Человеко-роботовое взаимодействие
Человеко-роботовое взаимодействие — это исследование взаимодействия между людьми и роботами. Исследователи часто называют HRI. Человеко-роботовое взаимодействие — это многодисциплинарная область, в которую входят взаимодействие человека и компьютера, искусственный интеллект, робототехника, понимание естественного языка, дизайн и социальные науки.
Определение
Сформированный сборкой двух слов «inter» и «action», термин «взаимодействие» в его самой этимологии предлагает идею взаимного действия, взаимности, нескольких элементов. В области человеческих отношений «взаимодействие» вмешивается как сокращение выражения «социальное взаимодействие», определяемое как межличностное отношение, между двумя людьми (здесь человек / робот), в котором информация делится.
Взаимодействие человека и робота организовано вокруг нескольких технологических панелей. Действительно, для развития роботов, способных сотрудничать, а также «жить» в контакте с людьми, исследователи работают над разработкой алгоритмов обучения, изучают механический аспект и проводят исследования по материалам.
происхождения
Человеко-роботовое взаимодействие было предметом научной фантастики и академических спекуляций даже до того, как существовали какие-либо роботы. Поскольку HRI зависит от знания (иногда естественного) человеческого общения, многие аспекты HRI являются продолжением тем человеческих коммуникаций, которые намного старше, чем робототехника как таковая.
Происхождение HRI как дискретной проблемы было заявлено автором XX века Исааком Азимовым в 1941 году в его романе «Робот». Он утверждает три закона робототехники,
Робот не может нанести вред человеку или через бездействие позволить человеку нанести вред.
Робот должен подчиняться любым приказам, данным ему людьми, за исключением случаев, когда такие приказы будут противоречить Первому Закону.
Робот должен защищать свое существование, если такая защита не противоречит первому или второму закону.
Эти три закона робототехники определяют идею безопасного взаимодействия. Чем ближе человек и робот, тем более сложными становятся отношения, тем больше возрастает риск ранения человека. В настоящее время в развитых странах производители, использующие роботы, решают эту проблему, не позволяя людям и роботам совместно использовать рабочее пространство в любое время. Это достигается путем определения безопасных зон с использованием лидарных датчиков или физических клеток. Таким образом, присутствие человека полностью запрещено в рабочем пространстве робота, пока оно работает.
Благодаря достижениям искусственного интеллекта, автономные роботы могут в конечном итоге иметь более активное поведение, планируя свое движение в сложных неизвестных средах. Эти новые возможности сохраняют безопасность в качестве основной проблемы и эффективности как вторичной. Чтобы разрешить это новое поколение роботов, проводятся исследования по обнаружению людей, планированию движения, реконструкции сцены, интеллектуальному поведению посредством планирования задач и совместимого поведения с использованием управления силой (схемы управления импедансом или допусками).
Цель исследования HRI — определить модели ожиданий людей относительно взаимодействия роботов для руководства разработкой роботов и алгоритмического развития, которые позволили бы более естественное и эффективное взаимодействие между людьми и роботами. Исследования варьируются от того, как люди работают с удаленными телеуправляемыми беспилотными автомобилями для совместной работы с антропоморфными роботами.
Многие в области HRI изучают, как люди сотрудничают и взаимодействуют и используют эти исследования, чтобы мотивировать, как роботы должны взаимодействовать с людьми.
Цель дружественных человеческих роботов
Роботы — это искусственные агенты с способностями восприятия и действия в физическом мире, которые часто называют исследователями как рабочее пространство. Их использование было обобщено на заводах, но в настоящее время они, как правило, встречаются в наиболее технологически развитых обществах в таких важных областях, как поиск и спасение, военная битва, обнаружение мин и бомб, научное исследование, правоохранительная деятельность, развлечения и больничная помощь.
Эти новые области приложений подразумевают более тесное взаимодействие с пользователем. Концепция близости должна приниматься в полном объеме, роботы и люди разделяют рабочее пространство, но также разделяют цели с точки зрения достижения целей. Это тесное взаимодействие требует новых теоретических моделей, с одной стороны, для ученых-роботологов, которые работают над улучшением утилиты роботов, а с другой стороны, для оценки рисков и преимуществ этого нового «друга» для нашего современного общества.
С продвижением в ИИ исследование фокусируется на одной части на пути к наиболее безопасному физическому взаимодействию, а также на социально-правильном взаимодействии, зависящем от культурных критериев. Цель состоит в том, чтобы создать интуитивную и легкую связь с роботом посредством речи, жестов и выражений лица.
Dautenhahn относится к дружественному взаимодействию между человеком и роботом как к «Robotiquette», определяющему его как «социальные правила для поведения роботов (« робототехнике »), которые удобны и приемлемы для людей». Робот должен адаптироваться к нашему способу выражения желаний и заказов а не наоборот. Но повседневные условия, такие как дома, имеют гораздо более сложные социальные правила, чем те, которые подразумеваются на фабриках или даже в военной среде. Таким образом, робот нуждается в восприятии и понимании способности создавать динамические модели своего окружения. Он должен классифицировать объекты, распознавать и находить людей, а также их эмоции. Потребность в динамических мощностях подталкивает все подполя робототехники.
Кроме того, понимая и воспринимая социальные сигналы, роботы могут создавать совместные сценарии с людьми. Например, при быстром росте персональных машин для изготовления, таких как настольные 3D-принтеры, лазерные фрезы и т. Д., Поступающие в наши дома, могут возникнуть сценарии, когда роботы могут совместно совместно управлять, координировать и решать задачи вместе. Промышленные роботы уже интегрированы в промышленные сборочные линии и совместно работают с людьми. Социальное воздействие таких роботов изучено и указало, что работники по-прежнему относятся к роботам и социальным образованиям, полагаются на социальные сигналы, чтобы понимать и работать вместе.
На другом конце исследования HRI когнитивное моделирование «отношений» между человеком и роботами приносит пользу психологам и роботизированным исследователям, которые часто изучают интересы пользователей с обеих сторон. Это исследование ставит своей задачей часть человеческого общества. Для эффективного взаимодействия человеко-гуманоидного робота в разработке таких искусственных агентов / систем должны быть реализованы многочисленные навыки общения и связанные с ними функции.
Упрощение взаимодействий
гуманизация
Не только внешний вид важны, но и жесты также играют главную роль. Чем гуманоид будет выглядеть роботом, тем легче человеку принять его компанию.
Чтобы облегчить принятие робота человеком и обеспечить естественное и безопасное взаимодействие, ничто не остается случайным, начиная с появления робота. Таким образом, гибкий материал, выбранный роботом Robopec как «кожа», помогает сделать свой робот выразительным: «Reeti позволяет нам добавлять взаимодействие между человеком и роботом через панель эмоций. Кожа Реети эластична и деформируема, поэтому она может имитировать определенные эмоции », — объясняет Кристоф Руссет, основатель Robopec. В дополнение к выразительному лицу мягкие и интеллектуальные материалы также обеспечивают более чувствительное прикосновение.
Кроме того, воспроизведение роботов-сенсомоторов человека на роботе остается важной задачей для робототехники. Этот пробел называется искусственным интеллектом и разумным интеллектом: Парадокс Моравека.
автономия
AIST (Национальный институт передовых промышленных наук и технологий Цукубы) в сотрудничестве с CNRS уже 10 лет работает над развитием связи между людьми и роботами, в том числе пытается создать робота, полностью автономного, который понимает и подчиняется человеку. Чтобы сделать это возможным, ученые выбирают целенаправленный подход к три-сенсорному восприятию. Через iCub, небольшой робот с открытым исходным кодом с тремя чувствами (зрение, слух, прикосновение), исследователи из Итальянского технологического института работают над улучшением ощущения осязания. iCub — гуманоидный робот, который может взаимодействовать с окружающей средой и людьми. Он покрыт сенсорными датчиками, он может распознавать различные предметы, захватывать их, не сокрушая их и сохранять свое имя.
В Akka Technologies инженеры включили в робот Link и Go встроенный слой искусственного интеллекта: «Автомобиль способен распознать пассажира и в зависимости от времени и контекста предложить маршруты. Робот становится силой предложения. независимо от уровня интеллекта, человек всегда должен иметь возможность забрать руку, в частности, на совместных роботов, посвященных службе. Вдали от фикций робота, способного взять под контроль нашу жизнь, Родольф Хассельвандер, директор Центр интегрированной робототехники Иль-де-Франс (CRIIF) возвращает нас к реальности: «Мы не в состоянии иметь автономных роботов. Идея состоит в том, чтобы управлять роботом удаленно.
Технологические проблемы
— Умные материалы: для улучшения ощущения осязания.
— Сенсорные датчики: лучше воспринимать окружающую среду.
— Мощность вычислений: определять в реальном времени траектории.
— Искусственный интеллект: научиться распознавать окружающую среду и выполнять новые задачи.
Механика: так что движения робота кажутся естественными для человека. 3
Общие исследования HRI
Исследования HRI охватывают широкий круг областей, некоторые общие для характера HRI.
Методы восприятия людей
Большинство методов намереваются построить 3D-модель через видение окружающей среды. Датчики проприоцепции позволяют роботу получать информацию в своем собственном состоянии. Эта информация относится к ссылке.
Методы восприятия людей в окружающей среде основаны на информации датчика. Исследования по чувствительным компонентам и программному обеспечению под руководством Microsoft дают полезные результаты для извлечения кинематики человека. Примером более старой техники является использование информации о цвете, например, тот факт, что для людей с легкой кожей руки легче, чем одежда. В любом случае человек, смоделированный априорно, может быть затем привязан к данным датчика. Робот строит или имеет (в зависимости от уровня автономии робота) трехмерное отображение его окружения, которому присваиваются местоположения людей.
Система распознавания речи используется для интерпретации человеческих желаний или команд. Объединив информацию, полученную с помощью проприоцепции, датчика и речи, положение и состояние человека (стоя, сидя).
Методы планирования движения
Планирование движения в динамической среде — задача, которая на данный момент достигается только для 3-10-градусных роботов свободы. Гуманоидные роботы или даже 2 вооруженных робота, которые могут иметь до 40 градусов свободы, не подходят для динамических сред с использованием современных технологий. Однако низкомерные роботы могут использовать метод потенциального поля для вычисления траекторий, избегающих столкновений с человеком.
Когнитивные модели и теория разума
Люди демонстрируют негативные социальные и эмоциональные реакции, а также уменьшают доверие к некоторым роботам, которые тесно, но несовершенно, похожи на людей; это явление было названо «Бесконечной долиной». Однако недавние исследования в роботах телеприсутствия установили, что имитация позы человеческого тела и выразительные жесты сделали роботов привлекательными и занимались дистанционной настройкой. Кроме того, присутствие человека-оператора ощущалось сильнее при тестировании с помощью робота-робота-андроида или гуманоида, чем при обычной видеосвязи через монитор.
Несмотря на растущий объем исследований о восприятии пользователями и эмоциях в отношении роботов, мы все еще далеки от полного понимания. Только дополнительные эксперименты будут определять более точную модель.
Основываясь на прошлых исследованиях, мы имеем некоторые указания на текущие настроения пользователей и поведение вокруг роботов:
Во время начальных взаимодействий люди более неопределенны, ожидают меньше социального присутствия и имеют меньше положительных эмоций, когда думают о взаимодействии с роботами. Этот вывод был назван сценарием взаимодействия человека и человека.
Было замечено, что когда робот выполняет проактивное поведение и не соблюдает «безопасное расстояние» (путем проникновения в пространство пользователя), пользователь иногда выражает страх. Этот ответ страха зависит от человека.
Также было показано, что когда робот не имеет особого значения, часто выражаются негативные чувства. Робот воспринимается как бесполезный, и его присутствие становится раздражающим.
Также было показано, что людям присущи характеристики личности роботу, которые не были реализованы в программном обеспечении.
Методы координации между человеком и роботом
Большая часть работы в области взаимодействия человека с роботом рассмотрела, как люди и роботы могут лучше сотрудничать. Основным социальным ориентиром для людей при совместной работе является общее восприятие деятельности, с этой целью исследователи исследовали опережающий контроль роботов с помощью различных методов, в том числе: контроль поведения человеческих партнеров с помощью отслеживания глаз, выводов о намерении человеческой задачи и активных действий со стороны робота. Исследования показали, что упреждающий контроль помог пользователям выполнять задачи быстрее, чем только с реактивным контролем.
Общий подход к программированию социальных сигналов в роботах — это сначала изучение поведения человека и человека, а затем передача обучения. Например, механизмы координации в сотрудничестве с человеческими роботами основаны на работе в области нейронауки, которая изучала, как обеспечить совместные действия в человеко-человеческом конфигурировании, изучая восприятие и действие в социальном контексте, а не в изоляции. Эти исследования показали, что сохранение общего представления задачи имеет решающее значение для выполнения задач в группах. Например, авторы рассмотрели задачу вождения вместе, разделив обязанности ускорения и торможения, т.е. один человек отвечает за ускорение, а другой — за торможение; исследование показало, что пары достигли того же уровня производительности, что и индивидуумы, только когда они получали обратную связь о сроках действий друг друга. Аналогичным образом, исследователи изучили аспект человеко-человеческих передач с домашними сценариями, такими как прохождение столовых пластин, чтобы обеспечить возможность адаптивного управления ими при передаче человеческих роботов. Совсем недавно исследователи изучили систему, которая автоматически распределяет задачи сборки среди совместно расположенных работников для улучшения координации.
Исследование HRI, ориентированное на приложение
В дополнение к общему исследованию HRI, исследователи в настоящее время изучают области применения систем взаимодействия человека и робота. Исследования, ориентированные на приложения, используются для того, чтобы помочь современным технологиям робототехники противостоять проблемам, существующим в современном обществе. В то время как взаимодействие между человеком и роботом по-прежнему является довольно молодой областью интересов, во многих областях активно развиваются и проводятся исследования.
Исследование HRI / OS
Операционная система взаимодействия с человеческим роботом (HRI / OS) «обеспечивает структурированную программную инфраструктуру для создания человеко-роботных команд, поддерживает различные пользовательские интерфейсы, позволяет людям и роботам участвовать в целевом диалоге и облегчает интеграцию роботов через расширяемый API «.
Поиск и спасение
Первые респонденты сталкиваются с большими рисками в настройках поиска и спасения (SAR), которые обычно включают среды, которые небезопасны для путешествий человека. Кроме того, технология предлагает инструменты для наблюдения, которые могут значительно ускорить и улучшить точность восприятия человека. Роботы могут использоваться для решения этих проблем. Исследования в этой области включают в себя усилия по решению вопросов обнаружения, мобильности, навигации, планирования, интеграции и телеуправления.
SAR-роботы уже развернуты в таких средах, как Collapse of World Trade Center.
Другие области применения включают:
Развлекательная программа
образование
Полевая робототехника
Главная и сопутствующая робототехника
радушие
Реабилитация и уход за пожилыми людьми
Роботизированная терапия (RAT)