زهرا همتیان، ورودی 98 مهندسی مکانیک
دکتر علیرضا طاهری، در این جلسه پیرامون به‌کارگیری فناوری در آموزش و توان‌بخشی صحبت کردند؛ جایی که فناوری‌های نوینی مانند ربات‌های اجتماعی یا سامانه‌های واقعیت مجازی، در حوزه‌های آموزش و توان‌بخشی می‌توانند استفاده شوند و به‌صورت مستقیم بر جامعه اثرگذار باشند.
رباتیک اجتماعی، به‌عنوان یک مفهوم جوان، صحبت از ربات‌هایی می‌کند که قرار است وارد زندگی آدم‌ها شوند و با آن‌ها تعاملات دیداری، کلامی و احساسی داشته باشند و به‌عنوان دوست، معلم و کمک‌درمان‌گر در زندگی انسان‌ها نقش‌آفرینی کنند.
پژوهش، طراحی و ساخت ربات‌های اجتماعی، روزبه‌روز در حال گسترش است به‌صورتی که تخمین زده می‌شود تا 20، 35 یا حتی 50 درصد از شغل‌های فعلی را که انسان‌ها انجام می‌دهند، سامانه‌های رباتیک انجام خواهند داد. در بررسی ربات‌های موجود در دنیا مشاهده می‌شود که هیچ توافق واحدی بین شکل ربات‌های اجتماعی در گروه‌های مختلف وجود ندارد. هرکسی ترجیح می‌دهد ربات‌های خودش را به شکل انسان، حیوان یا حتی شخصیت‌های کارتونی بسازد. هرکدام از این ربات‌ها توانسته‌اند اثربخشی خاصی در جامعه‌ی هدفشان به‌وجود بیاورند.
تعریف «اوتیسم»، به‌عنوان یکی از جاهایی که رباتیک اجتماعی در آن به‌صورت جدی وارد شده و یک کاربرد مستقیم روانشناسانه دارد، به این صورت است: «اوتیسم یا درخودماندگی، نوعی اختلال در رشد مغز است که توانایی فرد در برقراری تعامل، شکل‌دهی ارتباط با دیگران و پاسخ مناسب به دنیای بیرون را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد». افراد مبتلا به اوتیسم، تمایل زیادی به برقراری ارتباط با دیگران ندارند و ممکن است به چشم‌های شما نگاه نکنند. آن‌ها می‌توانند در بروز مهارت توجه اشتراکی، چه از جنس شروع توجه اشتراکی چه پاسخ به آن، مشکلات جدی داشته باشند.
دلایل قطعی وقوع اوتیسم تا به امروز ناشناخته است اما یک اتفاق جالبی که سبب شده است ما به این حوزه وارد شویم و از دو دهه‌ی قبل مهندسان به‌صورت جدی‌تر وارد شوند، این است که نتیجه‌های مطالعات نشان داده‌اند که کودکان مبتلا به طیف اوتیسم، برخلاف عدم توانایی‌شان در ارتباط برقرارکردن با افراد سالم و یا کودکان هم‌سن‌وسالشان، به‌صورت کاملاً طبیعی با فناوری درگیر می‌شوند و یا با عروسک‌ها بازی می‌کنند. این می‌تواند یک خبری مبنی بر این باشد که فناوری‌های جدید، مانند رباتیک اجتماعی یا سامانه‌های واقعیت مجازی که محیط‌های جذابی دارند یا کلاً خودشان جذاب هستند، می‌توانند محیط‌های غنی ارتباطی-شناختی به‌وجود بیاورند و بعضی از مهارت‌هایی که این بچه‌ها در حالت عادی به‌خاطر عدم ارتباط با بزرگسال‌ها یا سایر هم‌سن‌وسال‌هایشان یاد نمی‌گیرند، به آن‌ها آموزش بدهند. ربات‌ها، نه پیچیدگی انسان‌ها را دارند که وقتی بچه‌های طیف اوتیسم به آن‌ها نگاه می‌کنند، به هم بریزند و نه به سادگی یک عروسک هستند که خیلی توانایی و مهارت خاصی ندارد.
در آزمایشگاه رباتیک اجتماعی شریف چه می‌گذرد؟
هدف اصلی ما، معرفی کاربرد ربات‌ها، فناوری واقعیت مجازی و یک بازی مبتنی بر سامانه‌های اندرویدی به‌نام «زایلوتیسم» در آموزش و توان‌بخشی کودکان مبتلا به اوتیسم در کشور است و می‌خواهیم یک نیاز را برای یک جامعه‌ی هدف خاص برآورده‌کنیم و کمک‌رسانی بکنیم. ما در آزمایشگاه رباتیک اجتماعی-شناختی شریف، بعد از اینکه موضوعی را تعریف می‌کنیم، تلاش می‌کنیم آن سخت‌افزار موردنظر را یا از بیرون تهیه کنیم و یا خودمان طراحی‌کنیم و بسازیم. این سخت‌افزارها می‌توانند شامل ربات‌ها، عینک‌های واقعیت مجازی و یا تبلت‌هایی باشند که بخواهیم بعداً بازی‌های اندرویدی را روی آن‌ها پیاده کنیم. بعد از آن، سناریوهای آموزشی-درمانی طراحی می‌کنیم که در محیط آزمایشگاه رخ می‌دهند. در این مرحله عموماً بازی‌هایی برای ربات‌ها یا در محیط‌های واقعیت-مجازی طراحی می‌شوندکه بعداً قرار است برای جامعه‌ی هدف اجرا شود.
در درجه‌ی بعد، به بررسی مقبولیت می‌پردازیم: آیا این فناوریِ ویژه‌ی آن جامعه‌ی هدف، مورد قبول قرار می‌گیرد؟ برای این کار، عموماً تعدادی از افراد جامعه‌ی هدف را دعوت می‌کنیم که به آزمایشگاه بیایند و در یک جلسه، آن ربات یا بازی معرفی می‌شود و بررسی می‌کنیم که کودکان چقدر تمایل دارند در آن بازی درگیر بشوند.
اگر این فاز به‌خوبی به سرانجام رسید، وارد فاز اصلی می‌شویم -انجام مطالعات میدانی و مداخلات بالینی، جهت آموزش و توان‌بخشی جامعه‌ی هدف- که الان به‌صورت خاص، کودکان طیف اوتیسم را بررسی می‌کنیم. در این راستا، کارهایی را به‌صورت انفرادی یا در قالب گروهی، ویژه‌ی این کودکان اجرا کردیم. نمونه‌ای از بازی‌هایی که طراحی کردیم، بهره‌گیری از یک ربات تجاری بود. ما آن را خریدیم و اسم «نیما» را روی آن گذاشتیم و آن را توانمندکردیم که ساز بزند، اشاره کند و در بازی‌های تقلیدی، با بچه‌های طیف اوتیسم درگیر باشد. این تقلیدها می‌توانند تقلیدهای حرکتیِ درشت باشند که یک مجموعه حرکت‌هایی را اجرا می‌کند و بچه‌های طیف اوتیسم، باید از آن تقلید کنند. از دیگر کارهایی که انجام دادیم، توانمندسازی ربات‌ها در تقلید از انسان‌ها بود. بعد از آن‌‌که ربات کاری را انجام داد و آن کودک تقلید کرد، ربات باید بتواند به‌طور خودکار آن را ارزیابی کند؛ زیرا یکی از مشکلات بچه‌های طیف اوتیسم بهخصوص در سنین پایین، مشکل در تقلید است.
از کارهای دیگر ما، استفاده از ربات تجاری «آلیس» بود. ما آن را «مینا» صدا می‌زدیم و به دانش هوش مصنوعی توانمندش کرده بودیم که وقتی یک نفر جلوی آن می‌ایستد و یک حالت چهره‌ای از خود بروز می‌دهد، آن هم پاسخ بدهد. مثلاً اگر شما جلوی آن بایستید و به آن بخندید، آن هم به شما می‌خندد. یک سامانه‌ی تعاملی دوطرفه‌ی حالت چهره با این ربات برای افراد به‌وجود آوردیم؛ که جزئی از مطالعات ما در آموزش بچه‌های طیف اوتیسم بود. یکی از مشکلاتی که برای این بچه‌ها، بهخصوص در سنین پایین ذکر می‌شود، شناسایی و پیاده‌سازی هیجانات و احساسات، بهخصوص در زمان‌های مناسب خودش است.
بررسی مقبولیت و نتایج مطالعات میدانی مینا و نیما!
ما برای بررسی مقبولیت این ربات‌ها، به‌دنبال یافتن پاسخ سؤالاتی از این قبیل هستیم:
1) چند درصد از کودکان مبتلا به اوتیسم حاضر به تعامل با ربات‌ها و انجام تکلیف‌های ارائه‌شده توسط آن‌ها هستند؟
2) کیفیت تقلید حرکات تقلیدی ریز و درشت توسط کودکان از ربات‌ها در مقایسه با درمان‌گر انسانی چه تفاوتی دارد؟
3) آیا ربات‌ها قادر به ارزیابی کیفیت حرکت‌های تقلیدی انجام‌شده توسط کودک هستند؟
این فاز، در دو بخش بررسی شد. ما از 14 کودک مبتلا به اوتیسم دعوت کردیم که در فعالیت‌های تقلید حرکت‌های چهره از ربات مینا شرکت بکنند. یک معماری شناختی برای این موضوع تدوین کردیم و مقداری از دانش هوش مصنوعی کمک گرفتیم. از بین این 14 کودک، 11 کودک حاضر شدند با ربات‌ها تعامل کنند و به‌صورت تخمینی متوجه شدیم که بالای 70 درصد از بچه‌ها، حاضرند با ربات‌ها تعامل کنند. بعد از آن، بچه‌ها را در بازی‌هایی درگیرکردیم که یک بار ربات و بار دیگر معلم، حرکاتی را روی صور‌تشان به‌وجود می‌آوردند و بچه‌های طیف اوتیسم باید آن را تقلید می‌کردند. سپس در هر دو حالت، به آن‌ها نمره می‌دادیم؛ روانشناس‌ها نیز به ما کمک می‌کردند و از صفر تا چهار به این‌ها نمره اختصاص می‌دادند. مشاهده کردیم که نمره‌ی کودکان در تقلید حالت چهره از انسان‌ها، بهتر از ربات‌هاست. البته وضعیت حضور ربات برای کودکان جذاب‌تر بود. همین‌طور با استفاده ا الگوریتم‌هایی، تلاش کردیم روش ارزیابیِ خودکارِ فعالیتِ حالت‌های چهره را برای کودکان به‌وجود آوریم. درنهایت، مشاهده کردیم که بین ارزیابی و نمراتی که ربات‌ها می‌دادند با نمرات روانشناس‌ها، همبستگی بالایی وجود داشت و این نشان می‌داد که الگوریتم پیشنهادی، نسبتاً کار می‌کند.
همین کار را با ربات نیما ادامه دادیم. این‌بار حرکات، حرکات درشت (حرکات دست، پا و سر) بودند. مجدداً یک معماری شناختی ارائه دادیم و تلاش کردیم با تکنیک‌های هوش مصنوعی، روش ارزیابی خودکار را ارائه بدهیم که ربات خودش بتواند کیفیت تقلید بچه‌ها را بسنجد. در این پژوهش، 20 کودک مبتلا به اوتیسم و 20 کودک عادی را در مطالعه شرکت دادیم که هر نفر 30 حرکت تقلیدی انجام می‌داد و مشاهده کردیم که 14 کودک طیف اوتیسم (حدود 70 درصد) و 19 کودک عادی (حدود 95 درصد)، حاضر شدند در بازی با ربات نیما شرکت کنند. درنهایت دیدیم که هر دو گروه در تقلید از معلم انسانی، نمره‌ی بهتری می‌گیرند که این، دلایل خاص خودش را می‌تواند داشته باشد.
راه‌های مختلفی را به‌کار گرفتیم که ببینیم چطور یک ماشین می‌تواند نمره‌دهی خوب و مناسب داشته باشد. درنهایت، راهی را پیشنهاد دادیم که به‌نظر می‌‌آمد نمره‌دهی مناسب‌تری نسبت به بقیه داشت و آن هم درنظرگرفتن موقعیت، سرعت و شتاب قسمت‌های مختلف بدن، به‌صورت هم‌زمان بود.
بعد از اینکه دیدیم حدود 70 درصد از بچه‌ها حاضر هستند با ربات‌ها تعامل بکنند، وارد مداخلات بالینی با ربات‌ها شدیم. اولین مطالعه‌ی ما، آموزش‌های تک‌نفره به کودکان بود. به‌صورت خاص تصمیم گرفتیم با ربات‌ها به کودکان طیف اوتیسم، آموزش موسیقی بدهیم. هدف ما این بود که ببینیم:
1) آیا این عمل می‌تواند موجب آموزش موسیقی به بچه‌های طیف اوتیسم شود؟
2) آیا آموزش موسیقی می‌تواند باعث افزایش مهارت‌های شناختی و اجتماعی و بعضاً به‌صورت خاص افزایش ارتباط و گفتار این کودکان شود؟
3) آیا این کلاس‌ها می‌توانند روی سطح استرس والدین آن‌ها اثر مثبتی بگذارند؟
ما در یک تحقیق خلاقانه، از ربات‌ها برای آموزش موسیقی به آن‌ها استفاده کردیم و مجموعه را تلفیق کردیم و از ابزارهای سنجش مختلفی استفاده کردیم:
1) ارزیابی انسانی که توسط روانشناس صورت می‌گرفت؛ هم در حوزه‌ی موسیقی و هم تست مهارت‌های توجه اشتراکی و تقلید.
2) پرسش‌نامه‌هایی که والدین بچه‌ها پر می‌کردند.
بعد از ارزیابی فاز اول مطالعه رویچهار4 کودک مبتلا به طیف اوتیسم در 15 هفته فعالیت آموزشی، مهارت‌های شناختی بچه‌ها افزایش پیدا کرد و سطح استرس والدینشان پایین‌تر آمد. وقتی مادرها از عملکرد بچه‌ها خوشحال می‌شدند، موجب می‌شد بچه‌ها، حال بهتری داشته باشند.
نتایج این پژوهش اکیداً توصیه می‌کند:
ربات‌ها، توانایی آموزش الفبای موسیقی به کودکان طیف اوتیسم را دارا هستند. همین‌طور در بعضی از مهارت‌های اجتماعی-شناختی شاهد کاهش رفتارهای کلیشه‌ای کودکان بودیم. درواقع حضور ربات، یک محیط غنی و سرشار از مهارت‌های شناختیِ مختلف برای بچه‌ها به‌وجود می‌آورد و در زندگی واقعی آن‌ها هم اثرگذار است. مادرها هم در پرسش‌نامه‌ها کاملاً به این موضوع اذعان داشتند.
فاز بعدی که به آن پرداختیم، تأثیر بازی‌های تقلیدی و توجه اشتراکی بر مهارت‌های اجتماعی و شناختی کودکان در قالب بازی‌های دونفره بود. ما سه گروه دونفره را در این مطالعه درگیر کردیم و بازی‌هایی در قالب رباتیکی با نگاه افزایش مهارت‌های اجتماعی-شناختی آن‌ها در حضور والدینشان ارائه دادیم و موارد مختلفی را در پژوهش مرتبط گزارش کردیم. یکی از مواردی که خیلی طاقت‌فرسا بود، ارزیابی فیلم‌های جلسات بود. ما آن‌ها را ضبط می‌کردیم و ثانیه‌به‌ثانیه آن‌ها را مشاهده می‌کردیم و سعی می‌کردیم بعضی از مهارت‌ها و رفتارهای بچه‌ها مثل مهارت تناوب نگاه، مهارت توجه اشتراکی و موارد دیگر را کمّی‌سازی کنیم. مشاهده کردیم که شناسه‌های اوتیسم با گذشت زمان، در هر شش کودک، در طول دوره کاهش پیدا کرد. البته هرکسی در حوزه‌های متفاوتی بهبود پیدا می‌کرد و اوضاعش بهتر می‌شد.
کاربرد بازی‌های اندرویدی در توان‌بخشی افراد مبتلا به اوتیسم
خوب است نگاهی هم به کاربرد بازی‌های اندرویدی در توان‌بخشی افراد مبتلا به اوتیسم بیندازیم. ربات‌ها به‌صورت خاص، خیلی گران هستند و به‌راحتی قابلیت گسترش در کلینیک‌ها را ندارند؛ مگر اینکه کلینیکی حاضر باشد علاوه‌بر اینکه یک ربات را خریداری می‌کند، به یک مهندس هم حقوق ثابت بدهد که او آن‌جا باشد و یک‌سری کارها و برنامه‌نویسی‌های لازم را برای ربات انجام بدهد و در اجرا، کمک‌حال روانشناس‌ها باشد. ولی آن‌طرف داستان، سامانه‌های اندرویدی هستند که به‌صورت گسترده در زندگی ما وجود دارند و این سبب می‌شود با بهره‌گیری از بازی‌های مبتنی بر سامانه‌های اندرویدی، عملکرد این کودکان را ارتقا بدهیم. در همین راستا، ما یک بازی به‌نام «زایلوتیسم» تدوین کردیم که همان فعالیت‌های آموزش موسیقی را این دفعه توسط رباتی در بازی انجام دادیم. مقبولیت این سامانه صد درصد بود. البته بچه‌های اوتیسم، اصطلاحاً درخودمانده هستند و استفاده از چیزهایی مثل موبایل و تبلت باید تحت نظارت والدین و پزشک‌ها باشد تا درخودمانده‌تر نشوند و در یک محیط ایزوله غرق نشوند. پس از اینکه تست‌هایمان را انجام دادیم، متوجه شدیم که نمراتی که بچه‌های طیف اوتیسم در بازیِ ساز واقعی و ساز مجازی می‌گیرند، کاملاً در یک سطح است و این می‌توانست این خبر را به ما بدهد که احتمالاً سامانه‌ی اندرویدی، می‌تواند کاملاً پابه‌پای ساز واقعی باشد و نقش‌آفرینی بکند.
سامانه‌های واقعیت مجازی؛ نه به گرانی ربات‌ها و نه به فراوانی تبلت‌ها!
یک راه جایگزین (به‌جای سامانه‌های اندرویدی و ربات‌ها) که اخیراً هم در حال رشد است و با علاقه‌ی جمعیت جوان و نوجوان دنیا سنخیت دارد، به‌کارگیری سامانه‌ی واقعیت مجازی است. این بار، همان کلاس آموزش موسیقی را که با ربات واقعی داشتیم در اتاقک مجازی به‌وجود آوردیم. یک کودک در این مطالعه شرکت می‌کرد و باید عینک را بر سر قرار می‌داد و به تکلیف‌های ربات گوش می‌کرد و آن‌ها را اجرا می‌کرد و در نهایت نمره‌دهی می‌شد. نمره‌دهی شامل دو فاز بود. یکی نمره‌دهی انسانی که به‌صورت آفلاین بود (روانشناس‌ها بعد از اتمام جلسات، فیلم‌ها را می‌دیدند و نمره‌دهی می‌کردند) و در فاز دیگر، دوستان با دانش مهندسی، تلاش می‌کردند که ربات‌ها به‌صورت هوشمند و خودکار کیفیت تمرین‌های اجراشده توسط کودک را شناسایی کنند. در نهایت هم این دو فاز باید با یکدیگر مقایسه می‌شدند.
ما یک کار جدید هم ارائه داده‌ایم و به‌تازگی یک بازی به اسم «پارک کودکان طیف اوتیسم» ساخته‌ایم که در آن آموزش موسیقی را گسترش دادیم. یک کودک طیف اوتیسم در پارک قرار می‌گیرد و داخل آن می‌تواند مجموعه‌ا‌ی از اتفاقات را تجربه کند؛ مانند یادگرفتن نوبت‌گیری، جداکردن زباله‌ها، یادگرفتن موسیقی و نقاشی و گوش‌دادن به حرف دیگران و عمل‌کردن به قانون‌ها و دستورالعمل‌ها. سپس استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی را در فاز مقبولیت و مداخلات بالینی بررسی کردیم. این بازی را همراه با 20 کودک مبتلا به طیف اوتیسم و 20 کودک سالم در رده سنی زیر شش سال، اجرا کردیم و شاخص‌های مختلفی را درنظر گرفتیم و به آن‌ها تکلیف‌هایی را دادیم و درنهایت نمره‌دهی کردیم. مشاهده کردیم که بین عملکرد بچه‌های سالم و بچه‌های طیف اوتیسم تفاوت معناداری وجود دارد. این می‌توانست یک خبر مبنی بر این باشد که این بازی، ظرفیت غربال‌گری دارد. این تکنولوژی حدود 65 درصد مقبولیت دارد.
از خوبی‌های مغز، این موجود پیچیده‌ی درون بدن ما، این است که اصلاح‌شدن یک بخش، بخش‌های دیگر را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. این اتفاقات عجیب، در بچه‌های طیف اوتیسم هم دیده شده که اگر یک مهارت تقویت شود، مهارت دیگری را که شما فکرش را هم نمی‌کردید، تغییر می‌کند. درنهایت، در نتایج جلسات مداخلات بالینی در حوزه‌ی موسیقی و کیفیت تقلید، بهبود و گسترش دیدیم.
تکنولوژی واقعیت مجازی، قابلیت استفاده‌ی گسترده‌تر را در جاهایی که ربات‌ها خیلی در دسترس نیستند، دارد. خوشبختانه در پرسش‌نامه‌ها شاهد این بودیم که عموماً اوضاع بدتر نمی‌شد و کودکان پس‌رفت و عقب‌گردی در مهارت‌های زندگی نداشتند. البته، ما قرار نیست ربات‌ها یا سامانه‌هایی را که معرفی‌کردیم، جایگزین روانشناس‌ها کنیم. ما معتقدیم چنین تکنولوژی‌هایی، به‌عنوان ابزار و دستیار در اختیار معلم‌های انسانی هستند. این اتفاق، به ایجاد یک پل و ارتباط مستمر بین روانشناس‌ها و مهندس‌ها نیاز دارد.
در پایان، تعدادی از ربات‌هایی که توسط گروه ما طراحی و ساخته شده را معرفی می‌کنیم:
ربات اول، ربات «آرش» است که برای بهره‌گیری در بیمارستان‌های کودکان مبتلا به سرطان خون ساخته شده است.
ربات دوم، ربات «رسا» است که دارای انگشتان فعال است و قابلیت بروز علائم زبان اشاره‌ی ایرانی را دارد و در آموزش زبان اشاره به کودکان ناشنوا کمک می‌کند.
ربات سوم، ربات «مایا» است. یک ربات رومیزی فیلی‌شکل برای تعامل با بچه‌ها در بیمارستان‌ها.
ربات چهارم، ربات «تابان» است. یک ربات رومیزی با سر پروژکتوری و با قابلیت ابراز احساسات.
امیدواریم مطالب مفید باشد و برای خطوط پژوهشی آینده‌‌تان، به شما دید داده باشد.
لینک مشاهده‌ی فیلم نشست:
جلسه ی اول وبینار کاربرد واقعیت مجازی و رباتیک در روانشناسی (aparat.com)
