An approach to design interaction between children with autistic spectrum disorder and social interactive robots performing music therapy

It has been estimated that one in every hundred sixty children are born with Autism Spectrum Disorder (ASD) which greatly impacts their life. The symptoms and intensity vary from person to person; the ability to learn, process information and solve problems can vary from exceptional to greatly challenged. In recent years significant advancements in information technology and robotics, have enabled the development of Social Interactive Robots (SIR) as a new way of treating ASD. In parallel, research in music therapy has shown promising results for children diagnosed with ASD. The main focus of this thesis is on the development of therapeutic games, focused on music, and on the design of a stimulating interaction between the child and a robot. With the aim of improving social, cognitive and motor skills. The SIR named Yolk has been built, programmed and its interactive musical activities with a child have been successfully tested. Yolk is capable of locating the child through a directional microphone and ultrasound sensors, adjusting its position to the child, and autonomously interacting with her/him. Depending upon the child´s behaviour towards Yolk, it will react accordingly with movements, sounds and lights. COVID-19 pandemic has significantly limited the possibility to perform in depth testing, yet it has been possible to perform one experiment with a person similar to the target group, which allowed validating the approach and put in evidence what can be done to improve the interaction experience.

E' stato stimato che un bambino su centosessanta nasca con un Disturbo dello Spettro Autistico (ASD), e questo ha un forte impatto sulla loro vita. I sintomi e l'intensità dell'ASD variano da persona a persona; la capacità di apprendere, elaborare le informazioni e risolvere i problemi può variare dall'essere brillante a molto difficoltosa. Negli ultimi anni, significativi progressi nella tecnologia e nella robotica hanno permesso lo sviluppo di robot interattivi sociali (SIR), come un nuovo modo di trattare l'ASD. In parallelo, la ricerca sulla musicoterapia ha mostrato risultati promettenti per i bambini con diagnosi di ASD. L'obiettivo principale di questa tesi è lo sviluppo di giochi terapeutici, incentrati sulla musica, e la progettazione di un'interazione stimolante tra bambino e robot. Tutto ciò, con l'obiettivo di migliorare le abilità sociali, cognitive e motorie dei bambini con ASD. Il SIR chiamato Yolk è stato costruito e programmato, e le sue attività musicali interattive sono state testate con successo con un bambino. Yolk è in grado di localizzare il bambino attraverso un microfono direzionale e sensori a ultrasuoni, di adattare la sua posizione al paziente e di interagire con lui autonomamente. Movimenti, suoni e luci sono utilizzati al fine di fornire una corretta reazione al comportamento del bambino. L'interazione è stata progettata con l'obiettivo di coinvolgere il bambino nella terapia fornendo stimoli significativi attraverso attività musicali. La pandemia di COVID-19 ha limitato significativamente la possibilità di eseguire test in profondità, tuttavia c'è stato un esperimento con una persona simile al gruppo target, che ha permesso di convalidare l'approccio e mettere in evidenza ciò che può essere fatto per migliorare l'esperienza di interazione.