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

Implicit personalization in driving assistance: State-of-the-art and open issues

In recent decades, driving assistance systems have been evolving towards personalization for adapting to different drivers. With the consideration of driving preferences and driver characteristics, these systems become more acceptable and trustworthy. This article presents a survey on recent advances in implicit personalized driving assistance. We classify the collection of work into three main categories: 1) personalized Safe Driving Systems (SDS), 2) personalized Driver Monitoring Systems (DMS), and 3) personalized In-vehicle Information Systems (IVIS). For each category, we provide a comprehensive review of current applications and related techniques along with the discussion of industry status, benefits of personalization, application prospects, and future focal points. Both relevant driving datasets and open issues about personalized driving assistance are discussed to facilitate future research. By creating an organized categorization of the field, we hope that this survey could not only support future research and the development of new technologies for personalized driving assistance but also facilitate the application of these techniques within the driving automation community</h2

Student Modeling and Analysis in Adaptive Instructional Systems

There is a growing interest in developing and implementing adaptive instructional systems to improve, automate, and personalize student education. A necessary part of any such adaptive instructional system is a student model used to predict or analyze learner behavior and inform adaptation. To help inform researchers in this area, this paper presents a state-of-the-art review of 11 years of research (2010-2021) in student modeling, focusing on learner characteristics, learning indicators, and foundational aspects of dissimilar models. We mainly emphasize increased prediction accuracy when using multidimensional learner data to create multimodal models in real-world adaptive instructional systems. In addition, we discuss challenges inherent in real-world multimodal modeling, such as uncontrolled data collection environments leading to noisy data and data sync issues. Finally, we reinforce our findings and conclusions through an industry case study of an adaptive instructional system. In our study, we verify that adding multiple data modalities increases our model prediction accuracy from 53.3% to 69%. At the same time, the challenges encountered with our real-world case study, including uncontrolled data collection environment with inevitably noisy data, calls for synchronization and noise control strategies for data quality and usability

Music, computing and health: A roadmap for the current and future roles of music technology for health care and well-being.

Health and self-regulatio

Social Robots to enhance therapy and interaction for children: From the design to the implementation "in the wild"

En les últimes dues dècades els robots socials s'han convertit en un camp emergent en el qual encara hi ha molt per fer. Aquest camp requereix coneixements en mecànica, control, intel·ligència artificial, sistemes, etc., però també en psicologia, disseny, ètica, etc. El nostre grup de recerca de perfil interdisciplinari ha estat treballant en el disseny de robots socials en diferents aplicacions per a nens amb necessitats especials. L'objectiu d'aquesta tesi és investigar diferents escenaris en teràpia o educació on els robots socials podrien ser una eina útil per als nens. Es van realitzar 4 estudis amb diferents propòsits: (1) dissenyar activitats amb robòtica de LEGO per avaluar el comportament social dels nens amb trastorn de l'espectre autista (TEA) (entre companys i amb adults) i analitzar la seva efectivitat, (2) dissenyar un robot social per recuperar les funcionalitats més afectades a causa de traumatismes cranioencefàlics (TCE) en nens i veure l'eficàcia del tractament, (3) proporcionar un robot mascota per alleujar els sentiments d'ansietat, solitud i estrès en nens hospitalitzats, i (4) comprovar com un robot amb comportament social i amb una personalització versus robots sense aquestes característiques mostra diferències en termes d'interacció amb nens i, per tant, pot ajudar en l'efectivitat de diferents tractaments com hem esmentat anteriorment. Els resultats van revelar diferents resultats depenent de l'aplicació: (1) efectivitat amb la plataforma robòtica social que vam dissenyar en el tractament neuropsicològic per a aquells nens afectats per TCE, (2) eficàcia amb les activitats de robòtica de LEGO dissenyades per un grup de terapeutes en termes de millora d'habilitats socials (3) un efecte positiu entre els mediadors i facilitadors de la interacció i les relacions entre els diferents agents involucrats en el procés de la cura: pacients hospitalitzats, familiars, voluntaris i personal clínic, i (4) una interacció diferent, en termes de temps, entre els dos grups durant període de dues setmanes.En las últimas dos décadas los robots sociales se han convertido en un campo emergente en el que todavía hay mucho por hacer. Este campo requiere conocimientos en mecánica, control, inteligencia artificial, sistemas, etc., pero también en psicología, diseño, ética, etc. Nuestro grupo de investigación de perfil interdisciplinar ha estado trabajando en el diseño de robots sociales en diferentes aplicaciones para niños con necesidades especiales. El objetivo de esta tesis es investigar diferentes escenarios en terapia o educación donde los robots sociales podrían ser una herramienta útil para los niños. Se realizaron 4 estudios con diferentes propósitos: (1) diseñar actividades con robótica de LEGO para evaluar el comportamiento social de los niños con trastorno del espectro autista (TEA) (entre compañeros y con adultos) y analizar su efectividad, (2) diseñar un robot social para recuperar las funcionalidades más afectadas a causa de traumatismos craneoencefálicos (TCE) en niños y ver la eficacia del tratamiento, (3) proporcionar un robot mascota para aliviar los sentimientos de ansiedad, soledad y estrés en niños hospitalizados, y (4) comprobar como un robot con comportamiento social y con una personalización versus robots sin esas características muestra diferencias en términos de interacción con niños y, por tanto, puede ayudar en la efectividad de diferentes tratamientos como mencionamos anteriormente. Los resultados revelaron diferentes resultados dependiendo de la aplicación: (1) efectividad con la plataforma robótica social que diseñamos en el tratamiento neuropsicológico para aquellos niños afectadas por TCE, (2) eficacia con las actividades de robótica de LEGO diseñadas por un grupo de terapeutas en términos de mejora de habilidades sociales (3) un efecto positivo entre los mediadores y facilitadores de la interacción y las relaciones entre los diferentes agentes involucrados en el proceso del cuidado: pacientes hospitalizados, familiares, voluntarios y personal clínico, y (4) una interacción diferente, en términos de tiempo, entre ambos grupos en el promedio de un período de dos semanas.Over the past two decades social robots have become an emerging field where there are many things still to work on. This field not only requires knowledge in mechanics, control, artificial intelligence, systems, etc., but also in psychology, design, ethics, etc. Our multidisciplinary research group has been working on designing social robotic platforms in different applications for children with special needs. The aim of this thesis is to investigate different scenarios in therapy or education where social robots could be a useful tool for children. We ran 4 studies with different purposes: (1) to design activities with LEGO robotics to assess children with autism spectrum disorder (ASD) social behaviour (between peers and with adults) and to analyze the effectiveness, (2) to design a social robotic platform to recover the functionalities most affected by traumatic brain injuries (TBI) in children and see the effectiveness of the treatment, (3) to provide a pet robot to alleviate feelings of anxiety, loneliness and stress of long-term children inpatient and their bystanders, and (4) to verify how a robot with social behaviour and personalization verses those robots without, shows differences in terms of interaction with children and thus, helps the effectiveness of different treatments as we mention above. The results revealed different outcomes depending on the application: (1) effectiveness with the social robotic platform that we designed in neuropsychological treatment in those areas affected by TBI, (2) effectiveness with the LEGO robotics activities designed by a group of therapists in terms of improvement of the social skills and engagement, (3) a positive effect within mediators and facilitators of interaction and relationships between the different agents involved in the caring process: in-patients, relatives, volunteers and clinical staff (4) slight evidence towards a different interaction, in terms of time, between both groups in the average of a two-week period

Human Being Emotion in Cognitive Intelligent Robotic Control Pt I: Quantum / Soft Computing Approach

Abstract. The article consists of two parts. Part I shows the possibility of quantum / soft computing optimizers of knowledge bases (QSCOptKB™) as the toolkit of quantum deep machine learning technology implementation in the solution’s search of intelligent cognitive control tasks applied the cognitive helmet as neurointerface. In particular, case, the aim of this part is to demonstrate the possibility of classifying the mental states of a human being operator in on line with knowledge extraction from electroencephalograms based on SCOptKB™ and QCOptKB™ sophisticated toolkit. Application of soft computing technologies to identify objective indicators of the psychophysiological state of an examined person described. The role and necessity of applying intelligent information technologies development based on computational intelligence toolkits in the task of objective estimation of a general psychophysical state of a human being operator shown. Developed information technology examined with special (difficult in diagnostic practice) examples emotion state estimation of autism children (ASD) and dementia and background of the knowledge bases design for intelligent robot of service use is it. Application of cognitive intelligent control in navigation of autonomous robot for avoidance of obstacles demonstrated.

Recent Developments in Smart Healthcare

Medicine is undergoing a sector-wide transformation thanks to the advances in computing and networking technologies. Healthcare is changing from reactive and hospital-centered to preventive and personalized, from disease focused to well-being centered. In essence, the healthcare systems, as well as fundamental medicine research, are becoming smarter. We anticipate significant improvements in areas ranging from molecular genomics and proteomics to decision support for healthcare professionals through big data analytics, to support behavior changes through technology-enabled self-management, and social and motivational support. Furthermore, with smart technologies, healthcare delivery could also be made more efficient, higher quality, and lower cost. In this special issue, we received a total 45 submissions and accepted 19 outstanding papers that roughly span across several interesting topics on smart healthcare, including public health, health information technology (Health IT), and smart medicine

What do Collaborations with the Arts Have to Say About Human-Robot Interaction?

This is a collection of papers presented at the workshop What Do Collaborations with the Arts Have to Say About HRI , held at the 2010 Human-Robot Interaction Conference, in Osaka, Japan