerkzeug, das Kemp bei Amazon gefunden hat. Die Sensorik konzentriert sich auf funktionale Anforderungen, mit grundlegender Hindernisvermeidung für die Basis sowie einer Tiefenkamera an einem Schwenk- und Neigekopf an der Oberseite des Roboters. Stretch ist auch in der Lage, grundlegende Aufgaben autonom auszuführen, wie etwa das Greifen von Gegenständen und das Bewegen von Raum zu Raum.
Dieser minimalistische Ansatz zur mobilen Manipulation bietet Vorteile, die über die Erschwinglichkeit von Stretch hinausgehen. Es kann schwierig sein, Roboter manuell zu steuern, und jedes zusätzliche Gelenk erhöht die Komplexität. Selbst für nichtbehinderte Benutzer kann die Steuerung eines Roboters mit vielen verschiedenen Freiheitsgraden über eine Tastatur oder ein Gamepad mühsam sein und erfordert umfangreiche Erfahrung, um gut zu funktionieren. Die Einfachheit von Stretch kann es zu einem praktischeren Werkzeug machen als Roboter mit mehr Sensoren oder Freiheitsgraden, insbesondere für unerfahrene Benutzer oder für Benutzer mit Beeinträchtigungen, die ihre Interaktion mit dem Roboter möglicherweise einschränken.
Ein Stretch-Roboter unter der Kontrolle von Henry Evans hilft seiner Frau Jane bei der Essenszubereitung und beim Aufräumen.
„Das Wichtigste, was Stretch für einen Patienten tun kann, ist, seinem Leben einen Sinn zu geben“, erklärt Jane Evans. „Das bedeutet, dass man zu bestimmten Aktivitäten beiträgt, die das Haus am Laufen halten, sodass man sich nicht wertlos fühlt. Stretching kann die Belastung des Pflegepersonals etwas verringern, so dass das Pflegepersonal mehr Zeit mit dem Patienten verbringen kann.“ Henry ist sich dieser Belastung sehr bewusst, weshalb sein Fokus bei Stretch auf „alltäglichen, sich wiederholenden Aufgaben liegt, die sonst Zeit für die Pflegekraft in Anspruch nehmen“.
Vy Nguyen ist ein Ergotherapeut, der mit Hello Robot zusammengearbeitet hat, um Stretch in eine Pflegerolle zu integrieren. Mit einem Small Business Innovation Research-Stipendium der National Institutes of Health in Höhe von 2,5 Millionen US-Dollar und in Zusammenarbeit mit Wendy Rogers von der University of Illinois Urbana-Champaign und Maya Cakmak von der University of Washington hilft Nguyen dabei, Wege zu finden, bei denen Stretch nützlich sein kann Das tägliche Leben der Evans.
Es gibt viele Aufgaben, die für den Patienten frustrierend sein können, wenn er sich auf die Pflegekraft verlassen muss, sagt Nguyen. Mehrmals pro Stunde leidet Henry unter Juckreiz, den er nicht kratzen kann und den er als schwächend bezeichnet. Anstatt Jane um Hilfe bitten zu müssen, kann Henry stattdessen Stretch bitten, ein Kratzwerkzeug in die Hand zu nehmen und den Roboter zu verwenden, um die juckenden Stellen selbst zu kratzen. Auch wenn dies wie eine relativ kleine Sache erscheint, ist sie für Henry von enormer Bedeutung, da sie seine Lebensqualität verbessert und gleichzeitig seine Abhängigkeit von Familie und Betreuern verringert. „Stretch kann die Lücke zwischen den Dingen, die Henry vor seinem Schlaganfall getan hat, und den Dingen, die er jetzt tun möchte, schließen, indem es ihm ermöglicht, seine alltäglichen Aktivitäten und persönlichen Ziele mithilfe eines Roboters auf andere und anpassungsfähige Weise zu erledigen“, erklärt Nguyen. „Stretch wird zu einer Erweiterung von Henry selbst.“
Dies ist eine einzigartige Eigenschaft eines mobilen Roboters, die ihn für Menschen mit Behinderung besonders wertvoll macht: Stretch gibt Henry eine eigene Handlungsmacht in der Welt, die Möglichkeiten eröffnet, die weit über die traditionelle Ergotherapie hinausgehen. „Die Forscher sind sehr kreativ und haben mehrere Verwendungsmöglichkeiten für Stretch gefunden, die ich mir nie hätte vorstellen können“, bemerkt Henry. Durch Stretch konnte Henry mit seinen Freunden Poker spielen, ohne auf einen Teamkollegen angewiesen zu sein, der seine Karten verwaltet. Er kann Rezepte an einen Drucker senden, sie abrufen und sie Jane in die Küche bringen, während sie kocht. Er kann Jane dabei helfen, Mahlzeiten auszuliefern, Geschirr für sie abzuräumen und sogar einen Wäschekorb in die Waschküche zu transportieren. Einfache Aufgaben wie diese seien vielleicht die sinnvollsten, sagt Jane. „Wie geben Sie dieser Person das Gefühl, dass ihr Beitrag wichtig und lohnenswert ist? Ich habe gesehen, dass Stretch das nutzen kann. Das ist großartig.“
Eines Tages benutzte Henry Stretch, um Jane eine Rose zu schenken. Zuvor sagt sie: „Jedes Mal, wenn er Blumen für mich pflückte, dankte ich Henry zusammen mit der Betreuerin. Aber als Henry mir über Stretch die Rose überreichte, gab es niemanden außer ihm, dem ich danken konnte. Und die Freude darüber.“ Sein Gesicht, als er mir diese Rose überreichte, war unglaublich.
Henry konnte Stretch auch nutzen, um mit seiner dreijährigen Enkelin zu interagieren, die noch nicht alt genug ist, um seine Behinderung zu verstehen, und die ihn zuvor, sagt Jane, als so etwas wie ein Möbelstück betrachtete. Durch Stretch konnte Henry mit seiner Enkelin, die ihn „Papa Wheelie“ nennt, kleine Basketball- und Bowlingspiele spielen. „Sie weiß, dass es Henry ist“, sagt Nguyen, „und der Roboter hat ihr geholfen, ihn als eine Person zu sehen, mit der man auf sehr coole Art und Weise mit ihr spielen und Spaß haben kann.“
Die Person, die am härtesten daran arbeitet, Stretch in ein praktisches Werkzeug zu verwandeln, ist Henry. Das bedeutet, „den Roboter an seine Grenzen zu bringen, um zu sehen, was er alles kann“, sagt er. Während Stretch körperlich in der Lage ist, viele Dinge zu tun (und Henry hat diese Fähigkeiten durch die Entwicklung maßgeschneiderten Zubehörs für den Roboter erweitert), besteht eine der größten Herausforderungen für den Benutzer darin, den richtigen Weg zu finden, dem Roboter genau zu sagen, wie er das tun soll, was er tun soll machen.
Henry arbeitete mit den Forschern zusammen, um eine eigene grafische Benutzeroberfläche zu entwickeln, die die manuelle Steuerung von Stretch mit mehreren Kameraansichten und großen Bildschirmtasten erleichtert. Aber das Potenzial von Stretch für einen teilweise oder vollständig autonomen Betrieb ist letztendlich das, was den Roboter am erfolgreichsten machen wird. Der Roboter verlasse sich auf „eine ganz besondere Art von Autonomie, die sogenannte assistive Autonomie“, erklärt Jane. „Das heißt, Henry hat die Kontrolle über den Roboter, aber der Roboter macht es Henry einfacher, das zu tun, was er tun möchte.“ Das Aufheben seines Kratzwerkzeugs beispielsweise ist unter manueller Steuerung mühsam und zeitaufwändig, da der Roboter genau in die richtige Position gebracht werden muss, um das Werkzeug zu greifen. Durch die unterstützende Autonomie erhält Henry eine höhere Kontrolle, sodass er Stretch anweisen kann, sich selbstständig in die richtige Position zu bewegen. Stretch verfügt jetzt über ein Menü mit vorab aufgezeichneten Bewegungsunterprogrammen, aus denen Henry auswählen kann. „Ich kann dem Roboter beibringen, schnell eine Reihe von Bewegungen auszuführen, aber ich habe immer noch die vollständige Kontrolle über diese Bewegungen“, sagt er.
Henry fügt hinzu, dass es derzeit die größte Herausforderung ist, die unterstützende Autonomie des Roboters so weit zu bringen, dass er funktionsfähig und einfach zu bedienen ist. Stretch kann autonom durch das Haus navigieren und auch Arm und Greifer lassen sich zuverlässig steuern. Es muss jedoch noch mehr daran gearbeitet werden, einfache Schnittstellen (z. B. Sprachsteuerung) bereitzustellen und sicherzustellen, dass sich der Roboter leicht einschalten lässt und sich nicht unerwartet ausschaltet. Schließlich handelt es sich immer noch um Forschungshardware. Sobald die Herausforderungen in Bezug auf Autonomie, Schnittstellen und Zuverlässigkeit gelöst sind, „wird sich das Gespräch auf Kostenfragen drehen“, sagt Henry.
Henry Evans nutzt einen Stretch-Roboter, um sich selbst Rührei zu essen.
Der Preis von 20 $000 für einen Roboter ist beträchtlich, und die Frage ist, ob Stretch nützlich genug sein kann, um seine Kosten für Menschen mit kognitiven und körperlichen Beeinträchtigungen zu rechtfertigen. „Wir werden weiterhin daran arbeiten, Stretch erschwinglicher zu machen“, sagt Charlie Kemp von Hello Robot. „Wir wollen Roboter für zu Hause herstellen, die von jedem genutzt werden können, und wir wissen, dass die Erschwinglichkeit für die meisten Haushalte eine Voraussetzung ist.“
Aber selbst zum aktuellen Preis wird sich der Roboter amortisieren, wenn es Stretch gelingt, in manchen Situationen den Bedarf an menschlicher Pflegekraft zu reduzieren. Menschliche Pflege ist sehr teuer – der landesweite Durchschnitt liegt bei über 5,000 US-Dollar pro Monat für einen häuslichen Gesundheitshelfer, was für viele Menschen einfach unerschwinglich ist, und für einen Roboter, der den Bedarf an menschlicher Pflege um ein paar Stunden reduzieren könnte Eine Woche würde sich innerhalb weniger Jahre amortisieren. Dabei wird der Wert der Pflege durch Angehörige nicht berücksichtigt. Selbst für die Evanses, die eine angestellte Pflegekraft haben, fällt ein Großteil von Henrys täglicher Pflege Jane zu. Dies ist eine häufige Situation, in der sich Familien befinden, und hier kann Stretch auch besonders hilfreich sein: indem es Menschen wie Henry ermöglicht, mehr auf ihre eigenen Bedürfnisse einzugehen, ohne ausschließlich auf die Hilfe anderer angewiesen zu sein.
Henry Evans verwendet seine benutzerdefinierte grafische Benutzeroberfläche, um den Stretch-Roboter so zu steuern, dass er ein Handtuch aufnimmt.
Legen Sie das Handtuch in einen Wäschekorb und schleppen Sie den Wäschekorb dann in die Waschküche.
Stretch weist immer noch einige erhebliche Einschränkungen auf. Der Roboter kann nur etwa 2 Kilogramm heben, sodass er beispielsweise weder Henrys Körper noch seine Gliedmaßen manipulieren kann. Es gibt auch keine Möglichkeit, Treppen hoch- und runterzugehen, ist nicht für den Außenbereich konzipiert und erfordert dennoch viele technische Eingriffe. Und ganz gleich, wie leistungsfähig Stretch (oder Roboter wie Stretch) werden, Jane Evans ist sich sicher, dass sie niemals in der Lage sein werden, menschliche Betreuer zu ersetzen, und das würde sie auch nicht wollen. „Es ist der Blick einer Person zur anderen“, sagt sie. „Es sind die Worte, die aus dir kommen, die Emotionen. Die menschliche Berührung ist so wichtig. Dieses Verständnis, dieses Mitgefühl – das kann ein Roboter nicht ersetzen.“
Stretch ist zwar noch weit davon entfernt, ein Verbraucherprodukt zu werden, aber es besteht durchaus Interesse daran, sagt Nguyen. „Ich habe mit anderen Menschen gesprochen, die an einer Lähmung leiden und die sich eine Dehnung wünschen, um ihre Unabhängigkeit zu fördern und den Umfang der Hilfe zu reduzieren, die sie häufig von ihren Betreuern verlangen.“ Vielleicht sollten wir den Nutzen eines unterstützenden Roboters nicht anhand der Aufgaben beurteilen, die er für einen Patienten ausführen kann, sondern eher danach, was der Roboter für diesen Patienten, seine Familie und Betreuer darstellt. Die Erfahrung von Henry und Jane zeigt, dass selbst ein Roboter mit begrenzten Fähigkeiten enorme Auswirkungen auf den Benutzer haben kann. Je leistungsfähiger Roboter werden, desto größer wird dieser Einfluss.
„Ich sehe definitiv Roboter wie Stretch in den Häusern der Menschen“, sagt Jane. „Wann ist die Frage? Ich habe nicht das Gefühl, dass es noch Äonen dauern wird. Ich denke, wir kommen dem nahe.“ Hilfreiche Heimroboter können nicht früh genug kommen, wie Jane uns erinnert: „Wir werden alle eines Tages dort sein, in irgendeiner Weise, Form oder Form.“ Die menschliche Gesellschaft altert rapide. Die meisten von uns werden irgendwann Hilfe bei Aktivitäten des täglichen Lebens benötigen, und vorher werden wir unseren Freunden und unserer Familie helfen. Roboter haben das Potenzial, diese Belastung für alle zu verringern.
Und für Henry Evans macht Stretch bereits einen Unterschied. „Man sagt, das letzte, was stirbt, ist die Hoffnung“, sagt Henry. „Für Schwerbehinderte, für die wundersame medizinische Durchbrüche zu unseren Lebzeiten nicht möglich erscheinen, sind Roboter die beste Hoffnung auf weitgehende Unabhängigkeit.“
Der Artikel ist auf der Website wiedergegeben:https://spectrum.ieee.org/stretch-assistive-robot (Englisch)