Ecole de printemps

Rückblick auf die Frühjahrsakademie „Robotik und soziale Interaktion“

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Die Forscher auf diesem Gebiet beschäftigen sich mit sehr vielfältigen Studienfeldern wie Psychologie, Neurowissenschaften, maschinelles Lernen, Anthropologie und Ingenieurswissenschaften. Eine Frühjahrsakademie bietet den Forschern eines bestimmten Bereichs Gelegenheit, ihre Arbeiten detailliert vorzustellen und in gemeinsamen Arbeitsphasen darüber nachzudenken, wie jeder in seinem Feld am besten vorankommen kann. Das Thema der vom ETIS-Labor der Universität Cergy-Pontoise veranstalteten Frühjahrsakademie lautete „Robotik und soziale Interaktion“.

Physische Nachgiebigkeit – eine Grundvoraussetzung für die Akzeptanz von Robotern

Die physische Nachgiebigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Roboters, sich geschmeidig zu verhalten, wodurch eine natürliche und gefahrlose physische Interaktion mit dem Menschen möglich wird. Fethi Ben Ouezdou von der Universität Versailles Saint-Quentin stellte seine jüngsten Arbeiten über nachgiebige hydraulische Aktuatoren vor.

Vorteile nachgiebiger hydraulischer Aktuatoren:

  • sehr gutes Kraft/Masse-Verhältnis
  • dynamische Steuerung der Steifheit

Nachteile nachgiebiger hydraulischer Aktuatoren:

  • Mitführung eines Kompressors (Prototypen ohne externen Kompressor befinden sich bereits in der Entwicklung)
  • erhöhter Verbrauch

Einsatzmöglichkeiten:

  • Erforschung der direkten physischen Interaktion mit dem Menschen
  • Nachempfindung seiner muskulären Kapazitäten
  • Dynamische Anpassung der Steifheit für die Ausführung komplexer Aufgaben wie z. B. Laufen auf unebenem Gelände

Die Interaktion zwischen Mensch und Roboter: Erkennen von Absichten

Das Team von Yvonne Delevoye-Turrell von der Universität Lille 1 wird den Roboter Tino und seine hydraulischen Aktuatoren außerdem verwenden, um die Zielstrebigkeit, die Planung und die Ausführung von Bewegungen zu untersuchen. Unsere unbewusste Fähigkeit, die Absichten eines anderen Menschen bereits zu Beginn seiner motorischen Aktion einzuschätzen, aber auch der Einfluss nicht verbaler Signale wie der Ausrichtung des Blicks in unserer sozialen Interaktion sind wichtige Elemente, die von Service-Robotern im Umgang mit Menschen berücksichtigt werden müssen. Im Zusammenhang mit einem sehr ähnlichen Thema stellte Rachid Alami vom Labor für Systemanalyse und architektur (LAAS) in Toulouse seine Arbeiten über die Annäherungsstrategien von Robotern im Umgang mit Menschen vor:

  • Wahl des richtigen Wegs, um einer Person unter Berücksichtigung seines Umfelds und möglicher Hindernisse ein Objekt zu bringen
  • Anpassung der Benutzereinstellungen je nach Körperhaltung und motorischen Fähigkeiten (z. B. für ältere Menschen)
  • Kompromissfindung zwischen der Ausführungsgeschwindigkeit und dem Restaufwand für den Menschen

Das nachstehende Video zeigt ein Portrait des Robotikforschers sowie ein Beispiel seiner Arbeiten:

Kooperative Robotik: Mehr als nur das Ausführen von Befehlen – eine Gelegenheit zum Lernen

Auch die kooperative Robotik wurde angesprochen, insbesondere mit einer Präsentation der Arbeiten des Forschungsteams von Peter Dominey vom Robot Cognition Laboratory. Die Frage ist hierbei, wie sich Mensch und Roboter abstimmen können, um Aufgaben effizient gemeinsam auszuführen. Durch eine Mischung aus sprachlicher Interaktion, Erfahren von Objekten oder Erlernen von Sequenzen, autobiografischem Gedächtnis, Gedankengängen und Antizipation kann der Mensch dem Roboter die Bewältigung neuer gemeinsamer Aufgaben beibringen.

Eine weitere wichtige Dimension wurde von Ludovic Marin vom Labor M2H der Universität Montpellier vorgestellt: rhythmische Elemente und Synchronisierung, die in vielen zwischenmenschlichen Beziehungen eine Rolle spielen. Oft synchronisieren wir unbewusst unsere Bewegungen, wie z. B. beim Laufen, und fallen schließlich in einen gleichen Rhythmus. Diese Synchronisierung bzw. ihre Abwesenheit bei bestimmten Pathologien hat einen großen Einfluss auf die Erleichterung von sozialen Beziehungen und vor allem darauf, wie sie empfunden werden.

In einem ähnlichen Zusammenhang präsentierte Charles Lenay von der Technischen Universität Compiègne seine Forschungsarbeiten über die Erkennung der Anwesenheit anderer Akteure auf sensomotorischer Ebene. Diese zeigten, dass winzige sensomotorische Mechanismen, wie die der Synchronisation oder der Imitation, es zwei Menschen möglich machen, sich als solche zu erkennen.

Unser Forschungsingenieur, Philippe Capdepuy von HumaRobotics, präsentierte die verschiedenen Projekte im Bereich der sozialen Robotik, die im Unternehmen entwickelt wurden: Interaktion mit NAO im Rahmen von Spielen wie 4 gewinnt oder Poker, Interaktion mehrerer Anwender für den Empfang und die Präsentation von Unternehmen, aber auch Arbeiten im Zusammenhang mit der kooperativen Robotik mit dem nachgiebigen Roboter Baxter, insbesondere bezüglich der Programmierung durch Vormachen.

Lernen und Entwicklung wurden unter verschiedenen Gesichtspunkten dargestellt. Zunächst wurden verschiedene Versuchsergebnisse über die Entwicklung im Kindesalter von
Jacqueline Fagard vom Labor für Psychologie und Wahrnehmung (LPP) der Universität Paris-Descartes vorgestellt, die belegten, dass Kinder unter zwei Jahren die Fähigkeit besitzen, zu
experimentieren, ihre Einflussmöglichkeiten auf ihre Umwelt zu verstehen und sie auf die Verwendung von Hilfsmitteln zu übertragen.

Philippe Gaussier vom ETIS-Team der Universität Cergy-Pontoise präsentierte seine Arbeiten über den minimalistischen Ansatz der Imitation und der sensomotorischen Entwicklung auf der Grundlage von Neuronennetzen. Mithilfe von Modellen auf der Basis der Homöostase und des Ausgleichs von Wahrnehmungsfehlern erreichen sie die Entwicklung eines sensomotorischen Imitationsverhaltens (Ballspiel, Gesichtsausdruck).

Des Weiteren wurden gemeinsame Arbeiten mit Denis Vidal vom Forschungs- und Entwicklungsinstitut (IRD) der Universität Paris-Diderot vorgestellt. Darunter ein Experiment in Lebensgröße, bei dem der Roboter Berenson des ETIS sich mehrere Tage im Kontakt mit den Besuchern frei im Musée du Quai Branly bewegte. Dabei ging es um die Nutzung von Interaktionen zwischen Roboter, Besuchern und Werken, um auf der Basis einfacher  sensomotorischer Muster einen Sinn für Ästhetik zu entwickeln.

Eine weitere Form der Interaktion, nämlich Schnittstellen zwischen Gehirn und Maschine, wurden von Manuel Lopes vom Flowers-Team im französischen Forschungsinstitut für Informatik und Automatik (INRIA) behandelt. Sie sind zwar weniger natürlich, bergen jedoch sicher ein bedeutendes Potenzial. Bisher bereitet jedoch die Kalibrierung noch große Schwierigkeiten, da jeder Mensch sehr spezifische zerebrale Aktivierungsmuster aufweist. Die präsentierten Arbeiten kombinieren aktive und maschinelle Lerntechniken, um die Kalibrierung und Ermittlung der mentalen Zustände des Menschen zu beschleunigen, wenn er einer Maschine einen Befehl geben möchte.

Schlussbemerkung

Wenn die Frühjahrsakademie eines klar gezeigt hat, dann dass die Forschung im Bereich der sozialen Interaktion im Zusammenhang mit der Robotik sehr dynamisch ist. Einerseits eröffnet die Einführung nachgiebiger Roboter wie Baxter und Tino neue Perspektiven in Bezug auf die physische Interaktion und wirft zahlreiche Fragen darüber auf, wie Mensch und Roboter am besten zusammenarbeiten können. Andererseits wird die Berücksichtigung der psychologischen Aspekte der Interaktion immer wichtiger, um Serviceroboter zu entwickeln, die auf natürliche und intelligente Weise mit dem Menschen umgehen können. In diesen Bereichen ist Generation Robots/HumaRobotics bereits bestens vorbereitet mit einer einzigartigen Sachkenntnis über den kollaborativen Roboter Baxter und umfassender Erfahrung mit dem sozialen Verhalten des Roboters NAO.

Folgende Roboter sind auf der Website von Generation Robots verfügbar:
Baxter ForschungsroboterPrototyp

Baxter Research Robot Prototype


Programmierbare humanoiden Roboter NAO Evolution

Programmierbare humanoiden Roboter NAO Evolution