智能服務機器人在軍隊療養領域中的應用探索

李盼盼，白楊，劉志文，孫維潔

1.戰略支援部隊興城特勤療養中心 信息科，遼寧 葫蘆島 125105；2.中國人民解放軍北部戰區總醫院 醫學工程科，遼寧 沈陽 110016

引言

療養是衛勤保障體系中非常重要的一個組成環節。經過多年的發展，我軍療養機構的建設取得了較好的發展，工作效率和衛勤保障能力都有了很大提高，形成了以特勤療養、康復療養、保健療養、專項療養為主的療養保障機制。這套機制涵蓋了療養員從入院接診、護理診療、體能訓練到療養效果評定等方面，為療養工作的順利開展做出了貢獻[1]。但新的歷史時期下，我軍使命任務持續拓展，軍事力量運用范圍不斷擴大，軍事任務的類型、環境、強度復雜多樣，這賦予療養服務更豐富的保障內涵和更重要的地位，對我軍的療養機構提出了新的標準和任務要求[2]。而療養機構原有的服務模式固化、新技術應用滯后，在軍事職業病預防、亞健康恢復、慢病康復等新技術應用上研究不深、辦法不多、細化不夠，尚沒有形成適應療養形勢任務新要求的保障模式[3]。在當前改革強軍的背景下，療養機構如何貫徹新時代軍事戰略方針，適應國防和軍隊改革需要，成為了一個嚴峻的問題。因此引進新技術、探索新方法、呈現新療法，豐富療養學科建設是唯一的出路。近些年，關于模式識別、機器學習、深度學習相關的算法技術和可用框架爆發式增長，人工智能在多個領域都取得了豐碩的成果，各種基于大數據、物聯網、機器人等技術的應用研究進展迅速，其廣度和深度都達到了空前的高度。但療養領域由于其行業特點，在新技術應用方面一直比較落后，不能很好地跟上時代的步伐。基于此，本文對新型智能服務機器人技術在療養服務領域中的應用進行初步探索。

1 智能服務機器人發展現狀

近年來，機器人技術的研究和實踐處于快速持續發展的階段。隨著機器人硬件成本日趨下降，及支撐機器人研究與開發的關鍵技術（如高性能計算、大數據、云計算、人工智能等）快速發展，機器人核心產業從工業制造（如焊接、刷漆、組裝、采集和放置等）等傳統裝配領域逐步拓展到諸如智能人機交互、教育陪護、醫療檢測等眾多新的服務型應用領域[4]，這一類機器人統稱為服務機器人。

近些年，服務機器人步入了跨越式發展的行列，不斷減輕服務行業的人力成本并顯著提升服務行業的服務質量和工作效率。服務機器人的應用從以前的掃地機器人、送餐機器人和配送機器人等，逐步向情感機器人、陪護機器人、教育機器人、康復機器人等多個維度延伸[5-6]。服務領域和服務對象不斷拓展，性能不斷提升，在部分特定場合服務機器人已經初步實現了自主行為的能力[7]。

在服務機器人的研制與應用方面，發達國家起步較早并積累了豐富的經驗[8]。美國的iRobot公司創辦于1990年，該公司致力于研制軍用、警用、救難、偵測機器人，產品輕巧實用，能夠完成清除炸彈、清掃障礙、巡邏和監視等任務，在9·11恐怖襲擊事件、墨西哥海灣漏油事件和日本福島核電站事故中iRobot公司的機器人曾大顯身手[9]。醫療手術機器人達芬奇，早在2000年就被美國食品和藥物管理局正式批準應用于臨床[10]，目前已經廣泛應用在了泌尿外科、心胸外科、婦科、內分泌科等各個領域[11-13]。在家用陪護方面，機器人技術雖然應用時間不長，但目前已經取得了很好的應用效果[14]。德國Fraunhofer研究所研制的家庭機器人Care-O-bot發展至今已經更新到了第4代。Care-O-bot是一款服務型家用社交機器人，采用模塊化、標準化設計，是一款成熟度高和實用性強的高端機器人[15]。2015年，由日本軟銀和法國Aldebara SAS公司共同研發的Pepper人形機器人上市，該機器人是一個可編程的平臺，并能夠通過表情、動作、語音與人類進行交流，在商業和教育領域取得了成功[16-17]。

相比于歐美國家，我國在服務機器人領域起步較晚，但也取得了豐碩的研究成果。趙宏偉等[18]基于機器人操作系統（Robot Operating System，ROS）開發框架研發了一款能夠自主定位導航行走的安全巡邏機器人。辛大奇[19]將機器人技術引入到了高校的臨床醫學教學中，使智能技術融入到了枯燥的課堂教學中，激發了學生的興趣，創新了教學模式，獲得良好的教學效果。中國科學技術大學自主研發的“可佳”智能服務機器人，具有逼真的人類皮膚，能夠完成物品識別與抓取、人機交互等[20]。服務機器人在養老陪護的應用方面，目前我國已經取得了很好的應用效果，為解決社會養老服務體系提供了新的解決方案，社會意義重大[21-22]。

2 在療養領域中的應用基礎

2.1 需求基礎

療養機構經過多年的發展，雖然形成了相對完善的保障制度和服務文化，但工作模式相對固化，傳統思維掣肘，不利于療養事業的進一步發展[1]。為更好地貫徹新時代軍事戰略方針，適應國防軍隊改革需求，我軍療養行業也需積極地探索大數據，迎接人工智能時代[23]。在療養的接診、入住、餐飲、體檢、治療、派車、離院等所有環節中，均可以利用新型智能服務機器人技術為官兵提供更好的療養服務，提升療養品質。

2.2 數據基礎

智能服務機器人屬于人工智能領域的應用范疇，而人工智能以大數據為基礎，因此想要在療養服務領域取得良好的應用效果，需要大數據的支持，療養機構在這方面優勢明顯[24]。首先，經過多年的發展，我軍療養機構有完善的療養制度和豐富的保障經驗，這些為構建療養行業知識庫打下了良好的基礎；其次，我軍療養機構的信息化建設比較完善，經過多年的應用，累積了大量結構化和非結構化的數據，這些累積的信息數據為智能機器人模型的訓練提供了數據基礎[25]。

2.3 硬件基礎

受限于服務機器人的導航、底盤等硬件條件，服務機器人對應用場地有相對嚴格的要求，例如：地面平整、場地相對開闊、墻體特征比較明顯等，因此在一些領域服務機器人不適合使用[26]。但在療養領域服務機器人潛在的應用場地，如：接診大廳、療養科室大廳等，均符合服務機器人對場地的特殊需求。

3 應用場景分析

3.1 迎賓接待

服務機器人位于接診大廳門口，可以為療養員提供智能迎賓接待功能。基于人臉識別技術，服務機器人可以智能識別療養員，匯總統計人流信息；以豐富的多媒體形式播報個性化的歡迎/歡送語和歡迎/歡送短片；對療養員進行智能分類（入院、離院等），自動分析療養員的業務需求，將相關信息提前發送至相關工作人員[27]。目前市面上已經有了以迎賓接待為功能的服務機器人。陳落根等[28]根據應用場合的功能需求研發了一款迎賓機器人，經過驗證該機器人滿足客戶使用要求；孫士儒等[29]針對國內服務理念提高的背景，設計了一款可以代替人工進行迎賓和指引工作的服務機器人，使用效果良好。

3.2 業務辦理

療養機器人依托自身語言系統、人臉識別系統、觸摸屏一體電腦能夠為療養員快速、便捷地辦理接診、入住、退房等各種業務。在使用過程時，療養員可以像平板電腦一樣手動錄入信息，也可以通過語音交互來完成，該業務辦理途徑的新增，不僅可以提升用戶體驗，還可以解決常規辦理業務時存在的問題。深圳市龍崗區婦幼保健院的萬新紅等[30]對成品機器人進行改造，通過導入醫院分布地圖和婦幼專科相關業務邏輯，創建了一套適合患者業務辦理的門診機器人服務系統，經過實際使用，得出智能機器人適合在婦幼專科醫院門診使用的結論。

3.3 咨詢問答

基于構建的療養行業知識庫以及人工智能技術，服務機器人可以為療養員在整個療養周期內提供業務咨詢服務。服務機器人在服務過程中自動捕獲療養員的問題，自定義語音對話，根據自行搭建的數據模型和海量知識庫，通過語音、圖文等多種方式解決療養員的疑問，并能在與療養員的交互過程中，不斷地智能學習優化，提高系統的準確性和業務處理能力。在此方面，中國科技大學附屬第一醫院的應用較早[31]，自2016年8月開始陸續在門診服務臺部署了10臺導醫機器人，通過構建導醫知識庫標準體系來實現機器人的醫療業務咨詢服務，經過1年的訓練和實踐，導醫機器人回答問題的準確率達到了90%以上，與患者的有效交互量達到了45.38%。針對門診就診流程中采用智能導診機器人的臨床效果，武警黑龍江省總隊醫院的張金慧等[32]于2019年進行了專門研究，結果表明導診機器人每日進行語音交互解答患者疑問約為780次，日點擊量高達900多次，將患者滿意度由84.12%提升至98.45%，應用效果顯著。

3.4 醫療檢測

在療養過程中機器人還可以輔助醫療檢測，通過在機器人上增加一些簡單的體征檢測模塊，比如體溫、脈搏、血氧濃度、血壓等，可以為療養員提供便捷的醫療服務，此外還可以增加一鍵求助功能。醫療檢測機器人不僅能夠大幅度提升工作效率，還可以降低二次污染和交叉感染的幾率，降低職業傷害。在2020年新型冠狀病毒肺炎疫情的防控中，曉雪[33]將兩臺AirFace人工智能醫護服務機器人引入武漢市第三醫院ICU病房中進行輔助醫療檢測，降低了醫患交叉感染風險，為打贏防疫戰爭貢獻科技的力量；夏春雨等[34]利用防疫消殺機器人參與檢查站和火車站等區域的溫度測量及監測任務，在高危險、高強度的工作環境中完成排查、防控等工作。

3.5 娛樂陪護

服務機器人不僅可以為療養員提供功能性的娛樂需求，比如：音樂、電影、游戲等休閑服務，還能夠實現療養員與機器人之間心理層面、情感層面的交流，從而在療養員心理健康康復中發揮獨特優勢。對于機器人在智能陪護和心理健康中的應用，人們很早就開始了相關研究。Khosla等[35]在2012年就研發了一款陪護機器人Matilda，Matilda基于人臉識別和面部特征映射識別能夠識別出用戶的情緒低落，并主動發起對話，在對話過程中根據實時情緒值的變化來調整對話策略，同時該機器人能夠協助老年人活動，比如做相應的動作、跳舞、播放音樂，通過增加活動的趣味性提高老年人的參與熱情與積極性。從2016年開始，高翔[36]開始設計一款以人機工程為基礎，用戶需求為導向的老年陪伴機器人，并在離線語音識別與路徑規劃方面進行了技術突破，最后通過實驗驗證了產品的可用性。

3.6 安防巡邏

療養機器人還可以通過遙控或自主方式執行巡視任務，輔助或替代安保人員進行全天候的安保巡邏工作，保障營區安全[37]。在巡視的過程中機器人能夠進行異常檢測，自動記錄異常的時間、坐標、類型，自動存儲異常時刻的視頻片段和音頻片段，并根據預先定義的響應方式進行應急處理。該功能的設置不僅順應了當今時代的發展需求，也有效補足了傳統靜態安防技術的缺點。近些年，安防機器人的研發取得了實質性進展。李強等[38]將紅外熱成像技術應用在室外安保機器人中，解決了安保機器人在夜間執行巡邏執勤任務識別不清等問題，在日常巡邏、定點執勤任務中效用突出。未慶超等[39]以STM32微控制器為控制核心，研制了一款應用于校園的智能安保機器人，該機器人具有無線傳輸、遠程遙控、自動規劃、自主避障等功能，在校園安保的智能化方面做出了嘗試。

3.7 其他場景

通過功能拓展，服務機器人還可以提供其他多種功能，例如：在與療養員交互的所有過程中，通過語音、視頻等信息，獲取療養員的咨詢信息，分析不同類別療養員的偏好和需求，構建療養檔案，并及時反饋給工作人員；與療養環境監測系統相連，為療養員提供實時的療養環境數據；與考勤系統相連，為管理者提供工作人員的考勤數據，甚至可以直接取代原有的考勤系統；在與療養員互動的過程中，推送療養注意事項；基于大數據分析技術對療養信息進行挖掘，為療養規劃提供決策支持；在為療養員提供服務的過程中，還可以提供醫護人員的調度功能，通過及時調度工作人員來為療養員提供更好的保障服務。

4 關鍵技術

整個智能服務機器人系統是一個以人工智能算法為核心，前后端交互、軟硬件結合的復雜系統[40]。在上述場景功能的實施過程中，關鍵技術如下。

4.1 機器人硬件與網絡服務基礎平臺搭建

機器人系統通常分為兩部分：機器人硬件與網絡服務。機器人硬件通常包含各類傳感器，如激光雷達、攝像頭、麥克風等，以及各種效應執行器如手臂、輪式底座等，這類硬件設備一般基于ROS操作系統的硬件驅動來控制[41]。機器人網絡服務則側重軟件功能，通過云服務提供商提供的各類網絡服務如科大訊飛語音識別服務、Face++人臉識別服務，機器人廠商對外提供相應的語音、人臉識別的應用程序接口[42]。

4.2 實現對機器人廠商所提供基礎功能的重構

機器人基礎功能，如自主導航、視頻感知、語音交互等，是靈活設計與實現面向療養服務特定復雜場景業務邏輯的基礎，實現擁有自主知識產權的機器人基礎功能是非常必要的[43]。

4.3 設計基于療養服務需求的核心業務邏輯

在重構基礎功能之后，需要結合療養服務領域所提出的具體需求設計核心業務邏輯。核心業務邏輯具體指將基礎功能進行整合構造每個場景的服務，再以一個個服務場景為基本單元，設計不同場景服務之間轉換的控制流程。

4.4 搭建后端大數據支撐平臺

核心業務邏輯的實現，需要機器人系統后端數據平臺的支撐[44]。數據支撐平臺負責采集、儲存、對接各種核心數據，如療養員的基本屬性信息、療養員的個人偏好情況、對接待服務的滿意度等。這些數據價值重大，數據量龐大，數據類型多樣，其采集、存儲以及和其他外部信息系統的互操作均需要強大的機器人后端大數據平臺的強力支撐。

4.5 設計與開發智能數據分析模型

數據分析模型是整個服務機器人的靈魂，是實現服務機器人智能化的核心。數據分析模型能夠使用深度學習、模式識別等人工智能相關技術，對數據支撐平臺中的數據進行處理和分析[45]，挖掘這些數據的規律，分析療養員的偏好和行為習慣，智能化生成療養員畫像，并用于指導療養工作的開展。

5 結語

在當前的“智能+”時代，我軍傳統的療養活動和療養服務任由工作人員人工完成，而人工完成又面臨時間、場地等客觀因素，以及疲勞感、信任度、專業性等主觀因素的局限。當前，療養已經成為全體官兵維護身心健康、提升戰斗力的必要需求，這就要求我軍各療養機構在療養理念、學科技術、保障機制等方面創新發展。對標新任務，明確新需求，本文對智能服務機器人在我軍療養領域的應用進行了初步探索，通過分析智能服務機器人在國內外各領域的發展現狀以及在我軍療養領域的應用背景、應用基礎、應用場景等，為智能服務機器人在我軍療養領域的應用指明了方向，對實現軍隊療養加速轉型發展，更好履行恢復提升部隊戰斗力使命任務具有重要意義。智能服務機器人的應用不僅可以彌補傳統療養的短板，還能夠為新時期我軍療養事業的發展帶來新模式與新思路，我們相信，智能服務機器人對我軍療養領域必將產生重大影響。