Sensorimotor Oscillations During a Reciprocal Touch Paradigm With a Human or Robot Partner

Robots provide an opportunity to extend research on the cognitive, perceptual, and neural processes involved in social interaction. This study examined how sensorimotor oscillatory electroencephalogram (EEG) activity can be influenced by the perceived nature of a task partner – human or robot – during a novel “reciprocal touch” paradigm. Twenty adult participants viewed a demonstration of a robot that could “feel” tactile stimulation through a haptic sensor on its hand and “see” changes in light through a photoreceptor at the level of the eyes; the robot responded to touch or changes in light by moving a contralateral digit. During EEG collection, participants engaged in a joint task that involved sending tactile stimulation to a partner (robot or human) and receiving tactile stimulation back. Tactile stimulation sent by the participant was initiated by a button press and was delivered 1500 ms later via an inflatable membrane on the hand of the human or on the haptic sensor of the robot partner. Stimulation to the participant’s finger (from the partner) was sent on a fixed schedule, regardless of partner type. We analyzed activity of the sensorimotor mu rhythm during anticipation of tactile stimulation to the right hand, comparing mu activity at central electrode sites when participants believed that tactile stimulation was initiated by a robot or a human, and to trials in which “nobody” received stimulation. There was a significant difference in contralateral mu rhythm activity between anticipating stimulation from a human partner and the “nobody” condition. This effect was less pronounced for anticipation of stimulation from the robot partner. Analyses also examined beta rhythm responses to the execution of the button press, comparing oscillatory activity when participants sent tactile stimulation to the robot or the human partner. The extent of beta rebound at frontocentral electrode sites following the button press differed between conditions, with a significantly larger increase in beta power when participants sent tactile stimulation to a robot partner compared to the human partner. This increase in beta power may reflect greater predictably in event outcomes. This new paradigm and the novel findings advance the neuroscientific study of human–robot interaction

That Robot Touch that Means so Much: On the Psychological Effects of Human-Robot Touch

Robots are unique compared to other forms of artificial intelligence because they own a physical body that allows them to get into physical contact with humans. There is a huge amount of literature and empirical work that demonstrates the importance of touch for the development of man as well as other species as monkeys. Especially, the positive impact of interpersonal touch on health, bonding and attachment has been frequently observed. Furthermore, positive evaluative consequences of interpersonal touch on the toucher, i.e., the initiator of touch, and the surroundings has been revealed, as well as an influence on compliance and helping. Taken together it seems as if touch is a powerful way of nonverbal communication that is capable to increase the well-being of the receiver, and the initiator of touch, too. Against the background of earlier work in the realm of human-computer interaction that demonstrated that people equate interactions with interactive media as computers or robots with interpersonal interactions (media equation: Nass & Moon, 2000; Reeves & Nass, 1996; see also Krämer & Hoffmann, 2016, for an updated overview), it is assumed that touch from a robot can result in comparable positive impacts on human well- being. As a prerequisite for the examination of the physiological and psychological effects of human-robot touch, basic research was first necessary to structure the field of human- robot touch in comparison to interpersonal touch. For that purpose, four empirical studies were conducted that untangled the perception of human-robot touch referring to research on interpersonal touch, to test whether the media equation also applies to a fundamental interpersonal phenomenon such as touch. Therefore, the perception of different forms of human-robot touch with different robots (Study 1 & 2) in different interaction contexts (Study 3) were first considered in the most controllable way by means of the observation and evaluation of photographs. In addition, the underlying appraisal process that decides upon the final reaction to robot touch was theoretically and practically considered based on expectancy violations theory (Burgoon, 1983; Burgoon & Hale, 1988) that originates from the field of interpersonal communication. Finally, actual touch initiated by a robot to participants in a laboratory experiment were regarded and analyzed with respect to the impact of robot touch on participants’ subjective evaluation, as well as on observable reactions as laughing, compliance and helping (Study 4). In conclusion, influencing variables that determine the desirability of human-robot touch were revealed, namely characteristics of the robot (morphology and size), characteristics of the person (e.g., attitudes towards touch, attitudes towards robots, touch expectancies), the intimacy and direction of touch, i.e., who touches whom, and the meaning assigned to human-robot touch regarding relational interpretations of closeness and affection. Finally, positive emotional reactions to actual robot-initiated touch, and heightened compliance have been observed in a laboratory experiment.Roboter sind im Vergleich zu anderen Formen der künstlichen Entitäten einzigartig, da sie über einen physischen Körper verfügen, der ihnen erlaubt, in Berührung mit Menschen zu gelangen. Eine Vielzahl an empirischen Studien konnte bereits zeigen, dass die Bedeutung eine fundamentale Rolle in der Entwicklung von Menschen wie auch anderen Arten wie zum Beispiel Affen spielt. Allem voran wurde die positive Wirkung der zwischenmenschlichen Berührung auf die individuelle Gesundheit wie auch die zwischenmenschliche Bindung häufig belegt. Darüber hinaus wurden positive Konsequenzen der zwischenmenschlichen Berührung auf die Evaluation des Berührers, d. h. des Initiators der Berührung, und der Umgebung aufgedeckt, sowie ein Einfluss auf die Bereitschaft einer Bitte nachzukommen und Hilfeleistung zu zeigen. Zusammengenommen scheint Berührung eine einflussreiche Form nonverbaler Kommunikation zu sein, die in der Lage ist, das Wohlbefinden des Empfängers wie auch Initiators zu erhöhen. Vor dem Hintergrund früherer Arbeiten auf dem Gebiet der Mensch-Computer Interaktion, die zeigen, dass Menschen dazu neigen Interaktionen mit interaktiven Medien wie Computern oder Robotern mit der zwischenmenschlichen Kommunikation gleichsetzen (media equation: Nass & Moon, 2000; Reeves & Nass, 1996; see also Krämer & Hoffmann, 2016, für einen aktuellen Überblick), wird davon ausgegangen, dass eine Berührung durch einen Roboter vergleichbare positive Auswirkungen auf das menschliche Wohlbefinden haben kann. Als Voraussetzung für die Untersuchung der physiologischen und psychologischen Auswirkungen von Mensch-Roboter Berührung war zunächst grundlegende Forschung notwendig, um das Gebiet der Mensch-Roboter Berührung im Vergleich zur zwischenmenschlichen Berührung zu strukturieren. Zu diesem Zweck wurden vier empirische Studien durchgeführt, die dazu dienten die Wahrnehmung und Beurteilung von Mensch-Roboter Berührung mit der der Wahrnehmung und Beurteilung zwischenmenschlicher Berührung zu vergleichen, um anschließend theoretische und empirische Befunde aus dem zwischenmenschlichem Kontext auf den Bereich der Mensch-Roboter Interaktion übertragen zu können. Dazu wurde die Wahrnehmung verschiedener Formen von Mensch-Roboter Berührung mit verschiedenen Robotern (Studie 1 & 2) in verschiedenen Interaktionskontexten (Studie 3) zunächst durch die kontrollierte Beobachtung und Bewertung von Fotos untersucht. Darüber hinaus wurde der zugrundeliegende Beurteilungsprozess, der von der ersten Wahrnehmung von Mensch-Roboter Berührung über die Interpretation und Beurteilung schließlich für die finale Reaktion auf Berührung verantwortlich ist, auf Basis der Expectancy Violations Theory (Burgoon, 1983; Burgoon & Hale, 1988) betrachtet. Abschließend wurde im Rahmen eines Laborexperimentes, der Effekt tatsächlicher Berührung durch einen humanoiden Roboter auf das subjektive Empfinden und beobachtbare Reaktionen wie Lachen, Einwilligungsbreitschaft und Hilfeverhalten untersucht (Studie 4). Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Eigenschaften des Roboters (Morphologie und Größe), Merkmale der Person (z.B. Einstellungen gegenüber zwischenmenschlicher Berührung, Einstellung gegenüber Robotern, Berührungserwartungen), die Intimität und Richtung der Berührung, d.h. wer berührt wen, und die zugeschriebene Bedeutung der Berührung einen Einfluss auf die Wahrnehmung und Akzeptanz on Mensch-Roboter Berührung nehmen. Schlussendlich konnte im Rahmen eines Laborexperimentes gezeigt werden, dass positive emotionale Konsequenzen und eine erhöhte Einwilligungsbereitschaft auf die echte Berührung durch einen Roboter folgten