包容性工程：赋予身体和神经差异个体权力的研究和开发

工程7（2021）141意见和评论包容性工程：通过工程发明赋予具有生理和神经差异的个体权力，研究和开发Peter T.放大图片创作者：Philippe M.放大图片作者：Michael Goldfarbc，Martha W. M.琼斯d，梅西莉昆达b，e，乔纳森湾放大图片作者：J.Stassunb，e，f，Zachary E.沃伦e，i，j，卡尔E.Zelikc，g，ka美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学化学和生物分子工程系，邮编37235-1604b美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学电气工程与计算机科学系，邮编37235-1826c美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学机械工程系，邮编37235-1592d美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学医学、健康与社会系，邮编37235-1665TheFirst Center for Autism and Innovation，Vanderbilt University，Nashville，TN 37212，USAf美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学物理与天文系g美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学生物医学工程系h美国田纳西州纳什维尔HCA医疗保健公司i美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学医学中心儿科j美国田纳西州纳什维尔范德比尔特肯尼迪中心自闭症谱系障碍治疗和研究所，邮编37203k物理医学和康复系，范德比尔特大学医学中心，纳什维尔，TN 37212，美国1. 背景利用工程工具、设计、研究和思维创造环境和能力，使目前因身体残疾而就业不足或失业的个人（例如，截肢或脊髓损伤）或神经学差异（例如，使自闭症患者能够成为完全有生产力和就业的社会成员一直是范德比尔特大学和其他地方数十年研究的隐含目标。在范德比尔特大学，工程学院与世界一流的范德比尔特大学医学中心的接近以及工程和医学研究人员之间的密切合作极大地促进了这些领域的进展。然而，这些方法通常被孤立于诸如康复工程（其专注于改善身体损伤）之类的类别中。我们建议，这些和类似的活动，旨在赋予个人的身体挑战和神经系统的差异，以贡献自己的能力，特别是劳动力和社会更广泛的consti-tute工程的一个新的子领域，我们称之为工程包容性，或更简洁，包容性工程。虽然包容性工程有意借鉴了许多现有的工程领域，如机械工程，机器人技术，计算机科学，人工智能和系统工程，但包容性工程与其他几种看似相似的例如，无障碍工程和通用设计的密切相关领域涉及使用技术和设计原则，以确保建筑物，计算机和汽车等设施对身体残疾人和不同能力的人的无障碍性。相比之下，包容性工程既更雄心勃勃（因为它的目标不亚于充分参与和利用个人的不同能力，而不仅仅是为他们提供访问），也更包容性设计是一种设计和建筑范式，强调理解用户多样性的必要性，并寻求在设计建筑开发过程中包括尽可能多的人。因此，它与包容性工程截然不同，尽管包容性工程的从业者经常需要考虑其技术用户的多样性作为其研究的一部分换句话说，包容性设计可以被认为是包容性工程的一个组成部分，但它并不等同。包容性工程这一新的分支学科的出现特别是，当不同能力的人被充分纳入，他们的需求得到支持，他们的差异得到庆祝时，组织，系统和社会会得到改善，这一想法的积极影响越来越多地得到定量研究的支持[1]。我们注意到，术语我们认为，正如我们所定义的那样，术语“夹杂物工程”的使用总是可以从上下文中区分出该术语2. 包容性工程设计设备和环境的发明、开发和部署，https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.06.0202095-8099/©2021 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engP.T.作者：P. M. Goldfarb等人工程7（2021）141142使神经系统多样化的个体从婴儿期到退休都过上充实、富有成效的生活是包容性工程的目标在范德比尔特大学，包容性工程的主要工作之一是解决身体残疾问题。美国有4750万成年人生活在行动不便或身体严重受限的情况下，其费用占美国成年人医疗保健总支出的23.6%，每年达3500亿美元[2这种残疾可能是由于脊髓损伤或疾病，如肌萎缩性侧索硬化症（也许最著名的例子是已故的斯蒂芬霍金），帕金森减少的活动性导致减少的身体活动，这导致减少的健康和其他健康问题，这然后导致进一步减少的活动性（例如，参考文献[5这是一个恶性但高度一致的循环，每天都在受影响者及其家人的生活中上演。作为应用最先进的机器人技术解决行动障碍（包括截肢者的智能假肢和可穿戴辅助机器人）的更广泛努力的一部分，范德比尔特大学的研究人员的工作一直处于智能动力外骨骼开发的最前沿，用于恢复（在受伤后立即使用，目的是恢复生理功能，因此外骨骼不需要永久佩戴），运动辅助（在日常生活活动中持续帮助患有慢性行动障碍的人范德比尔特大学发明的IndegoTM外骨骼已经被授权给工程公司Parker Hannifin，该公司已经分拆了一个部门来生产和销售该设备。 该设备已获得美国食品和药物管理局（FDA）的批准。 范德比尔特大学的外骨骼研究建立在机器人、智能系统、控制、传感、测试和改进（例如，参考文献[8，9]）和独立评价（例如，参考文献[10]）。这项研究（由康复工程和辅助技术中心领导）的未来目标包括增加运动的自然性，更轻，更紧凑的设备以及更低的成本。另一主要包容工程重点在范德比尔特大学正在解决具有神经差异的个人的需求（例如，自闭症谱系的人）。大约1/6的人患有神经发育障碍[11]，仅在美国就有超过5000万人;更具体地说，美国有1/54的儿童属于自闭症谱系[12]。神经系统多样化的个体通常难以掌握成年后生产性就业的关键日常任务（例如学习驾驶汽车或在需要有效社交的工作环境中工作）。另一方面，这样的个体可以具有能力（诸如以比神经学上典型的个体更有洞察力的方式对视觉提示作出响应，例如，参考文献[13]），可以形成神经多样性的独特职业的基础，只要他们能够在他们的见解的交流中得到支持[14]。在范德比尔特大学，广泛的工程研究集中在支持神经多样性个体，例如基于虚拟现实的驾驶模拟器，旨在向自闭症青年和成年人教授驾驶[15]，构建和研究基于视觉图像的人工智能系统，以更好地了解神经多样性视觉思考者如何处理信息和体验周围的世界[14，16]，并开发基于计算机的分布式，虚拟空间，供多个用户彼此交互和/或与虚拟物品交互，以支持灵活，安全和基于同伴的社交互动，这对自闭症谱系障碍儿童来说是困难的[17]。这一领域的未来研究将yhttp://www.indego.com/indego/en/home。在新成立的第一自闭症与创新中心的保护伞下进行。范德比尔特大学的包体工程研究方面的情况如图所示。1 .一、3. 影响也许包容性工程的最大影响是它可以在个人和财务独立方面为个人提供无形的好处。然而，包容性工程也可以通过将成本转化为价值，为社会提供可观的经济效益。例如，美国有4750万成年人生活在行动不便或身体严重受限的情况下，其医疗保健费用估计为每年3500亿美元[2如果研究能够带来更轻、更自然、更智能的外骨骼，并且它们的采用率达到10%，那么可以节省高达350亿美元的成本。在美国，支持自闭症谱系个体的平均终身成本在120万至240万美元之间[18]，其中住宿护理或支持性生活住宿和个人生产力损失构成了最高的成本;在英国也发现了类似的成本。假设美国7400万17岁以下儿童中有1/54（即，1.37百万）是在自动化频谱，他们的集体寿命成本将在1.5万亿和3万亿美元之间。如果由于包容性工程的研究，这些人中的10%不再需要财政支持，节省的资金将超过2000亿美元。甚至Fig. 1. 范德比尔特大学包容性工程研究人员的例子（照片由范德比尔特大学提供（a）致力于优化下半身外骨骼的研究人员(b)范德比尔特大学开发的驾驶模拟器，使自闭症谱系的年轻人能够学习驾驶。学习驾驶员监控生理反应和注意道路。P.T.作者：P. M. Goldfarb等人工程7（2021）141143除了减少支助费用之外，还为社会带来了附加值，以前未充分利用的劳动力成本也转化为价值。由此可见，包容性工程的潜在社会影响是巨大的。4. 总结包容工程是工程学中的一个新的分支学科，指的是系统和结构的有意设计，以促进具有不同身体，情感或智力能力的个人参与工作或社会活动这个新的工程分支的关键属性包括所有开发阶段（从构思到设计，开发和生产）的意向性和持续学习，以确定自适应功能是否完全满足其包含的目的。核心属性当然是包容性。这不仅是在面对多样性时实现公平的道德要求，而且在经济上也很重要。对于历史和科学哲学的学生来说，包容性工程代表了正如库恩所描述的那样，传统中的哲学断裂在我们即将进入21世纪第三个十年之际，我们所处的环境是，基于任何形式的差异的系统性排斥，虽然从来都不是“正确的”，但已不再是可以容忍的。这个新的工程分支学科打破了传统：它认为，如果不考虑多样性，产品或建筑环境的设计从根本上是不完整的。此外，报告还指出，在当前环境下，能力发展所面临的挑战要求积极考虑适应性工具，以广泛促进成功参与经济和社会。确认几十年来，范德堡大学的包容性工程研究得到了美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会和美国国防部的支持。它导致了多个小公司的分拆，并将知识产权授权给多家公司。最近，美国国家科学基金会（OIA-1936970）和霍华德休斯医学研究所教授奖提供了支持。来自Jennifer R和William R的慷慨慈善捐赠支持。“比利”弗里斯特在建立第一个自闭症和创新中心方面得到了认可。引用[1] 拉尔森E.新研究：多样性+包容性=更好的工作决策[互联网]。纽约：PARS国际公司;2017 年 9 月 21 日 [ 引 用 于 2020 年 9 月 10 日 ] 。 可 从 ： https ：www.forbes.com/sites/eriklarson/2017/09/21/new-research-diversity-inclusion-better-decision-making-at-work/#759287aa4cbf.[2] Courtney-Long EA ，Carroll DD，Zhang QC ，Stevens AC ，Griffin-Blake S，ArmourBS ， et al. 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