Towards a framework for socially interactive robots

250 p.En las últimas décadas, la investigación en el campo de la robótica social ha crecido considerablemente. El desarrollo de diferentes tipos de robots y sus roles dentro de la sociedad se están expandiendo poco a poco. Los robots dotados de habilidades sociales pretenden ser utilizados para diferentes aplicaciones; por ejemplo, como profesores interactivos y asistentes educativos, para apoyar el manejo de la diabetes en niños, para ayudar a personas mayores con necesidades especiales, como actores interactivos en el teatro o incluso como asistentes en hoteles y centros comerciales.El equipo de investigación RSAIT ha estado trabajando en varias áreas de la robótica, en particular,en arquitecturas de control, exploración y navegación de robots, aprendizaje automático y visión por computador. El trabajo presentado en este trabajo de investigación tiene como objetivo añadir una nueva capa al desarrollo anterior, la capa de interacción humano-robot que se centra en las capacidades sociales que un robot debe mostrar al interactuar con personas, como expresar y percibir emociones, mostrar un alto nivel de diálogo, aprender modelos de otros agentes, establecer y mantener relaciones sociales, usar medios naturales de comunicación (mirada, gestos, etc.),mostrar personalidad y carácter distintivos y aprender competencias sociales.En esta tesis doctoral, tratamos de aportar nuestro grano de arena a las preguntas básicas que surgen cuando pensamos en robots sociales: (1) ¿Cómo nos comunicamos (u operamos) los humanos con los robots sociales?; y (2) ¿Cómo actúan los robots sociales con nosotros? En esa línea, el trabajo se ha desarrollado en dos fases: en la primera, nos hemos centrado en explorar desde un punto de vista práctico varias formas que los humanos utilizan para comunicarse con los robots de una maneranatural. En la segunda además, hemos investigado cómo los robots sociales deben actuar con el usuario.Con respecto a la primera fase, hemos desarrollado tres interfaces de usuario naturales que pretenden hacer que la interacción con los robots sociales sea más natural. Para probar tales interfaces se han desarrollado dos aplicaciones de diferente uso: robots guía y un sistema de controlde robot humanoides con fines de entretenimiento. Trabajar en esas aplicaciones nos ha permitido dotar a nuestros robots con algunas habilidades básicas, como la navegación, la comunicación entre robots y el reconocimiento de voz y las capacidades de comprensión.Por otro lado, en la segunda fase nos hemos centrado en la identificación y el desarrollo de los módulos básicos de comportamiento que este tipo de robots necesitan para ser socialmente creíbles y confiables mientras actúan como agentes sociales. Se ha desarrollado una arquitectura(framework) para robots socialmente interactivos que permite a los robots expresar diferentes tipos de emociones y mostrar un lenguaje corporal natural similar al humano según la tarea a realizar y lascondiciones ambientales.La validación de los diferentes estados de desarrollo de nuestros robots sociales se ha realizado mediante representaciones públicas. La exposición de nuestros robots al público en esas actuaciones se ha convertido en una herramienta esencial para medir cualitativamente la aceptación social de los prototipos que estamos desarrollando. De la misma manera que los robots necesitan un cuerpo físico para interactuar con el entorno y convertirse en inteligentes, los robots sociales necesitan participar socialmente en tareas reales para las que han sido desarrollados, para así poder mejorar su sociabilida

Social Cognition for Human-Robot Symbiosis—Challenges and Building Blocks

The next generation of robot companions or robot working partners will need to satisfy social requirements somehow similar to the famous laws of robotics envisaged by Isaac Asimov time ago (Asimov, 1942). The necessary technology has almost reached the required level, including sensors and actuators, but the cognitive organization is still in its infancy and is only partially supported by the current understanding of brain cognitive processes. The brain of symbiotic robots will certainly not be a “positronic” replica of the human brain: probably, the greatest part of it will be a set of interacting computational processes running in the cloud. In this article, we review the challenges that must be met in the design of a set of interacting computational processes as building blocks of a cognitive architecture that may give symbiotic capabilities to collaborative robots of the next decades: (1) an animated body-schema; (2) an imitation machinery; (3) a motor intentions machinery; (4) a set of physical interaction mechanisms; and (5) a shared memory system for incremental symbiotic development. We would like to stress that our approach is totally un-hierarchical: the five building blocks of the shared cognitive architecture are fully bi-directionally connected. For example, imitation and intentional processes require the “services” of the animated body schema which, on the other hand, can run its simulations if appropriately prompted by imitation and/or intention, with or without physical interaction. Successful experiences can leave a trace in the shared memory system and chunks of memory fragment may compete to participate to novel cooperative actions. And so on and so forth. At the heart of the system is lifelong training and learning but, different from the conventional learning paradigms in neural networks, where learning is somehow passively imposed by an external agent, in symbiotic robots there is an element of free choice of what is worth learning, driven by the interaction between the robot and the human partner. The proposed set of building blocks is certainly a rough approximation of what is needed by symbiotic robots but we believe it is a useful starting point for building a computational framework