ELE : a conversational smart toy for persons with special needs

Neuro-Developmental Disorders (NDD) are a group of conditions with onset in the first phases of the developmental period, associated primarily with the functioning of the brain and the neurological system. This kind of disorders are character- ized by the occurrence of deficits in personal, social, academic, and occupational functioning. Examples of NDD include Attention-Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD), Autism Spectrum Disorder (ASD) and Down Syndrome. Robots play several important roles and add potential benefits in the therapy of children with NDD, and the use of social robots in interventions with this particular target has been explored in several studies. This thesis describes the design and implementation of a plush social robot with an elephant appearance called ELE, which acts as conversational companion and has been designed to help subjects with NDD mitigate stress and develop communication abilities. ELE is integrated with behavioral data gathering and analysis features, to support therapists in monitoring and assess the child during and after a therapeutic session. Finally, an evaluation on the engaging abilities of ELE in a storytelling context with a group of ten NDD subjects is presented. Engagement is evaluated in terms of visual attention and emotional expressiveness, comparing results obtained in two different sessions where the first involved a human narrator and the second one ELE. Results are promising: has been observed an engagement increase when stories are narrated by ELE.

I disturbi del neuro-sviluppo (NDD, Neuro-Developmental Disorders) sono un insieme di patologie che si manifestano nelle prime fasi dello sviluppo di un bam- bino, associate principalmente al funzionamento del cervello e del sistema nervoso. Questi disturbi sono caratterizzati dalla presenza di deficit nelle abilità sociali, comportamentali, accademiche e lavorative. Esempi di NDD sono la Sindrome da Deficit dell’ Attenzione e Iperattività (ADHD, Attention-Deficit Hyperactiv- ity), il Disturbo dello Spettro Autistico (ASD, Authism Spectrum Disorder) e la Sindrome di Down. I robot hanno diversi ruoli e portano diversi benefici nelle terapie con bambini NDD, e l’uso di robot sociali nei trattamenti con questo target specifico è stato esplorato in diversi studi. Questa tesi presenta il design e l’implementazione di un robot peluche sociale dalle sembianze di un elefante chiamato ELE, che agisce da compagno conver- sazionale ed è stato sviluppato per aiutare i soggetti affetti da NDD a mitigare lo stress e sviluppare abilità comunicative. ELE incorpora funzionalità di raccolta ed analisi di dati comportamentali, per aiutare i terapisti nel monitoraggio e la valutazione del bambino durante e dopo una seduta terapeutica. Infine, è presentata una valutazione della capacità di coinvolgimento di ELE in un contesto di storytelling con un gruppo di dieci soggetti affetti da NDD. Il coinvolgimento è valutato in termini di attenzione visiva e capacità di espressività emotiva confrontando i dati ottenuti in due sessioni differenti, utilizzando nella prima un narratore umano e nella seconda ELE. I risultati sono promettenti: è stato riscontrato un aumento del coinvolgimento nella sessione che ha visto ELE come narratore.