Development and testing of furhat robot as a persuasive system for therapeutic adherence support

The problem of medication adherence represents a significant global challenge for the healthcare system. Studies indicate that, on average, one in every two patients with a chronic illness does not correctly take some or all of the prescribed medications. This problem becomes even more severe when considering that non-adherence increases with the number of prescribed medications and that understanding medical prescriptions remains problematic in many cases. The causes associated with non- adherence are wide-ranging, and as a result, the solutions aimed at addressing this issue are evolving through different approaches, such as the application of persuasive strategies targeting intentional and unintentional non-adherence. The advent of technology in the healthcare field offers great potential, and digitalization has allowed for a rethinking of the patient’s role, who assumes a central profile in self-management. Technology has supported the development of solutions capable of connecting doctors and patients, ensuring remote monitoring as well. While patient empowerment signifies considerable progress, it also entails strong active participation in the tasks they must perform. Currently, the state of the art is rich in solutions that integrate technological capabilities, persuasive systems, and remote monitoring: smart blister packs, electronic pill bottles, as well as fully digital solutions like smartphone applications for therapy scheduling and notification tools for medication intake, and voice assistants for primary adherence support. Research conducted in this thesis aims to create a framework that can fit into this usage context, allowing for adherence monitoring through technology, with the supervision of an authoritative entity, while ensuring the least burden possible for the user to make the system transparent and functional. The goal has been achieved through the integration of Furhat as a persuasive system and a new module into the IntakeCare platform, a system designed for therapeutic plan management and remote adherence control. Furhat robot has been made capable of managing, assisting, and guiding the patient in medication scheduling and adherence to their treatment plan, while also providing an element of entertainment. The module’s design has relied on research into persuasive strategies and models that can bring about a change in behavior, specifically targeting the issue of incorrect adherence. Support strategies for the primary task, dialogue, and system credibility have been implemented. The platform architecture is based on the three-tier model. The database, backend, and frontend, consisting of a voice interface for patients (Alexa), a web application for physicians, and a mobile application called FarmaciCare for managing medications at home, have been developed simultaneously by the IntakeCare team. Security, data storage, and presentation logic have been implemented. The module involves the physician entering the medications that patients need to take through the web application, aiming to reduce misunderstandings and alleviate the burden for the patients themselves. This thesis has focused on the development of the Furhat robot and its integration with the InTakeCare platform. This technology, being directly connected to the web application used by the physician, allows users to configure the prescribed treatments through simple steps, ensuring the receipt of reminders and notifications at the scheduled medication intake time, with the option to confirm the intake. By processing this data, it is possible to provide quantitative and detailed information regarding adherence to both the physician for supervision purposes and the patients themselves for a more comprehensive understanding of their personal journey. The use of Furhat as a medical assistant has been tested on 20 volunteers. All participants have demonstrated the ability to successfully complete the test, utilizing the device correctly. The usability of the developed technology has been evaluated through questionnaires administered to all participants, who have overall expressed positive opinions about the technology.

Il problema dell’aderenza ai farmaci rappresenta una significativa sfida a livello globale per il sistema sanitario. Studi indicano che, in media, un paziente su due affetto da una malattia cronica non assume correttamente parte o tutti i farmaci prescritti. Questo problema diventa ancor più grave quando consideriamo che la mancata aderenza aumenta con il numero di farmaci prescritti e che la comprensione delle prescrizioni mediche rimane problematica in molti casi. Le cause dell’aderenza insufficiente sono molteplici e, di conseguenza, le soluzioni per affrontare questo problema stanno evolvendo seguendo diverse strategie, come l’applicazione di strategie persuasive per il cambiamento di comporta- mento in caso di aderenza intenzionale e non intenzionale. L’avvento della tecnologia, anche nel campo della salute, offre un’enorme potenzialità e la digitalizzazione ha per- messo di rivalutare il ruolo del paziente, che assume un ruolo centrale nell’autogestione della propria salute. La tecnologia ha supportato lo sviluppo di soluzioni in grado di collegare medici e pazienti, consentendo il monitoraggio anche a distanza. Se da un lato l’empowerment dei pazienti rappresenta un progresso significativo, dall’altro richiede una forte partecipazione attiva nel compimento dei compiti necessari. Attualmente, ci sono molte soluzioni nel campo che integrano le potenzialità tecnologiche, i sistemi di persuasione e il monitoraggio a distanza: blister intelligenti, bottiglie di pillole elettroniche, nonché soluzioni completamente digitali come app per smartphone per la gestione delle terapie, strumenti di notifica per l’assunzione dei farmaci, assistenti vocali per il supporto all’aderenza e robot disegnati con lo scopo di assistenza medica. La ricerca condotta in questa tesi si propone di sviluppare un framework che si inserisca in questo contesto, consentendo il monitoraggio dell’aderenza attraverso la tecnologia, con la supervisione di un’entità autorevole e garantendo al paziente il minor onere possibile per rendere il sis- tema trasparente e funzionale. L’obiettivo è stato raggiunto attraverso l’integrazione di un nuovo modulo nella piattaforma IntakeCare, un sistema che gestisce il piano terapeutico e controlla l’aderenza a distanza. Il design del modulo si basa su una ricerca sulle strategie e i modelli di persuasione che possono favorire il cambiamento del comportamento, in particolare per correggere l’aderenza inadeguata. Sono state implementate strategie di supporto per il compito primario, il dialogo e la credibilità del sistema. L’architettura della piattaforma si basa su un modello a tre livelli (three-tier); parallelamente, il team di IntakeCare ha sviluppato il database, il backend e il frontend, che comprende Alexa come interfaccia vocale per i pazienti, un’applicazione web per i medici e un’applicazione mobile FarmaciCare per la gestione domestica dei farmaci. Sono state implementate logiche di sicurezza, archiviazione e presentazione dei dati. Il modulo prevede che sia il medico a inserire i farmaci che i pazienti devono assumere tramite l’applicazione web, al fine di limitare le incomprensioni e alleggerire il carico di lavoro per i pazienti stessi. Questa tesi si è concentrata sullo sviluppo del robot Furhat e sulla sua integrazione con la piattaforma InTakeCare. Questa tecnologia, essendo collegata direttamente all’applicazione web utilizzata dal medico, consente agli utenti di configurare i trattamenti prescritti attraverso semplici passaggi, garantendo la ricezione di promemoria e notifiche al momento programmato per l’assunzione dei farmaci, con la possibilità di confermare l’assunzione stessa. Analizzando questi dati, è possibile fornire informazioni quantitative e dettagliate sull’aderenza sia al medico, per la supervisione, che ai pazienti stessi, per un maggiore coinvolgimento nel proprio percorso di cura. Il robot Furhat è stato così dotato della capacità di guidare e assistere il paziente nel processo di programmazione e adesione al percorso terapeutico, offrendo contemporaneamente intrattenimento per il paziente. L’utilizzo di Furhat come assistente medico è stato testato su 20 volontari. Tutti i partecipanti hanno completato con successo il test, utilizzando correttamente il dispositivo. L’usabilità della tecnologia sviluppata è stata valutata mediante questionari somministrati a tutti i partecipanti, che hanno espresso in generale opinioni positive sulla tecnologia sviluppata.