Zentrum für Interdisziplinäre Gesundheitsforschung: Jahresbericht 2018

ZIG - Zentrum für Interdisziplinäre Gesundheitsforschung, Forschungszentrum der Universität Augsburg, Jahresbericht 201

Interaktive Verhaltenssteuerung für Robot Companions

Kleinehagenbrock M. Interaktive Verhaltenssteuerung für Robot Companions. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2004.Das Bestreben in der Robotikforschung, Roboter zu entwickeln, die dem Menschen gewisse Dienste erweisen, ist nach wie vor ungebrochen. Dabei konzentriert sich die aktuelle Entwicklung zunehmend auf den Privatgebrauch: Es ist das Ziel, persönliche Roboter zu entwickeln, die in Zukunft mit Menschen, einem Kameraden ähnlich, das Zuhause teilen können. Damit Menschen geneigt sind, sich einen solchen Robot Companion zuzulegen, muss er nützlich und einfach zugänglich sein. Somit sind einerseits Fähigkeiten, wie z.B. "Tisch abräumen" und "Blumen gießen", zu realisieren. Andererseits sind die wenigsten Menschen Experten für Robotik. Daher sollte der Roboter intuitiv bedienbar sein, so dass ein natürlicher Umgang zwischen Mensch und Robot Companion entsteht. Folglich muss der Roboter Dialoge in natürlicher Sprache führen können und Zeigegesten erkennen. Da solche Interaktionen in Privatwohnungen stattfinden, kann der Roboter weder die Umgebung noch alle dort denkbaren Gegenstände im Voraus kennen. Somit muss er dieses Wissen erlernen, um es in weiteren Interaktionen nutzen zu können. Um diese Herausforderungen zu lösen, war es ein Ziel dieser Arbeit, eine Software-Architektur für Robot Companions zu entwickeln. Das Konzept der Architektur sollte möglichst flexibel und erweiterbar sein, um diverse Interaktionsfähigkeiten integrieren zu können. Als weiteres Ziel sollte die Basis zur Interaktion mit Menschen geschaffen werden. Dazu wurde ein neuartiges multimodales Personen-Tracking entwickelt, das mit weiteren Interaktionsmodulen in der realisierten Architektur zu integrieren war. Das entwickelte Personen-Tracking ist multimodal, da es Daten von drei verschiedenen Sensorsystemen verarbeitet, um vor dem Roboter anwesende Personen robust zu verfolgen. Zur Sensordatenfusion wurde das "Multimodale Anchoring" entwickelt. Dieser neuartige Ansatz erlaubt es, gleichzeitig mehrere Personen anhand ihrer Gesichter, Oberkörper, Stimmen und Beine zu verfolgen, und sie auch voneinander zu unterscheiden. Somit kann eine Person bevorzugt betrachtet werden, indem die Sensoren auf sie gerichtet werden. Durch zugehörige Experimente wird die Leistungsfähigkeit des multimodalen Verfahrens belegt. Neben dem Personen-Tracking werden jeweils eine Aufmerksamkeitssteuerung für Personen und Objekte und eine Dialogsteuerung vorgestellt. Diese Module sind im Rahmen anderer Promotionsvorhaben entwickelt worden und es galt, sie ebenfalls im Gesamtsystem zu integrieren. Die Aufmerksamkeitssteuerung für Personen setzt auf dem Personen-Tracking auf und bestimmt den Interaktionspartner des Roboters. Zur sprachlichen Kommunikation mit dem Benutzer ist die Dialogsteuerung verantwortlich. Für das Erfassen von zu lernenden Gegenständen dient die Aufmerksamkeitssteuerung für Objekte, die sprachliche und gestische Informationen kombiniert. Zur Entwicklung der Software-Architektur wurden Architekturen bestehender Robotersysteme untersucht und funktionale und strukturelle Anforderungen an einen Robot Companion formuliert. Das daraus entwickelte Architekturkonzept ist eine besonders flexible Drei-Ebenen-Architektur, die zur Koordination des Systems einen zentralen "Execution Supervisor" (ESV) besitzt und per XML kommuniziert. Der ESV empfängt von angebundenen Modulen Nachrichten, die Aktionen auslösen, wie z.B. das Weiterleiten von Daten an andere Module und das Rekonfigurieren des Systems. Dieses Konzept wurde schließlich für den Roboter BIRON umgesetzt. Dabei wurde der ESV so implementiert, dass er äußerst generisch ist: Um ihn zu modifizieren, muss nur eine Konfigurationsdatei angepasst werden, die ebenfalls in XML spezifiziert ist. Die Kommunikation basiert dabei auf dem "XML enabled Communication Framework" und ist somit äußerst transparent. Außerdem wurden Benutzerexperimente mit BIRON durchgeführt, wobei dessen Interaktionsfähigkeiten als recht natürlich eingestuft wurden. Da für eine flüssige Interaktion das System nicht zu langsam reagieren darf, wurden auch gewisse Zeitmessungen vorgenommen. Diese zeigen, dass der Zeitaufwand, der durch die Architektur verursacht wird, im Vergleich zu den Berechnungen der integrierten Module gering ist und somit eine flüssige Interaktion erlaubt. Das System wurde außerdem auf der IST 2004 in Den Haag präsentiert, wo zwei BIRONs an drei Tagen insgesamt 24 Stunden lang erfolgreich präsentiert wurden. Folglich bietet das präsentierte Architekturkonzept eine hervorragende Basis zur Entwicklung von Robot Companions. Durch die Integration der vorgestellten Modulen ergibt sich bereits ein grundlegendes System zur natürlichen Mensch-Roboter-Interaktion. Da es auf Erweiterbarkeit ausgelegt ist, können andere Funktionalitäten einfach hinzugefügt werden. Diese Generizität wird insbesondere durch XML ermöglicht. XML wird zur Konfiguration des ESV und zur Kommunikation mit den angebundenen Modulen verwendet. Nur so kann das bereits umfangreiche System auch in Zukunft noch umfangreich erweitert werden

Gesundheits-Roboter für Senior/innen: neue Informations- und Kommunikationstechnologien in der alternden Gesellschaft

Die Dissertation nimmt die Vision einer roboterunterstützten Gesundheits-Assistenz älterer Menschen hinsichtlich der Gesundheitskommunikation in den Blick. Dazu wurde eine Roboter-Plattform durch Senior/innen im Rahmen einer Fallstudie in mehrtägigen Feldtests evaluiert. Zur weiteren Konkretisierung der Vision wurde ermittelt, wie sich ein Gesundheits-Roboter langfristig in Alltag und Tageslaufstrukturen älterer Menschen einfügen sollte. Die so entwickelten Personas wurden mittels Szenario-Technik zu drei normativen, narrativen Nutzungs-Szenarien verknüpft und abschließend durch Fachleute wie Laien diskutiert. Im Ergebnis konnten überindividuelle Anknüpfungspunkte zur bedarfsgerechten Gestaltung und Integration in Tagesverläufe identifiziert werden. Es zeigte sich, dass Gesundheits-Roboter mit Chancen für Gesundheit, gesellschaftliche Partizipation, interpersonale Kommunikation und einem konkreten Nutzen für die selbstständige Lebensführung, aber auch mit Risiken verknüpft werden.Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden mobile Service-Roboter, die ältere Menschen zukünftig dabei unterstützen sollen, möglichst lange selbstständig im eigenen Haushalt zu leben, als innovative Informations- und Kommunikationstechnologien insbesondere hinsichtlich Gesundheitskommunikation in den Blick genommen. Im Sinne eines nutzerzentrierten Entwurfs wurde ermittelt, welche Lösungen zur Gesundheitsförderung und Gesundheitsunterstützung, wie implementiert werden müssen, was die Zielgruppe angesichts noch fehlender Praxiserfahrung mit Robotern bisher nur bedingt angeben kann.Zunächst wurde eine in Entwicklung befindliche lauffähige Roboter-Plattform durch Senior/innen (n=9) im Rahmen einer Fallstudie in mehrtägigen Feldtests formativ evaluiert. So konnte ermittelt werden, wie die Mensch-Roboter-Interaktion eines Gesundheits-Roboters beschaffen sein muss, damit er effektiv, effizient und zufriedenstellend genutzt werden kann. Aussagen zur Nützlichkeit bestimmter Anwendungen für die Alltagsunterstützung waren aufgrund der begrenzten Testdauer (max. drei Tage) und des begrenzten Funktions-Umfangs allerdings limitiert. Um die Vision einer roboterunterstützten Gesundheits-Assistenz im hohen Alter weiter konkretisieren zu können, wurde im zweiten Schritt zunächst mittels einer qualitativen Interviewstudie (n=12) umfassende, detaillierte Informationen zu Alltag und v.a. Tageslaufstrukturen älterer Menschen erfasst und ermittelt, wie sich ein Gesundheits-Roboter langfristig darin einfügen sollte. Anhand der Ergebnisse konnten Personas entwickelt werden. Diese wurden mit Hilfe der Szenario-Technik im dritten Schritt systematisch mit dem aktuellen Forschungs- und Entwicklungsstand zu Gesundheits-Robotern zu drei normativen, narrativen Nutzungs-Szenarien verknüpft. Im abschließenden vierten Schritt wurden die Szenarien durch Fachleute wie Laien im Rahmen einer Interviewstudie diskutiert (n=12 Einzel- und Gruppeninterviews mit n=28 Befragungspersonen). Die Ergebnisse der vier Teilstudien zeigen, dass Gesundheits-Roboter mit Chancen für Gesundheit, gesellschaftliche Partizipation und interpersonale Kommunikation sowie einem konkreten Nutzen für die selbstständige Lebensführung, aber auch mit Risiken wie Datenschutzverletzungen, Kontroll- und Fähigkeitsverlusten verknüpft werden. Es konnten überindividuelle Anknüpfungspunkte identifiziert werden, um Roboter-Funktionen bedarfsgerecht gestalten und in individuelle Tagesverläufe integrieren zu können.This dissertation is concerned with mobile service robots for health assistance which should enable elderly people to remain independently in their own household for a longer period of time. Service robots are innovative information- and communication technology that might offer new prospects in the field of health communication. So far, there is a gap of experience. Focusing on a user-centered design, solutions have been found on how to implement health enhancing and supportive applications for the target group, as well as in terms of handling a robot on a daily-life basis. Firstly, a case study with senior citizens (n=9) was conducted wherein a robot-platform was evaluated during its developmental phase. This study helped to understand of which characteristics and elements a health-robot should be compounded of to be at its most effective, efficient and satisfactory for the seniors. However, findings concerning the question, if robotic applications can support the seniors’ daily-life routines, are limited, due to the limited time frame (of three days) during which the study was conducted.To further develop a concrete vision of how a robotic health-assistance is able to enhance an elderly’s life-quality, qualitative interviews have been conducted (n=12) in the second study. These served to collect detailed information on the daily-life routines of senior citizens, so as to design scenarios and personas on how to ideally include the health-robot in the care routine of an elderly in need, on a daily-basis. Afterwards, three normative, narrative user scenarios have been developed using the scenario-technique, combining the empirical findings with cutting-edge state of research (third study). Subsequent, these scenarios were discussed by experts and laymen during an interview-study (n=12 one-on-one and group interviews with n=28 persons). The results of the four studies show manifold options and chances of a service-robot, especially to support social participation and interpersonal communication as well as concerns and risks regarding violation of privacy or loss of control and capabilities. Connecting factors among the elderly could be identified to integrate the robot most effectively into their everyday-routines

Pflegeroboter

Dieses Open-Access-Buch bündelt technische, wirtschaftliche, medizinische und ethische Reflexionen über Pflegeroboter. Pflegeroboter, im Moment noch mehrheitlich Prototypen, unterstützen oder ersetzen menschliche Pflegekräfte bzw. Betreuer. Sie bringen Kranken und Alten die benötigten Medikamente und Nahrungsmittel, helfen beim Hinlegen und Aufrichten oder alarmieren den Notdienst. Vorteile von Pflegerobotern sind durchgehende Verwendbarkeit und gleichbleibende Qualität der Dienstleistung. Nachteile sind Kostenintensität (bei möglicher Amortisation) und Komplexität der Anforderungen. Unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Dr. Oliver Bendel trafen sich im September 2017 Vertreter verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen im Rahmen eines Ladenburger Diskurses der Daimler und Benz Stiftung, um über den aktuellen und künftigen Einsatz von Pflegerobotern zu sprechen und Forschungspotenziale zu identifizieren. Die Autoren gehen in ihren Beiträgen auch Fragen aus Wirtschafts-, Medizin- und Informationsethik nach: Wer trägt die Verantwortung bei einer fehlerhaften Betreuung und Versorgung durch die Maschine? Inwieweit kann diese die persönliche und informationelle Autonomie des Patienten unterstützen oder gefährden? Ist der Roboter eine Entlastung oder ein Konkurrent für Pflegekräfte? Antworten müssen von Wissenschaft und Gesellschaft gefunden werden