Mensch-Roboter-Interaktion (eBook)

Vorwort 6
Inhalt 8
1 Einleitung 14
1.1 Über dieses Buch 14
1.2 Der Schwerpunkt dieses Buches 16
1.3 Die Autoren 16
1.3.1 Christoph Bartneck 16
1.3.2 Tony Belpaeme 18
1.3.3 Friederike Eyssel 18
1.3.4 Takayuki Kanda 18
1.3.5 Merel Keijsers 19
1.3.6 Selma Šabanovi? 19
2 Was ist Mensch-Roboter-Interaktion? 20
2.1 HRI als interdisziplinäres Unterfangen 23
2.2 Die Entwicklung von HRI 25
3 Wie ein Roboter funktioniert 34
3.1 Die Herstellung eines Roboters 35
3.2 Roboter-Hardware 37
3.3 Sensoren 39
3.3.1 Sehfähigkeit 39
3.3.2 Audio 43
3.3.3 Berührungsensoren 44
3.3.4 Andere Sensoren 45
3.4 Aktuatoren 46
3.4.1 Motoren 46
3.4.2 Pneumatische Aktuatoren 48
3.4.3 Lautsprecher 49
3.5 Software 49
3.5.1 Software-Architektur 50
3.5.2 Plattform für Software-Implementierung 52
3.5.3 Maschinelles Lernen 52
3.5.4 Computer-Sehfähigkeit 55
3.6 Beschränkungen der Robotik für HRI 56
3.7 Schlussfolgerung 59
4 Design 60
4.1 Design in HRI 62
4.1.1 Morphologie und Form des Roboters 62
4.1.2 Aktionspotenziale 64
4.1.3 Entwurfsmuster 65
4.1.4 Gestaltungsprinzipien in der HRI 66
4.2 Anthropomorphisierung im HRI-Design 68
4.2.1 Anthropomorphisierung und Roboter 70
4.2.2 Theorie des Anthropomorphismus 72
4.2.3 Design und Anthropomorphismus 75
4.2.4 Messung der Anthropomorphisierung 78
4.3 Design-Methoden 79
4.3.1 Technischer Design-Prozess 79
4.3.2 Nutzerzentrierter Entwurfsprozess 81
4.3.3 Partizipatives Design 83
4.4 Werkzeuge für den Prototypenbau 84
4.5 Kultur und HRI-Design 87
4.6 Von Maschinen zu Menschen und das Dazwischen 88
4.7 Schlussfolgerung 91
5 Räumliche Interaktion 94
5.1 Nutzung des Raums in der menschlichen Interaktion 95
5.1.1 Proxemik 96
5.1.2 Dynamik der räumlichen Gruppeninteraktion 98
5.2 Räumliche Interaktion für Roboter 100
5.2.1 Lokalisierung und Navigation 100
5.2.2 Sozial angemessene Positionierung 102
5.2.3 Räumliche Dynamik der initiierenden HRI 104
5.2.4 Informieren der Nutzer über die Absicht des Roboters 106
5.3 Schlussfolgerung 107
6 Nonverbale Interaktion 110
6.1 Funktionen von nonverbalen Hinweisen in der Interaktion 111
6.2 Arten der nonverbalen Interaktion 114
6.2.1 Blick und Augenbewegung 114
6.2.2 Geste 117
6.2.3 Mimikry und Imitation 118
6.2.4 Berührung 120
6.2.5 Körperhaltung und Bewegung 122
6.2.6 Interaktionsrhythmus und Zeitplanung 124
6.3 Nonverbale Interaktion bei Robotern 125
6.3.1 Roboter-Wahrnehmung von nonverbalen Hinweisen 125
6.3.2 Generieren von nonverbalen Hinweisen in Robotern 126
6.4 Schlussfolgerung 129
7 Verbale Interaktion 132
7.1 Verbale Interaktion von Mensch zu Mensch 133
7.1.1 Komponenten der Sprache 134
7.1.2 Geschriebener Text versus gesprochene Sprache 134
7.2 Spracherkennung 135
7.2.1 Grundlegende Prinzipien der Spracherkennung 136
7.2.2 Einschränkungen 137
7.2.3 Praxis der Spracherkennung in der HRI 138
7.2.4 Erkennung von Sprechaktivität 139
7.2.5 Sprachverständnis in HRI 139
7.3 Management des Dialogs 141
7.3.1 Grundlegendes Prinzip 142
7.3.2 Praxis des Dialogmanagements in der HRI 143
7.4 Sprachproduktion 145
7.5 Schlussfolgerung 148
8 Emotionen 150
8.1 Was sind Emotionen, Stimmung und Affekt? 151
8.2 Menschliche Emotionen verstehen 152
8.3 Wenn Emotionen schief gehen 153
8.4 Emotionen für Roboter 154
8.4.1 Interaktionsstrategien für Emotionen 155
8.4.2 Künstliche Wahrnehmung von Emotionen 156
8.4.3 Emotionen mit Robotern ausdrücken 157
8.4.4 Emotionsmodelle 158
8.5 Herausforderungen bei affektiver HRI 161
9 Forschungsmethoden 164
9.1 Definieren einer Forschungsfrage und eines Forschungsansatzes 166
9.1.1 Ist Ihre Forschung explorativ oder bestätigend? 167
9.1.2 Stellen Sie eine Korrelation oder einen Kausalzusammenhang her? 169
9.2 Auswahl zwischen qualitativen, quantitativen und gemischten Methoden 171
9.2.1 Anwenderstudien 172
9.2.2 Systemstudien 173
9.2.3 Beobachtungsstudien 174
9.2.4 Ethnographische Studien 177
9.2.5 Konversationsanalyse 178
9.2.6 Crowdsourced-Studien 179
9.2.7 Single-Subject-Studien 181
9.3 Auswahl von Forschungsteilnehmern und Studiendesigns 182
9.4 Definition des Interaktionskontextes 186
9.4.1 Studienort 186
9.4.2 Zeitlicher Kontext von HRI 187
9.4.3 Soziale Einheiten der Interaktion in HRI 187
9.5 Auswahl eines Roboters für Ihre Studie 190
9.6 Einrichten des Interaktionsmodus 191
9.6.1 Der Zauberer von Oz 191
9.6.2 Reale versus simulierte Interaktion 192
9.7 Auswahl geeigneter HRI-Maßnahmen 193
9.8 Forschungsstandards 195
9.8.1 Wechselnde Standards der statistischen Analyse 195
9.8.2 Trennschärfe 198
9.8.3 Verallgemeinerbarkeit und Wiederholbarkeit 199
9.8.4 Ethische Überlegungen in HRI-Studien 200
9.9 Schlussfolgerung 202
10 Anwendungen 204
10.1 Serviceroboter 207
10.1.1 Reinigungsroboter 207
10.1.2 Zustellroboter 208
10.1.3 Sicherheitsroboter 208
10.1.4 Roboter als Ausstellungsführer 209
10.1.5 Roboter als Rezeptionisten 210
10.1.6 Roboter für die Verkaufsförderung 211
10.2 Roboter zum Lernen 211
10.3 Roboter zur Unterhaltung 213
10.3.1 Haustier- und Spielzeugroboter 213
10.3.2 Roboter für Ausstellungen 214
10.3.3 Roboter in der darstellenden Kunst 215
10.3.4 Sex-Roboter 216
10.4 Roboter im Gesundheitswesen und in der Therapie 216
10.4.1 Roboter für Senioren 217
10.4.2 Roboter für Menschen mit Autismus-Spektrum-Störung 218
10.4.3 Roboter für die Rehabilitation 219
10.5 Roboter als persönliche Assistenten 219
10.6 Kollaborative Roboter 221
10.7 Selbstfahrende Autos 222
10.8 Ferngesteuerte Roboter 223
10.9 Zukünftige Anwendungen 224
10.10 Probleme der Roboteranwendung 225
10.10.1 Nutzererwartungen 226
10.10.2 Abhängigkeit 226
10.10.3 Aufmerksamkeitsdiebstahl 227
10.10.4 Verlust des Interesses durch den Nutzer 227
10.10.5 Robotermissbrauch 228
10.11 Schlussfolgerung 229
11 Roboter in der Gesellschaft 230
11.1 Roboter in populären Medien 231
11.1.1 Roboter wollen Menschen sein 232
11.1.2 Roboter als Bedrohung für die Menschheit 234
11.1.3 Überlegene Roboter sind gut 235
11.1.4 Ähnlichkeit zwischen Menschen und Roboter 236
11.1.5 Erzählungen der Roboterwissenschaft 237
11.2 Ethik in der HRI 239
11.2.1 Roboter in der Forschung 240
11.2.2 Roboter zur Erfüllung emotionaler Bedürfnisse 241
11.2.3 Roboter am Arbeitsplatz 245
11.3 Schlussfolgerung 246
12 Die Zukunft 248
12.1 Die Natur der Mensch-Roboter-Beziehungen 250
12.2 Die Technologie der HRI 253
12.3 Kristallkugel-Probleme 254
Literaturverzeichnis 256
Index 288