parallax background

Human Robot Interaction

Human Robot Interaction (HRI) jest dziedziną badań naukowych, która z racji rozwoju nowych technologii i megatrendu cyfrowej transformacji odrywa ważną rolę społeczną.

 

I jak Interdyscyplinarność

W zrozumieniu istoty Human Robot Interaction jako obszaru badawczego, ważne jest dostrzeżenie jego interdyscyplinarności. Jak podkreślają autorzy książki: Human-Robot Interaction – An Introduction [1] HRI łączy naukowców i praktyków z różnych dziedzin: inżynierów, psychologów, projektantów, antropologów, socjologów, filozofów. Stworzenie udanej interakcji między człowiekiem a robotem wymaga międzydziedzinowego spojrzenia i kompetencji w celu opracowania sprzętu i oprogramowania robotycznego, analizy zachowania ludzi podczas interakcji z robotami w różnorakich kontekstach społecznych oraz stworzenia estetyki wyglądu i zachowania robota, a także wymaganej wiedzy dziedzinowej dla konkretnych zastosowań.

Jednak, jak wskazują badacze, interdyscyplinarność HRI może być też barierą. Różne dyscypliny różnią się od siebie pod względem wspólnych przekonań, wartości, modeli i wzorców. Aspekty te tworzą "paradygmat", który kieruje społecznością teoretyków i praktyków. Te paradygmaty, niczym "bańki" mogą zakłócać wzajemne zrozumienie. Dlatego właśnie w badaniach nad HRI fundamentalną rolę odgrywa otwarty dialog między naukowcami.
Trudności we współpracy między projektantami , inżynierami i naukowcami, w szczególności reprezentującymi nauki społeczne, znajdują swoją podstawę w trzech barierach: reprezentacja wiedzy, spojrzenie na rzeczywistość i główny przedmiot zainteresowania.

Bartneck et al. 2019

Badania, wyzwania, zainteresowania

HRI kładzie szczególny nacisk na badanie natury interakcji społecznych między ludźmi i robotami, nie tylko w duetach, ale także w grupach, instytucjach i prędzej czy później w naszych społeczeństwach. Postęp technologiczny jest wynikiem wspólnych interdyscyplinarnych wysiłków, które mają ważne implikacje społeczne i etyczne. Pamiętanie o nich poprzez prowadzenie badań skoncentrowanych na człowieku doprowadzi, miejmy nadzieję, do rozwoju robotów, które są powszechnie akceptowane i służą ludziom dla większego dobra [1].

Badacze wskazują, że istnieje kilka wyzwań badawczych, które należy podjąć w badaniach nad procesami współpracy, które znajdują się na przecięciu robotyki, inżynierii, interakcji człowiek-robot i informatyki. Roboty współpracujące muszą być wyposażone w zestaw umiejętności, które pozwolą im działać w bliskim kontakcie z człowiekiem, takich jak wyczuwanie, rozumowanie i uczenie się. Z kolei człowiek musi być umieszczony w centrum starannego projektu, w którym należy również uwzględnić aspekty bezpieczeństwa i intuicyjnej interakcji fizycznej. Zastosowania przemysłowe stwarzają dodatkowe problemy, ponieważ roboty muszą być łatwe do zaprogramowania przez niewykwalifikowanych użytkowników, a jednocześnie muszą działać w dynamicznych środowiskach. Zatem biorąc pod uwagę ostateczny cel, jakim jest płynna, podobna do ludzkiej i bezbłędna współpraca, należy zdawać sobie sprawę z istnienia szerokiego zakresu tematów, które muszą być w pełni objęte, takich jak bezpieczeństwo, interakcja, fizyczność, poznanie, adaptacja, metryka, i wiele innych [2].

Inżynierskie, podkreślające rolę robota, spojrzenie porządkujące obszary zainteresowań w HRI, prezentuje Sheridan, który interakcje pomiędzy ludźmi a robotami dzieli na cztery obszary zainteresowań:

  1. nadzorowana przez człowieka kontrola robotów podczas wykonywania rutynowych zadań. Obejmują one przenoszenie części na liniach montażowych w przemyśle, dostęp do dostarczania paczek, komponentów, poczty, leków w magazynach i szpitalach,
  2. zdalne sterowanie pojazdami kosmicznymi, powietrznymi, lądowymi i podmorskimi w celu wykonywania nierutynowych zadań w niebezpiecznych lub niedostępnych środowiskach. Maszyny takie nazywane są „teleoperatorami”. Wykonują one zadania związane z manipulacją i przemieszczaniem w odległy środowisku fizycznym, w odpowiedzi na ciągłe ruchy kontrolne wykonywane prze człowieka,
  3. zautomatyzowane pojazdy, w których człowiek jest pasażerem, w tym zautomatyzowane pojazdy drogowe i kolejowe, czy powietrzne,
  4. społeczna interakcja człowiek-robot, w tym urządzenia robotyczne, które zapewniają rozrywkę, nauczanie, komfort i pomoc dzieciom, osobom starszym i niepełnosprawnym [3].

Wchodzenie w interakcję jest domeną człowieka

Scholtz podkreśla, że HRI pozwala na pewien zestaw autonomicznych zachowań wykonywanych przez robota. Koncepcja interakcji człowiek-robot stała się możliwa dopiero w ostatniej dekadzie dzięki postępom w dziedzinie robotyki (percepcja, rozumowanie, programowanie), które umożliwiły stworzenie systemów półautonomicznych. Naukowcy zauważają także, iż ludzkie umiejętności są zawsze wymagane w obsłudze systemów zrobotyzowanych. Zatem projektanci powinni wykorzystywać technologię robotów do wspierania i zwiększania umiejętności ludzi, a nie do zastępowania umiejętnościami robotów umiejętności ludzi [4].

Kidd z klei argumentuje za rozwojem i wykorzystaniem technologii robotycznej w taki sposób, aby ludzkie umiejętności i zdolności stały się bardziej produktywne i efektywne, np. uwalniając ludzi od rutynowych lub niebezpiecznych zadań. Zwraca uwagę, że badacze robotyki koncentrują się na zagadnieniach regulowanych przez wymogi prawne, takich jak bezpieczeństwo. Kwestie związane z projektowaniem zorientowanym na człowieka są często ignorowane. Kidd sugeruje, że w projektowaniu interakcji człowiek-robot należy wyjść poza kwestie technologiczne i rozważyć takie zagadnienia jak podział zadań między ludzi i roboty, bezpieczeństwo, struktura grupy. Kwestie te muszą być rozważane na wczesnych etapach projektowania technologii. Jeśli są one brane pod uwagę dopiero w końcowych etapach, stają się drugorzędne i mają niewielki wpływ na rozważania projektowe [5].

Zgodnie z definicją Goodricha i Schultza interakcja człowiek-robot jest dziedziną nauki poświęconą zrozumieniu, projektowaniu i ocenie systemów robotycznych przeznaczonych do użytku przez ludzi lub z ludźmi. By móc eksplorować interakcje człowiek-robot, Goodrich i Schultz definiują problemy tej interakcji w kategoriach autonomii, wymiany informacji, kształtowania zadań, zespołów, procesów adaptacji, uczenia się i szkolenia oraz klasyfikują rodzaje interakcji człowiek-robot w kategoriach bycia w kolokacji jako interakcję zdalną i interakcję bliską [6].

Interakcja → współpraca → współistnienie

Praca ludzi z robotami może odbywać się na różnych poziomach wspólnego przebywania czy działania. W literaturze pojawia się pojęcia: współistnienia, interakcji, współpracy. W kontekście badań zrealizowanych w ramach dysertacji szczególnie rozróżnienie Human Robot Interaction (HRI) od Human Robot Collaboration (HRC) jest kwestią istotną. Wyjaśnienia należy zacząć od znaczenia słów. Zgodnie ze słownikiem Cambridge, interakcja jest definiowana jako "sytuacja, w której dwie lub więcej osób lub rzeczy komunikują się ze sobą lub reagują na siebie", podczas gdy współpraca jest definiowana jako "sytuacja, w której dwie lub więcej osób pracuje razem, aby stworzyć lub osiągnąć to samo".

W pracy Grosza z 1996 roku interakcja jest opisana jako działanie na kogoś lub coś innego (an action on someone or something else), podczas gdy współpraca oznacza pracę z innymi: wspólne działanie z kimś lub czymś (work with others: working jointly with someone or something). Grosz również skupia się na "wspólnie z", aby odróżnić współpracę od interakcji [7]. Castro wyjaśnia, że nowa perspektywa interpretacyjna prezentuje podejście, w którym interakcja odgrywa bardziej ogólną rolę, która obejmuje również współpracę. Przedstawiając interakcję jako, po raz kolejny, "działanie na kogoś innego", praca taka odnosi się do każdego rodzaju działania, które angażuje innego człowieka lub robota. Współpraca oznacza "pracę z kimś", jest rozumiana jako szczególny przypadek interakcji [2]. HRC wymaga wspólnego celu, do którego dążą zarówno robot, jak i człowiek współpracując ze sobą. Natomiast w HRI interakcja między człowiekiem a robotem nie musi pociągać za sobą wspólnego celu, mieszcząc się tym samym w definicji współistnienia z [8].

Typologia interakcji człowiek-robot

Badacze przedstawiają cztery typy interakcji człowiek-robot:

  1. współistnienie (coexistence)
  2. zsynchronizowanie (synchronised)
  3. współdziałanie (cooperation) 
  4. współpraca (collaboration)

Termin współistnienie (coexistence) charakteryzuje moment, w którym człowiek i robot znajdują się w tym samym środowisku, ale nie wchodzą ze sobą w interakcje. Synchronizacja (synchronised) opisuje środowisko, w którym człowiek i robot pracują w tej samej przestrzeni, ale w różnym czasie. Współdziałanie (cooperation) ma miejsce, gdy człowiek i robot pracują nad oddzielnymi zadaniami, ale w tej samej przestrzeni i w tym samym czasie i wreszcie współpraca (collaboration) jest używana, gdy człowiek i robot pracują razem nad tym samym zadaniem. Kiedy robot współpracuje z człowiekiem, działanie jednego z nich ma bezpośrednie konsekwencje dla drugiego [9].

Castro obrazowo przedstawia to w następujący sposób: interakcja opisuje moment, w którym ktoś przekazuje dowolną informację, a ktoś inny odpowiednio na nią reaguje. Z drugiej strony, współpraca opisuje sytuację, w której człowiek i robot pomagają sobie nawzajem w tym samym zadaniu. W związku z tym, każda praca wymagająca współpracy zakłada liczne interakcje. Z innego poziomu, każda interakcja oznacza współistnienie dwóch współdziałających ze sobą istot. Niemniej jednak możliwa jest sytuacja, w której człowiek i robot pracują w tym samym środowisku (współistnienie), ale bez żadnej interakcji [2].

Kolaboracja w przemyśle 4.0

W kontekście produkcji Human Robot Collaboration definiowany jest jako stan, w którym specjalnie zaprojektowany system robotyczny i operator pracują nad jednoczesnymi zadaniami w przestrzeni roboczej opartej na współpracy [10]. Celem HRC jest połączenie umiejętności i możliwości człowieka i robota w celu, między innymi, poprawy produktywności, elastyczności i ergonomii. Jednak w HRC umieszcza się dwóch "agentów": ludzkiego operatora i maszynę, w bliskim kontakcie. Wówczas naturalne jest pojawianie się relacji lider-podążający, w której ludzki lider weźmie odpowiedzialność za wykonanie danego zadania. Jednak biorąc pod uwagę silny nacisk w kierunku rozwoju HRC, postać robota coraz bardziej ewoluuje od koncepcji inteligentnego narzędzia, którym dowodzi ludzki operator. Zadania do wykonania będą obejmować poczucie partnerstwa typowe dla środowisk, w których ludzie pracują razem. Robot musi zatem posiadać pewne umiejętności społeczne, aby zarządzać interakcją z ludzkim operatorem.

Wskazuje się zatem podstawowe aspekty pełnego HRC w środowiskach produkcyjnych, należą do nich: umiejętność wspólnego działania, wspólna intencja człowieka i robota, wspólna postawa. Czy zatem mamy już do czynienia ze zmianą sposobu postrzegania robotów, jako wyłącznie narzędzi w ludzkich rękach? Czy jest to moment, kiedy te coraz bardziej autonomiczne maszyny stają się członkami zespołów? Badania w tym obszarze przynoszą odmienne wyniki, z jednej strony pokazując, że można traktować roboty jako członków drużyny, by z kolei w innych przypadkach jasno dowodzić, że roboty nie są jeszcze gotowe do pracy zespołowej.

Bibliografia:

  1. Bartneck Ch, Belpaeme T, Eyssel F, Kanda T, Keijsers M, Šabanović S (2019) Human-Robot Interaction – An Introduction. Cambridge University Press.
  2. Castro A, Silva F, Santos V (2021) Trends of Human-Robot Collaboration in Industry Contexts: Handover, Learning, and Metrics. Sensors 21(12).
  3. Sheridan TB (2016) Human–robot interaction: Status and challenges. Human Factors and Ergonomics Society 58.
  4. Scholtz J (2003) Theory and Evaluation of Human Robot Interactions. The Computer Society.
  5. Kidd PT (1992) Design of human-centred robotic systems. [W:] Rahimi M, Karwowski W (red.) Human Robot Interaction. CRC Press.
  6. Goodrich MA, Schultz AC (2007) Human–robot interaction: a survey. Foundation and Trends in Human-Computer Interaction, 1(3).
  7. Grosz BJ (1996) Collaborative Systems. AI Magazine 17.
  8. De Luca A, Flacco F (2012) Integrated control for HRI: collision avoidance, detection, reaction and collaboration. In Proceedings ofthe  4th IEEE RAS EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (BioRob). Rome. Italy.
  9. Matheson E, Minto R, Zampieri EGG, Faccio M, Rosati G (2019) Human-Robot Collaboration in Manufacturing Applications: a Review. Robotics 8.
  10. Barattaa A, Ciminob A, Gnonib MG, Francesco Longo F (2023) Human Robot Collaboration in Industry 4.0: a literature review. Procedia Computer Science 217.

* Zdjęcia wykorzystane w artykule pochodzą z darmowej kolekcji fotografii portalu unsplash.com

Autor: Magdalena Morze