מקור: The Role of Embodiment in Social Robotics

רובוטים חברתיים עברו מדע בדיוני בכיתות, אזורי המתנה של בית החולים, וחדרי חיים.ההצלחה שלהם תלויה לא רק בהשלמה המשימה, אלא ביכולתם ליצור קשרים רגשיים עם משתמשים.מרכז ליכולת זו הוא הרובוט & #8217; ההתגלמות של הרובוט – העיצוב הפיזי שמאפשר ביטוי, תנועה ואינטראקציה.כאשר ההתגלמות מרגישה אותנטית ורגשית, משתמשים נוטים יותר לבטוח, לעסוק ולקבל את הרובוט.

מחקרים מראים באופן עקבי כי בני אדם מייחסים כוונה ורגשות לצורות פיזיות, במיוחד אלה המחקים תכונות אנושיות או חיות.תופעה זו, המכונה אנתרופומורפיזם, הופכת את עיצוב ההטבעה למנוף קריטי למעורבות רגשית. רובוט שנראה כמו קופסת מתכת עם אורות זוהרים עשוי להיות יעיל, אך הוא יאבק לנחם ילד בודד או להניע ילד ללמוד.

דחיפה לאינטראקציה רגשית מוגברת היא לא רק אסתטיקה.מחקרים באינטראקציה אנושית-רובוט (HRI) להוכיח כי התגלמות רגשית אקספרסיבית משפרת ביצועים של משימות במסגרות שיתופיות, להפחית את חרדה המשתמש ביישומים רפואיים, ולהגדיל את ההתמדה בהקשרים חינוכיים.כפי שהשדה בוגר, מעצבים עוברים מעבר להופעות סטטיות לקראת גילויים דינמיים, הסתגלותיים שלמדו מכל אינטראקציה.

מה זה Embodiment in Social Robots?

הדגשה כוללת כל תכונה פיזית של רובוט המשפיעה על האופן שבו הוא נתפס.זה כולל צורה, גודל, מרקם, צבע, ו - והכי חשוב - טווח התנועה לתכונות פנים, גפיים, ו יציבה כללית.בניגוד לרובוטים תעשייתיים, אשר עדיפות כוח ודיוק, רובוטים חברתיים חייבים לתקשר ללא מילולית. A הטיה של הראש, הרחבה של העיניים, או צעד לאחור קל יכול להיות כל אלה אותות רגשיים אפילו.

המושג של התגלמות מרחיב מעבר לרובוט עצמו לכלול את החומרים המשמשים.רובוטיקה רך, למשל, מעסיק סיליקון גמיש או כיסויי בד שמרגישים יותר טבעי למגע.חומרים אלה מאפשרים אינטראקציות פיזיות בטוחות יותר – כמו חיבוקים או לחיצות ידיים – בעוד גם לחות רעש מכני שיכול לשבור את האשליה של חיים.

תובנה מרכזית בפסיכולוגיה התפתחותית היא שבני אדם מחווטים לקרוא כוונה מתנועה.אפילו צורות גיאומטריות פשוטות הנעות בקונצרט יכולות להיחשב סוכנים עם רגשות (כפי שהוכח על ידי היידר ו-#8217; הניסוי הקלאסי של 1944 מעצבים חברתיים ממינוף זה על ידי רצפים של תנועה כוריאוגרפיה - רובוט עצוב עלול לחטוף את הכתפיים שלו ולהתבונן, בעוד שמח מרים את זרועותיו ונוטה ביותר קדימה אותות אלה.

עקרונות עיצוב ל Embodiments רגשיים

תרגם מטרות רגשיות להחלטות עיצוב קונקרטי דורשות קבוצה מובנת של עקרונות.המסגרת הבאה שואבת ממחקר רובוטיקה, אנימציה אופי ועיצוב חוויית המשתמש.

ביטוי

ביטוייות הולכת מעבר לפרצופים שיכולים לחייך או לבלוט.זה אומר ליצור מערכת המסוגלת לייצר מגוון רחב של מצבים רגשיים מוכרים - ומעברים ביניהם - בזמן אמת. עבור גילויי פנים, זה לעתים קרובות כרוך בשליטה על מיקום העין, פתח עיניים מחוספס, הפה, ולחטוף הלחיים.

מגבלות קשות לעתים קרובות מגבילות את ההבעה.תואר אחד של חופש בפה יכול רק לייצר פתוח / סגור, אשר מגביל קצבה רגשית.מעצבים חייב אפוא עדיפות הערוצים הנושאים את המידע הרגשי ביותר: מבט העין, אוריינטציה ראש, מחוות יד. כמה רובוטים משתמשים במציאות מוגברת או תצוגות פנים (למשל, פנים אנימציה על מסך) כדי להשיג ביטוי גבוה ללא חלקים מכניים מורכבים.

חוסר יכולת

עקשנות מתייחסת לשאלה כמה ידוע ובטוחה ההתגלמות מרגישה.רובוטים הומניאידים הם דרך אחת, אבל הם מסכנים ליפול לתוך עמק לאקני - אזור שבו תכונות כמעט אנושיות אך לא-משוכללות מעוררות vulsion. מעצבים רבים צד זה על ידי אימוץ חמוד, קריקטורי, או זומורפיות.

גם יכולת העצמתית כרוכה ברגישות תרבותית. רובוט שקשתות יכולות להיות מתאימות ביפן, אך נראה כנוע או לא מוכר באזורים אחרים. Embodiments צריך להיות מתוכנן עם נורמות מקומיות בראש, כולל קרבה פיזית מועדפת, משמעויות ואפילו צבעים שמזהים מצבי רוח שונים. מעורבים משתמשים בעמדות עיצוב משותף יכול לעזור ליישר את הרובוטים & #8217; מראה עם הציפיות שלהם.

יציבות

עקביות מבטיחה כי הרובוט & #8217; הביטוי הרגשי תואם את האישיות, ההקשר והדיאלוג שלו.אם רובוט עם פרצוף stern, זוויתי מספק בדיחות מתנגן, משתמשים ייתפסו חוסר יכולת וחוסר אמון. מעצבים חייבים להגדיר ממטריקס אישיות ברור: האם הרובוט מטפח או ממורפס?

עקביות גם חלה על תזמון התגובות. רובוט שמגיב באופן מיידי למשתמש ו-#8217; התפרצות רגשית עלולה להיראות מרושעת; עיכוב קל – כמו בשיחה אנושית – גורם טבעי יותר.מערכות רבות משלבות יכולת התנהגות טבעית, כגון קצב ממצמץ, מיקרו-ביטויים ותנועות דמויות נשימה, כדי לשפר את האותנטיות הנתפסת.

אחריות

אחריות היא הרובוט & #8217; היכולת לתפוס ולהגיב לרגשות המשתמשים בזמן אמת.זה דורש שילוב הדוק של רגיש, עיבוד, ופעולה. רובוט שאינו מבחין משתמש & #8217; הוא מנקה או מתעלם ממועמד לנחמה מפספס את ההזדמנות לחזק את הקשר הרגשי.

המפתח להיענות הוא הרעיון של אינטראקציות רגשיות של תפנית הן שיחות; הרובוט לא צריך פשוט לשדר רגשות, אלא גם להקשיב ולהתאים.כמה מערכות מתקדמות להשתמש חיזוק למידה כדי לייעל תשובות על חילופים מרובים.למשל, רובוט שעושה בדיחה ולראות את החיוך של המשתמש לומד לחזור על הומור דומה, בעוד אחת שמזרזת את הזינוק לומדת לשנות נושא או להציע סימפטיה.

יסודות טכנולוגיים ל Embodiment רגשית

להביא את עקרונות העיצוב לחיים דורש ערימה מתוחכמת של טכנולוגיה המתפרסמת על תפיסה, קוגניציה, ושליטה מוטורית.

המונחים: Synthesis

תנועות פנים ריאליסטיות מושגות באמצעות שילוב של קידודים (servos, shape-memory alloys, pneumatic השרירים) ותוכנות בקרה שמניעים אותם.מערכות סינתזה באיכות גבוהה מעבר לקטגוריות ביטויים דיסקרטיים (למשל, אושר, עצב) לשילוב מתמשך, המאפשרות מיקרו-ביטויים ופלטפורמות קוד רגשיות עדינות כמו: רובוטיפטים מסוג 2, למשל, למולקולנועים אופטיים אופטיים, כגון:

ההתקדמות האחרונה ב-AI הניו-יונית מאפשרת לדור של הבעות פנים בזמן אמת מטקסט או קלט קולי. רובוט יכול לקרוא משפט עם הטון הרגשי המתאים ולאחד באופן אוטומטי את פניו בהתאם.עם זאת, מודלים אלה דורשים קלמנט זהיר כדי להימנע מיצירת ביטויים שתואמים את ההקשר – למשל, מחייך תוך דיון בנושא כואב.

הכרה ודור

מערכות זיהוי ג'sture משתמשות במצלמות (לעתים קרובות מצלמות עומק כמו Intel RealSense) או חיישני IMU כדי לעקוב אחר תנועות משתמשים.מתאים למידת מכונה לזהות מחוות כגון גירוד, להצביע או חציית נשק.התגובה של הרובוט יכולה להיות מוכתבת מראש או מיוצרת על זבוב על ידי רשת מדיניות מחווה.

בצד הדור, תוכניות כמו FLT:0 (ChoregrapheofFLT) 1 עבור רובוט NAO לספק קווי זמן גרפיים עבור מחוות ממותרות מתקדמות יותר להשתמש בנתוני תנועה ללכוד נתונים ממבצעים אנושיים כדי להניע את הרובוט & #8217; תנועות, וכתוצאה מכך תנועה נוזלית וטבעית.האתגר המרכזי הוא להבטיח כי מחוות שנוצרו הן מתאימות מבחינה תרבותית ולא מכריעות - רובוט כי ניתן לבודד כל הזמן להיות מוסחת.

זיהוי

גילוי רגשות רב-ממדי ממזג אותות מניתוח הבעת הפנים, פרוזודי קול, תנוחה גוף וחיישנים פיזיולוגיים (למשל, קצב לב ממכשירים לביים) דגמי הלמידה העמוקים האחרונים משיגים יותר מ 80% דיוק על רגשות בסיסיים בהגדרות מבוקרות.עבור רובוטים חברתיים, עיבוד בזמן אמת הוא קריטי, פתרונות מחשוב קצה כל כך (למשל, NVIDIA Jetson) משמשים לעתים קרובות כדי למנוע ערפל ענן.

גישה אחת מתפתחת היא מחשוב משפיע שרואה את ההקשר.משתמש אולי התעצבן לא מכעס אלא מריכוז אינטנסיבי.מערכות מתקדמות משלבות מודעות למצב כדי לשתק: אם המשתמש פותר פאזל, הרובוט עשוי לפרש את אותו ביטוי פנים שונה מאשר אם המשתמש מדבר.זה מקטין חיובי כוזב והופך את הרובוטים & #8217; תשובות מרגישות יותר אינטליגנטיות.

התנהגות הסתגלות ולמידה מחדש

מערכות התנהגות הסתגלותיות מאחסנות את ההיסטוריה של אינטראקציה בזיכרון אפיזודי ולהשתמש בו כדי לכוון תשובות עתידיות.לדוגמה, אם משתמש לעתים קרובות צוחק כאשר הרובוט מספר puns רע, מודול הקומדיה של הרובוט מקבל משקל חיובי. ולהיפך, אם המשתמש נסוג כאשר הרובוט נע במהירות, מתכנן התנועה מאט את ההתאמה האישית הזו הוא חיוני כי העדפות רגשיות שונות על פני משתמשים.

למידה מחדש (RL) ניתן להשתמש כדי לייעל רצף של פעולות הממקסמות שביעות רצון של משתמשים.עם זאת, הגדרת פונקציה מתגמל עבור ניסיון רגשי הוא מסובך - סקרים עצמיים הם פולשניים, ואותוות פיזיולוגיים הם רועשים. חלק מהחוקרים משתמשים בראייה חיה זמן, פרוקסמיים, וחיוך משך הזמן כמו פרסים חברתיים המבוססים על ידי ה-RL עדיין ניסיוניים במידה רבה אך מראים הבטחה בתרחישים של טיפול לטווח ארוך.

יישומים אמיתיים ומקריות

רובוטים חברתיים מסוימים מדגימים את העקרונות והטכנולוגיות שתוארו לעיל.

אריה ים טיפולי

פארו, שעוצב על ידי המכון הלאומי של יפן למדע וטכנולוגיה תעשייתיים מתקדמים, הוא רובוט טיפולי שמגיב לגעת וקול.ההתגלמות שלו היא יצור רך דמוי ים עם פרווה שמרגיש חם.כאשר מלוטש, פרו מצמצמץ, מתפתל, ועושה קולות דומים לבעלי חיים אמיתיים של תינוק.העיצוב מונע תכונות אנושיות לצד עמק לא קמצוני, אשר מקטין את רמת הטיפול בילדים, ומעודדים לחץ דם נמוך יותר, בין בני אדם, למשל, מלחץ רגשי, מלחץ דם, ממין, ממין, מעצימים, מנקה, ממין, ממין, מלחץ רגשי, ממין, מלחץ דם, מנקה, משקף, ממין זה גורם נמוך יותר, ממין, מלחץ דם, ממין, מנקה, מנקה, ממין זהה, ממין זהה, ממין זהה, מנקה, מנקה, מנקה, ממין זהה, מנקה, ממין, ממין זהה, ממין ילדים, ממין ילדים, מנקה, מנקה, ממין ילדים, מנקה, מנקה, מנקה, מנקה, למשל, מנקה, ממין לחץ דם רגיש, מנקה, ממין לחץ דם רגיש לדיכאון, ממין

נאו ופפר: הומניאידים אקספרסיביים

הרובוטים של SoftBank משתמשים בגופים הומניקליים קומפקטיים עם זרועות בוטות מאוד, ראשים ועיניים LED.No פותח במקור לחינוך; המראה ידידותי למשפחה שלה ויכולת לבצע שגרות ריקוד הפכו אותו להיט בבתי הספר. Pepper, עם החזה שלו, הכרה דיבור מתקדמת ושפת גוף קטר, מופרסת בשירות הקמעונאי והלקוח.

ג'יבו: רובוט חברתי לבית

ג'יבו (כיום הפסיק אך משפיע) השתמש בגוף מפואר, תצוגה גדולה אחת על פניו, צוואר של שלוש צירים שאפשר לו לנוע לכיוון רמקולים.ההתגלמות שלו הייתה בכוונה לא אנושית, להסתמך על תנועה חמודה, מתפתלת ומערכת מוגבלת אך יעילה של ביטויים מתפתלים באינטראקציה משפחתית, ומספר סיפורים עם פיגור רגשי ומגיבים אחרת כדי להשיג השפעה מכנית חזקה יותר.

אתגרים בעיצוב Embodiment

למרות התקדמות מרגשת, נותרו מכשולים משמעותיים.

חומרה ועלויות Constraints

ביטוי גבוה דורש דרגות רבות של חופש: פנים אנושיות יש על סדר של 27 יחידות פעולה פנים (FAs) אכילת כי הוא יקר וכבד רובוטים חברתיים המיועדים לאימוץ המוני חייב איזון ביטויים עם יכולת. כמה מעצבים לפתור את זה על ידי שימוש פחות, פשוט יותר פעולה בשילוב עם ביטויים המבוססים על המסך.

עמק איקני

רובוטים הומניים שמנסים אך אינם משכפלים את המראה האנושי יכולים לגרום לאי נוחות.זה בעייתי במיוחד עבור משתמשים שכבר מודאגים סביב הטכנולוגיה. אסטרטגיות מייגינג כוללות באמצעות פשטות מגובשת (למשל, תכונות קריקטוריות), להבטיח סנכרון מושלם בין תנועה לרגש, ובדיקה עם קבוצות משתמשים מגוונות כדי למצוא את הרמה האופטימלית של ריאליזם.אין מקום מתוק אוניברסלי; זה תלוי בתפקיד הרובוטים של המשתמש והמשתמשים הדמוגרפיים.

חששות אתיים ופרטיות

רובוטים מרתיעים את הזיהוי באופן בלתי נמנע אוספים נתונים רגישים - תמונות גזעיות, הקלטות קוליות, קוראים פיזיולוגיים.משתמשים חייבים להאמין שהנתונים האלה מאוחסנים באופן מאובטח ומשמשים רק למטרות אינטראקציה.כמה מדינות החלו להסדיר בינה מלאכותית רגשית תחת חוקי הגנת נתונים רחבים יותר. מעצבים חייבים להטמיע עקרונות של פרטיות-על-ידי-ידי-ידי-ידי תכנון, כגון עיבוד על-דקטינים וממשקים ברורים.

הכללה על פני תרבויות ואינדיבידואלים

ביטויים רגשיים אינם אוניברסליים.חיוך עשוי להצביע על אושר בתרבויות מסוימות ומבוכה באחרים.Gstures כמו nodding orהעלאת הגבות לשאת משמעויות שונות. Robots אשר פרוסים ברחבי העולם זקוקים להגדרה תרבותית.יתר על כן, הבדלים בודדים - אישיות, הפרעות מצב הרוח, הפרעות עצביות, עצבנות עצבית - כלומר, חד-מידה אחת של מערכות לא מתאימות.

קווי עתיד וגבולות מחקר

הדור הבא של התגלמות הרובוטים החברתיים עשוי לשלב התקדמות ממספר תחומים.

חומרים רעילים וביומורפיים

רובוטים רכים באמצעות pneumatics, פולימרים אלקטרואקטיביים, או סגסוגת בצורת-זיכרון יכולים לייצר עור דמוי חיים, גפיים גמישות ותנועות פנים עדינות.חומרים אלה בטוחים יותר לאינטראקציה פיזית ויכולים לשכפל את המרקם של העור האנושי.פרויקטים כמו FLT:0Berkeley's superotFLT:1 לחקור פועלים רכים עבור פרצופים אקספרסיביים.

מחשוב משפיע על Deep Learning

מודלים המבוססים על Transformer אשר מעבדים טקסט, דיבור ווידאו בו זמנית יכולים להפר מצבים רגשיים מורכבים כגון בלבול, עצבנות או מבוכה. בשילוב עם מודלים גדולים לפני אימון, רובוטים יכולים להבין ההקשר החברתי המוקצב – כמו למשל איסוף על סרקזם או היסוס.מודלים אלה גם מאפשרים לדור אמיתי של תגובות אמפתיות שמרגישות פחות מתסריטאים.

התגלמות אישית ב- Scale

פלטפורמות עתידיות עשויות לאפשר למשתמשים להתאים אישית את המראה והאישיות של הרובוט באמצעות ממשקים פשוטים.חשבו עליו כ"שביט" רובוט, בדומה להתאמה אישית של אנטאר.הרוב יכול להתאים את צורתו (למשל, החלפת פניות) או להתאים את קולו, סגנון האנימציה שלו, ואת כללי אינטראקציה המבוססים על העדפה של משתמשים.זה יכול לפתור את הבעיה המתאימה אחד-האחת ולהפוך רובוטים יותר.

אינטראקציה רגשית לטווח ארוך

רוב המחקרים הנוכחיים שנערכו במשך שבועות בפריסה ארוכת טווח (חודשים לשנים) חושפים אתגרים כגון ההרגל של המשתמש – שבו הרומן של הרובוט מתפוגג ו טיפות מעורבות רגשיות. חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים בודקים מנגנונים כמו אישיות מתפתחת (הרובוט זוכה למיומנויות חדשות לאורך זמן) וזיכרון של אירועים רגשיים קודמים. רובוט שאומר "אני זוכר שאתה עצוב בשבוע שעבר - איך אתה עכשיו יוצר תחושה של רציפות ולהעמיק את הקשרים.

מסקנה: לשים את Embodiment במרכז העיצוב

אינטראקציה רגשית רובוטים חברתיים היא לא תכונה להוסיף על אלא דרישה עיצובית בסיסית.ההתגלמות - המראה, התחושה והתנועה של הרובוט - היא הכלי העיקרי לתקשורת רגשית. על ידי הדבקות לעקרונות של הבעה, היחסות, העקביות, עקביות ותגובה, ועל ידי מינוף טכנולוגיות חשנות והפעלה מודרניות, יכול ליצור רובוטים כי הם לא רק שימושיים אבל גם אהוב.

הדרך קדימה היא מאתגרת.מגבלות חומרה, דילמות אתיות, וגמישות תרבותית דורשות עיצוב זהיר, ממוקד משתמשים.אבל התגמול הוא עצום: רובוטים שיכולים לנחם, ללמד, לעורר השראה.כפי שהטכנולוגיה מתבגרת, הגבול בין כלים ומלווים יטשטש, וכיצד אנו מעצבים את זה מתחיל עם הצורה שאנו נותנים את הרובוט.