Interaktive Robotik in Medizin und Pflege
Robotergestützte Sport- und Bewegungstherapie mit NAO
Dieses Projekt ist ein Kooperationsprojekt der Medizinischen Fakultät der Universität Bielefeld, dem EvKB, der Unfallchirurgie Lippe und der Physiotherapiepraxis Hand&Fuß. Ziel ist es, den Roboter NAO als Unterstützung im klinischen Alltag zu nutzen. Körperliche Aktivität spielt eine wichtige Rolle bei der Behandlung psychischer Störungen, doch bisher wurden Roboter kaum in der Kinder- und Jugendpsychiatrie eingesetzt.
Wir möchten überprüfen, ob ein robotergestütztes Sportprogramm in der Therapie einsetzbar ist und ob sich diese Art der Ergänzung des Physiotherapieangebotes möglicherweise positiv auf das Wohlbefinden und die Genesung des Kindes auswirken kann. Dafür vergleichen wir das übliche Sportprogramm unserer Einrichtung mit einem Programm, das zusätzlich NAO einbindet. Der Sportroboter wird durch einen Sporttherapeuten und geschultes Fachpersonal begleitet.
Die Pilotstudie wurde bereits erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurden das Studiendesign, ein umsetzbares Sportprogramm, das Interface und die Programmierung des Roboters erfolgreich entwickelt und implementiert.
Was ist das Ziel der Studie?
In der Studie wird geprüft, ob eine robotergestützte Physiotherapie bei Kindern und Jugendlichen, die sich bei uns in Behandlung befinden, gut ankommt. In erster Linie wird die Akzeptanz von den Robotern gemessen und ob sie einen positiven Einfluss auf die Genesung, Compliance, Motivation und das Engagement der Kinder haben.
Demnach befassen wir uns mit folgenden Fragestellungen:
- Wie kann der humanoide Roboter NAO in ein klinisches und ambulantes Setting implementiert werden? Welche Anforderungen bestehen dabei an die Rahmenbedingungen und das System?
- Wird NAO akzeptiert? Arbeiten die PatientInnen mit? Wie kommt NAO bei den PatientInnen, Eltern und Mitarbeitenden an? Sind PatientInnen, Eltern und TherapeutInnen mit der robotergestützten Bewegungstherapie zufrieden?
- Wie gut motiviert NAO Kinder und Jugendliche sich mehr zu bewegen? Ist ein probotergestütztes Sport- und Bewegungsprogramm hinsichtlich der Motivation mit einem Standardprogramm (Treatment as usual) vergleichbar (oder vielleicht sogar überlegen)?
- Kann ein robotergestütztes Physiotherapieprogramm die postoperative Mobilisation positiv beeinflussen? Ist der Effekt von dem robotergestützten Sport- und Bewegungsprogramm mit dem des Standardprogramms (Treatment as usual) vergleichbar oder diesem vielleicht sogar überlegen?
- Kann ein humanoider Roboter das Vertrauen der PatientInnen zu den PhysiotherapeutInnen positiv beeinflussen?
Was ist unsere Vision?
Sport, Bewegung und Koordinationsfähigkeiten sind essentiell für eine gesunde Entwicklung – besonders im Kindes- und Jugendalter. Digitale Medien und assistive Technologien werden immer präsenter und attraktiver. Unsere Vision ist es, diese beiden Entwicklungstendenzen zu vereinen und Sport-, Therapie- und Bewegungsangebote attraktiver zu machen und im klinischen und ambulanten Alltag häufiger anbieten zu können. Dabei sehen wir besonders den interaktiven und „greifbaren“ Aspekt, den Roboter mit sich bringen, als eine Überlegenheit gegenüber videobasierten Sport- und Therapieübungen. Wir möchten Kindern und Jugendlichen aufzeigen, wie solche Systeme genutzt werden können. Gleichzeitig soll auch das Verständnis und Wissen über künstliche Intelligenzen und Interaktionen mit diesen erweitert werden. Roboter als Unterstützung (nicht als Ersatz!) nutzen zu können, könnte diverse positive Ergänzungen für die klinische Routine bieten. Wir möchten herausfinden, ob und wie dies möglich ist.
Wer ist NAO?
NAO ist 57,3 cm groß und wiegt 5,2 Kilogramm. Seine vielen einzelnen Motoren in den Gelenken ermöglichen es ihm, sich sehr menschenähnlich zu bewegen. NAO läuft, setzt sich hin, steht auf und nutzt, falls er fallen sollte, eine Sicherheitspose, um sich nicht zu “verletzen”. Die Möglichkeit der Kommunikation über 11 Tastsensoren, die sich sowohl am Kopf als auch an den Händen und Füßen befinden, macht ihn besonders aus. Neben der Kommunikation über Lautsprecher und Mikrophone, leuchten die LEDs, die sich in seinen Augen befinden, in unterschiedlichen Farben auf.
NAO ist ein humanoider Roboter. Die Verkörperung von solchen Robotern ist vorteilhaft, um Bewegungsübungen zu demonstrieren. Außerdem sind sie sehr niedlich und Kinder haben meistens eine positive Einstellung diesen Robotern gegenüber.
Psychatrische Patient*innen
Kinder- und Jugend-Psychiatrie und Psychotherapie im Evangelischen Klinikum Bethel (EvKB)
Wer kann teilnehmen?
Teilnehmen können Patientinnen und Patienten zwischen 8 bis 18 Jahren mit den Diagnosen:
F32.0 (leichte depressive Episode)
F32.1 (mittelgradige depressive Episode)
F32.2 (schwere depressive Episode ohne psychotische Symptome)
Ablauf der Studie
Die Patient*innen werden randomisiert auf zwei Gruppen (Kontrollgruppe und NAO-Gruppe) aufgeteilt. In der NAO-Gruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen zusätzlich zu dem regulären Sporttermin, pro Woche zwei 30-minütige Sporteinheiten mit dem Roboter. Die Studie dauert insgesamt 8 Wochen.
Das robotergestützte Sportprogramm, ein hochintensives Intervalltraining (HIIT), besteht aus:
- Einem 5-minütigen Aufwärmprogramm
- 20 Minuten Stationstraining (Koordinations- und Kraftübungen)
- 5 Minuten Dehnübungen
Chirurgische Patient*innen
Klinik für Unfallchirurgie und Orthopädie Lippe
Wer kann teilnehmen?
Teilnehmen können Patientinnen und Patienten zwischen 4 bis 16 Jahren nach abdominalchirurgischen Eingriffen.
Ablauf der Studie
Die Patient*innen werden randomisiert auf zwei Gruppen (Kontrollgruppe und NAO-Gruppe) aufgeteilt.
In der NAO-Gruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen vom ersten bis zum dritten postoperativen Tag jeweils 30 Minuten Physiotherapie mit NAO und einer Physiotherapeutin oder einem Physiotherapeuten.
In der Kontrollgruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen drei Mal 30 Minuten Physiotherapie mit der Physiotherapeutin oder dem Physiotherapeuten ohne NAO (hierbei handelt es sich um das reguläre Physiotherapieangebot der Klinik).
Das robotergestützte Therapieprogramm besteht aus:
- Einem Aufwärmprogramm
- Leichten Bewegungsübungen
- Mobilisation
Klinik für Kinderchirurgie und Kinder- und Jugendurologie im Evangelischen Klinikum Bethel (EvKB)
Wer kann teilnehmen?
Teilnehmen können Patientinnen und Patienten zwischen 4 bis 16 Jahren nach abdominalchirurgischen Eingriffen.
Ablauf der Studie
Die Patient*innen werden randomisiert auf zwei Gruppen (Kontrollgruppe und NAO-Gruppe) aufgeteilt.
In der NAO-Gruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen vom ersten bis zum dritten postoperativen Tag jeweils 30 Minuten Physiotherapie mit NAO und einer Physiotherapeutin oder einem Physiotherapeuten.
In der Kontrollgruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen drei Mal 30 Minuten Physiotherapie mit der Physiotherapeutin oder dem Physiotherapeuten ohne NAO (hierbei handelt es sich um das reguläre Physiotherapieangebot der Klinik).
Das robotergestützte Therapieprogramm besteht aus:
- Einem Aufwärmprogramm
- Leichten Bewegungsübungen
- Mobilisation
Physiotherapiepraxis „Hand und Fuß“
Wer kann teilnehmen?
Teilnehmen können Patientinnen und Patienten zwischen 4 bis 16 Jahren mit Frakturen der unteren Extremitäten.
Ablauf der Studie
Die Patient*innen werden randomisiert auf zwei Gruppen (Kontrollgruppe und NAO-Gruppe) aufgeteilt.
In der NAO-Gruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen vom ersten bis zum dritten postoperativen Tag jeweils 30 Minuten Physiotherapie mit NAO und einer Physiotherapeutin oder einem Physiotherapeuten.
In der Kontrollgruppe absolvieren die Kinder und Jugendlichen drei Mal 30 Minuten Physiotherapie mit der Physiotherapeutin oder dem Physiotherapeuten ohne NAO (hierbei handelt es sich um das reguläre Physiotherapieangebot der Klinik).
Das robotergestützte Therapieprogramm besteht aus:
- Einem Aufwärmprogramm
- Leichten Bewegungsübungen
- Mobilisation