營養健康咨詢服務機器人的設計與研究

摘 要：隨著社會生活水平的日益提高，百姓營養與健康的意識越來越強烈，僅靠人力完成營養健康知識普及、健康咨詢以及咨詢管理是不現實的。服務機器人是促進健康管理與服務水平提高的科學手段，雖然國內外都很重視服務機器人的研究，但基于營養健康知識庫的服務機器人的研究卻很少。因此，從服務機器人研究現狀出發，介紹營養健康咨詢服務機器人的設計思路、工作原理和關鍵技術，并闡述其研究意義和應用價值。

關鍵詞：營養健康;咨詢管理;服務機器人

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0008-03

Abstract： With the improvement of social living standard， people's awareness of nutrition and health is becoming stronger and stronger. It is unrealistic to accomplish the popularization of nutrition and health knowledge， health consultation and consultation management only by human resources. Service robot is a scientific means to promote health management and service level improvement. It is concluded that the research of service robots is very important both at home and abroad， however， there were few studies on service robots based on knowledge base of nutrition and health. From the research status of service robots， the design idea， working principle and key technology of nutrition and health consultation service robot were presented. The research significance and application value of nutrition and health consultation service robot were summarized.

Keywords： nutrition and health;consultation management;service robot

2013年9月28日，國務院頒布《關于促進健康服務業發展的若干意見》[1]，指出“到2020年，基本建立覆蓋全生命周期、內涵豐富、結構合理的健康服務業體系，基本滿足廣大人民群眾的健康服務需求，健康服務業總規模達到8萬億元以上”，同時指出“促進健康管理與服務水平明顯提高，大力開展健康咨詢，咨詢管理等多樣化健康服務得到較大發展”。

2014年1月28日，國務院頒布了《中國食物與營養發展綱要（2014—2020年）》[2]（以下簡稱《綱要》），指出我國食品生產還不能適應營養需求，居民營養不足與過剩并存，營養與健康知識缺乏，必須引起高度重視。《綱要》還指出，要全面普及膳食營養與健康知識，加強對居民食物與營養的指導，提高全民營養意識，提倡健康生活方式，樹立科學飲食理念。因此，要發揮主流媒體對食品與營養知識進行公益宣傳的主渠道作用，增強營養知識傳播的科學性。

2017年12月14日，我國工業與信息化部發布《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018—2020年）》[3]。其提出，以市場需求為牽引，積極培育人工智能創新產品和服務，促進人工智能技術的產業化，推動智能產品在工業、醫療、交通、農業、金融、物流、教育、文化以及旅游等領域的集成應用;到2020年，智能公共服務機器人實現批量生產及應用，實現多場景下中文語音識別平均準確率達到96%，用戶對話意圖識別準確率超過90%。

隨著人們物質生活的日益豐富和生活水平的不斷提高，民眾營養與健康的意識越來越強烈。然而，該領域的專業從業人員數量相對不足，僅僅依靠人力普及營養與健康知識是不現實的，需要借助科學的、行之有效的手段。例如，研發營養健康咨詢服務機器人，采用語音技術、人臉識別技術等自動跟蹤個人的健康和體質狀況，提供趣味化、智能化、個性化的營養和健康咨詢與管理服務。

1 研究現狀

國際機器人聯合會（International Federation of Robotics，IFR）定義服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，能完成有益于人類的服務工作，但不包括從事生產的設備[4]。

在服務機器人領域，以美國、德國和法國為代表的西方國家和以日本、韓國為代表的亞洲國家處于領先地位。各國均有代表性產品，如德國研制的Care-0-Bot4，是一款助殘助老獨立生活的看護機器人，可以實現桌椅擺放、飲料取拿、空調控制以及報警呼救等;日本安川電機公司研制的摩托曼，是一款可以烹飪煎餅的家政機器人;韓國研制的Mahru-Z，是一款可以打掃房子、加熱食物以及輔助洗衣等的女仆機器人。

由此不難發現，所有的科技強國都非常重視服務機器人的研究和產業發展，目前全世界有25個國家涉足服務型機器人開發。到2020年，歐盟將投入28億歐元用于研發醫療、護理、家務、農業和運輸等領域的機器人。

在我國，智能服務機器人主要應用在養老看護、醫療保健、情感關愛、智能教育、家政服務以及餐飲服務等方面，如老人助行機器人、社區監控管理機器人、掃地機器人、北京紫光優藍機器人、上海小i機器人和天津的阿士奇機器人等。

提供智能服務的機器人是多學科、多技術融合的綜合體，涉及相關專業知識庫、語義分析、人機對話、機器人制造、云計算以及軟件開發等多項技術。在CNKI中，以“營養健康”及“機器人”為主題或關鍵字，搜索結果是0條。可見，目前基于營養健康知識庫的智能服務機器人的研究非常少，項目組從事此方面研究具有現實意義。

2 具體設計

2.1 設計思路

項目組研發營養健康咨詢服務機器人的設計思路：構建基于云計算的營養健康專業知識庫;建立服務對象的個人健康和體質數據庫;利用語音識別和人臉識別技術識別服務對象，根據服務對象提出的有關營養與健康方面的咨詢問題，與專業知識庫、健康和體質數據庫進行匹配，提供服務對象體質評估與指導、營養配餐與咨詢、健康跟蹤與管理等服務。

2.2 工作原理

服務對象首次使用營養健康咨詢服務機器人時，服務機器人利用人臉識別技術采集服務對象人臉特征等信息，再利用語音技術提出有關服務對象身體狀態方面的問題，根據服務對象的回答結果，與人臉特征信息結合，生成包含服務對象人臉特征、身體狀態等在內的數據記錄，供本次及后續服務使用。從第二次使用服務機器人開始，通過人臉識別技術提取服務對象的數據記錄，服務對象向服務機器人訴說自身有關體質、運動、營養以及健康等方面的問題，服務機器人依據問題中的關鍵字，與云端的營養健康專業知識庫進行匹配，通過語音給出相應的體質評估、運動指導、營養搭配以及健康跟蹤等回復。具體工作原理如圖1所示。

2.3 關鍵技術

項目組研發的營養健康咨詢服務機器人主要運用了以下關鍵技術。

2.3.1 知識庫技術。知識庫是人工智能（AI）和數據庫（DB）兩項技術的有機結合。不同領域有不同的專業知識庫，營養健康的專業知識庫具有咨詢性質。其中，知識片（規則）的選定非常重要，要反映知識片的模塊性和相互間存在的依賴關系，體現出知識體系的完整性。采用適當的數據結構可確保知識片存儲與檢索的高效性。

2.3.2 人臉識別技術。人臉識別是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術，包括人臉圖像采集及檢測、人臉圖像預處理、人臉圖像特征提取和人臉圖像匹配與識別。通過安裝在服務機器人身上的攝像頭采集人臉的原始圖像，對其進行灰度校正、噪聲過濾等預處理，然后使用人臉識別系統完成特征提取，將特征數據與數據庫中存儲的特征模板進行搜索匹配，當相似度超過設定的閾值時，輸出得到的匹配結果。

2.3.3 語義分析技術。語義分析技術是自我概念的特殊句式，是一個主—謂—表結構的邏輯判斷句式。主語位置上的“我”要換成與“我”有關的更具體的事件和行為，表語位置上的詞能根據一定的標準進行評價。結合營養健康專業領域的語言特征和專業詞匯，建立營養健康專業詞匯庫和語料庫，分析專業概念間的語義關系，從而建立專業語義網絡。

2.3.4 人機對話技術。服務對象與機器人之間采用人機對話方式進行提問和回答。在語義分析的基礎上，結合語音和人臉識別服務對象，建立服務對象數據庫。結合知識庫的結構，將語義與知識庫條目進行匹配，從而為服務對象提供個性化且針對性強的營養健康服務。

2.3.5 數據庫技術。數據庫技術是管理數據的方法，而專業知識庫和服務對象數據庫都用到了數據庫技術。通過分析設計數據庫的結構，合理組織和存儲數據，以減少數據存儲冗余、實現數據共享、保障數據安全和高效地檢索、處理數據。

2.3.6 云計算技術。云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態、易擴展且經常是虛擬化的資源。運用云計算技術的超大規模、虛擬化、高可靠性、高可擴展性和動態分配資源的特性，可解決機器人存儲和計算能力不足的問題。

2.3.7 機器人開發技術。Microsoft Robotics Developer Studio、OROCOS、OpenJAUS以及CLARAty等是目前流行的開源機器人軟件開發平臺。項目組進行對比研究后，選擇適合研發營養健康咨詢服務機器人的平臺，降低開發難度，提高開發效率，確保開發的系統健壯高效。

3 結語

健康是人類永恒的主題。服務機器人作為新一代智能產品，被視作21世紀高技術制造業和現代服務業的重要組成部分，是2015年5月8日國務院頒發的《中國制造2025》[5]規劃綱要中列出的十大重點發展領域之一。項目組研發的營養健康咨詢服務機器人，是一款基于營養健康知識庫的機器人，契合了人們對營養健康服務的迫切需求，可以解決因專業從業人員相對不足、人們得不到及時專業的營養健康咨詢及管理服務等一系列問題。下一步將在營養健康專業知識庫的構建、存儲和檢索，利用語音識別和人臉識別技術建立和識別服務對象，人機對話中關鍵字的選取等技術問題方面進一步進行優化。

參考文獻：

[1]中國政府網.關于促進健康服務業發展的若干意見[EB/OL].（2013-09-28）[2019-01-30].http：//www.gov.cn/zwgk/2013-10/14/content_2506399.htm.

[2]中國政府網.中國食物與營養發展綱要（2014—2020年）[EB/OL].（2014-01-28）[2019-01-30].http：//www.gov.cn/zwgk/2014-02/10/content_2581766.htm.

[3]中華人民共和國工業和信息化部.促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018—2020年）[EB/OL].（2017-12-13）[2019-01-30].http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057497/n3057498/c5960779/content.html.

[4]黃人薇，洪洲.服務機器人關鍵技術與發展趨勢研究[J].科技與創新，2018（15）：43-45.

[5]國務院.中國制造2025[EB/OL].（2018-05-08）[2019-01-30].http：//www.agri.cn/V20/SC/jjps/201505/t20150520_4605792.htm.