Der Einsatz humanoider Roboter in Bibliotheken

Humanoide Roboter haben den Sprung aus dem Forschungslabor in unsere Lebenswelt geschafft und begegnen uns vereinzelt in unserem Alltag. Bibliotheken gehörten mit zu den Ersten, die humanoide Roboter beschafften und einsetzten. Gegenstand dieser Masterarbeit ist der Einsatz humanoider Roboter in Bibliotheken, mit dem Ziel eine Bestandaufnahme des Humanoideneinsatzes in Bibliotheken zu leisten. In einer einordnenden Literaturstudie wird auf die Geschichte und den Entwicklungsstand der Robotik und insbesondere der humanoiden Roboter ebenso eingegangen wie auf den Einsatz von Robotern und humanoiden Robotern in Bibliotheken. Der empirische Teil der Arbeit, der auf der Auswertung qualitativer Interviews und von Beobachtungen basiert, befasst sich überwiegend mit dem Einsatz humanoider Roboter in Bibliotheken in Deutschland. Für diese werden sowohl die mit dem Humanoideneinsatz verbundenen Ziele und Einsatzfelder dargestellt als auch die damit verbundenen positiven Effekte sowie Hürden und Herausforderungen. Ferner wird der zukünftige Einsatz von humanoiden Robotern in der einsetzenden Bibliothek selbst sowie im Bibliotheksbereich im Allgemeinen thematisiert. Die Masterarbeit weitet den Blick über die Anwendungsfälle in Deutschland hinaus und rundet das Bild durch ausgewählte internationale Beispiele ab. Abschließend werden Hinweise für eine erfolgreiche Implementierung eines Humanoiden in einer Bibliothek ebenso gegeben wie auch die Sinnhaftigkeit des Einsatzes humanoider Roboter in Bibliotheken diskutiert

Realisierung nutzeradaptiven Interaktionsverhaltens für mobile Assistenzroboter

Im Zentrum dieser Dissertation steht die soziale Assistenzrobotik. In den letzten Jahren hat die Bedeutung dieses Teilgebietes der mobilen Robotik stark zugenommen und zusammen mit der Diversifizierung robotischer Fähigkeiten hat sich die Nutzergruppe hin zur breiten Masse mit potentiellen technischen Laien gewandelt. Aus dieser Situation heraus erwachsen an die Interaktionsfähigkeiten sozialer Assistenzroboter umfangreiche Anforderungen. Insbesondere stehen in dieser Arbeit die Multimodalität der Interaktion und die Anpassungsfähigkeiten an den konkreten Nutzer im Vordergrund. Am Beispiel eines Serviceroboters für die häusliche Gesundheitsassistenz, wie er in einem vom Autor mit bearbeiteten Forschungsprojekt realisiert wurde, wird zunächst der Analyse- und Entwurfsprozess für dessen Umsetzung geschildert. Im Anschluss daran wird gezeigt, wie sich aus der Systemspezifikation eine mehrschichtige Systemarchitektur ableiten lässt, welche auch auf andere Robotikanwendungen übertragbar ist. Der Fokus liegt dabei auf der modularen Realisierung einer Ablauf- und Dialogsteuerung. Um dem System eine Persönlichkeit zu geben und ein im Langzeiteinsatz akzeptierbares Dialogverhalten zu generieren, wurde ein frame-basierter Dialogmanager konzipiert und umgesetzt. Dabei wurden Aspekte wie Modularität durch ein App-Konzept, leichte Erweiterbarkeit und die Möglichkeit, nutzeradaptive Dialoge zu realisieren, berücksichtigt. Im Kern des vorgestellten Dialogsystems kommt eine gänzlich neue Methode der probabilistischen online-Planung von Dialogsequenzen zum Einsatz. Ein eigens konzipiertes Realweltexperiment konnte zeigen, dass es mit diesem System möglich ist, anhand von systeminternen aber auch nutzergetriebenen Bewertungen, das Dialogverhalten im Rahmen von durch den Designer vorgegebenen Freiheiten zur Laufzeit zu optimieren. Die Gestaltung des robotischen Gesundheitsassistenten wurde durch weitere Teilsysteme abgerundet. Unter diesen spielen verschiedene taktile Sensoriken und ein Emotionsmodell eine entscheidende Rolle für die Realisierung eines liebenswerten Begleiters. Letztendlich konnte in sehr erfolgreichen teils mehrtägigen Nutzerstudien mit Senioren die Praktikabilität des entwickelten Interaktionskonzepts und der Systemarchitektur nachgewiesen werden.The central topic of this thesis concerns social service robotics. In recent years this branch of mobile robotics in general has seen increasing interest. Due to increasing capabilities and growing fields of application of such robots, the group of potential users has changed. Unexperienced users raise extensive requirements regarding the interaction capabilities of such robots. The multi-modality of human-robot dialog and its adaptivity regarding user's preferences and needs are in the focus of this thesis. First, the analysis and specification process for such a system is explained by means of an example, which is a service robot for health assistance in home environments, as it has been developed in a research project at which the author participated. Following this, it is shown how a multi-layer system architecture is derived from that specification, which is applicable to other robotic applications as well. Though the main focus is on a modular realization for the control structures and the dialog handling. In order to enable a long term acceptability of such a system and to give it a personality, a frame-based dialog manager has been designed and is explained in detail. Aspects of interest there are modularity by means of an app-concept, extendablility, and adaptivity of the interaction skills regarding users' qirks and demands. In the core of the presented dialog system, there is a unique planning mechanism based on probabilistic reasoning in a factor graph model of the dialog going on. In a real world experiment it could be shown that this online learning concept is able to optimize dialog behavior regarding system internal as well as user driven reward signals. During the implementation of the health assistant robot further system components have been developed in order to realize a likeable companion. Among them, there are two kinds of tactile sensors and an emotion model, which are presented in this thesis as well. Finally, very successful real world user trials of the health assistant robot involving 9 elderly people are described to show that the presented concepts for system architecture and dialog modelling are viable

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

Untersuchung des Einflusses sozio-emotionaler Faktoren auf die soziale Akzeptanz und Nutzungsintention bei Lotsenrobotern

In the course of emerging service robotics research, this dissertation consists of three empirical studies to investigate how an extrovert robot personality, a tactile ability to interact and a humanoid robot appearance of robots with a hostess function impact on their social acceptance and intention to use. A field experiment has been conducted with 194 test persons. The experiment compared two versions of a shopping robot (standard version vs. extrovert version). Thereby, the standard version of the shopping robot has been adopted based on a developed extrovert concept. Next, based on a laboratory experiment with 48 students, two versions of the robot Nao have been compared with regards to their tactile ability to interact (Nao with tactile interaction vs. Nao without tactile interaction). Tactile interaction means the reaction of the robot to human contact. Finally, an online experiment with 131 students has been conducted by means of an online questionnaire. The students evaluated two shopping robots with different appearances (less humanoid vs. more humanoid shopping robot) with the help of two interactive videos. The results show that an extrovert robot personality, ability for tactile interaction and a more humanoid appearance of robots with a hostess function have a positive influence on their social acceptance and intention to use.Im Zuge der voranschreitenden Servicerobotik-Forschung, untersucht die vorliegende Dissertation in drei empirischen Teilstudien, inwiefern eine extravertierte Roboterpersönlichkeit, eine taktile Interaktionsfähigkeit und ein menschenähnliches Roboteraussehen bei Lotsenrobotern, einen Einfluss auf deren soziale Akzeptanz und Nutzungsintention haben. Im Rahmen eines Feldexperiments mit n=194 Versuchspersonen wurden zwei Roboter-Versionen eines Shoppingroboters (Standardversion vs. extravertierte Version) miteinander verglichen. Dabei wurde die Standardversion des Shoppingroboters anhand eines eigens entwickelten Extraversions-Konzepts verändert. Auf Basis eines Laborexperimentes mit n=48 Studierenden wurden zwei Versionen des Roboters Nao hinsichtlich seiner taktilen Interaktionsfähigkeit (Nao mit taktiler Interaktion vs. Nao ohne taktiler Interaktion) verglichen. Taktile Interaktion meint dabei, die Reaktion des Roboters auf die Berührung von Menschen. Zuletzt wurde ein Online-Experiment mit n=131 Studierenden durchgeführt, die im Rahmen eines Online-Fragebogens zwei verschieden aussehende Shoppingroboter (eher wenig menschenähnlicher vs. eher menschenähnlicher Shoppingroboter) mit Hilfe von zwei Videos zur Interaktion bewerteten. Die Ergebnisse zeigen, dass eine extravertierte Roboterpersönlichkeit, eine taktile Interaktionsfähigkeit und ein eher menschenähnliches Erscheinungsbild bei Lotsenrobotern einen positiven Einfluss auf deren soziale Akzeptanz und Nutzungsintention haben

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

In digitaler Gesellschaft: Neukonfigurationen zwischen Robotern, Algorithmen und Usern

Wie verändern sich gesellschaftliche Praktiken und die Chancen demokratischer Technikgestaltung, wenn neben Bürger*innen und Öffentlichkeit auch Roboter, Algorithmen, Simulationen oder selbstlernende Systeme einbezogen und als Beteiligte ernstgenommen werden? Die Beiträger*innen des Bandes untersuchen die Neukonfiguration von Verantwortung und Kontrolle, Wissen, Beteiligungsansprüchen und Kooperationsmöglichkeiten im Umgang mit intelligenten Systemen wie smart grids, Servicerobotern, Routenplanern, Finanzmarktalgorithmen und anderen soziodigitalen Arrangements. Aufgezeigt wird, wie die digitalen "Neulinge" dazu beitragen, die Gestaltungsmöglichkeiten für Demokratie, Inklusion und Nachhaltigkeit zu verändern und Macht- und Kraftverhältnisse zu verschieben.Robots, algorithms, simulations and other socio-digital arrangements bring new challenges and opportunities for democratic technology design - how do these digital "newcomers" contribute to changing the balance of power and forces for democracy, inclusion and sustainability

Technologien und Visionen der Mensch-Maschine-Entgrenzung : Sachstandsbericht zum TA-Projekt »Mensch-Maschine-Entgrenzungen: zwischen künstlicher Intelligenz und Human Enhancement«

Der Sachstandsbericht (TAB-Arbeitsbericht Nr. 167) zeigt auf, dass nach derzeitigem wissenschaftlich-technischem Entwicklungsstand viele der in den Zukunftsdiskursen formulierten Erwartungen weitgehend spekulativ erscheinen. Alles in allem ist in absehbarer Zeit wohl weder mit der technischen Optimierung der »Natur« des Menschen (in einem größeren, d.h. gesellschaftlich relevanten Maßstab) noch mit einer »Intelligenzexplosion« bei Maschinen zu rechnen. Die oben umrissene Entgrenzungsdynamik vollzieht sich aktuell vielmehr auf einer subtileren Ebene: beispielsweise, indem fundamentale anthropologische Kategorien – wie Verantwortungsfähigkeit, Selbstbestimmtheit, Identität –, welche die Grundlage unserer jetzigen moralischen und rechtlichen Ordnung bilden, durch die beschriebenen Technisierungsprozesse ins Wanken geraten. Diese normativen Herausforderungen machen eine frühzeitige Auseinandersetzung mit den gesellschaftlichen Konsequenzen, aber auch Rahmenbedingungen der Entgrenzungsdynamik erforderlich. Dabei sollte im Zentrum stehen, was wir als genuinen Wesenszug des Menschen und seiner Kultur verstehen und was davon wir für die Zukunft erhalten und vor maschinellem Zugriff schützen wollen. Inhalt Zusammenfassung 7 I. Einleitung 19 II. Zukunftsvisionen 25 1. Zur Analyse des visionären Diskurses 26 2. Kulturelle Wurzeln und Ideentraditionen 29 2.1 Künstliche Menschen, Automaten und Roboter 29 2.2 Transhumanismus, Cyborgs und Human Enhancement 33 3. Aktuelle visionäre Diskurse und ihre Akteure 37 3.1 Themensetzung durch futuristische Netzwerke 38 3.2 Der aktuelle Diskurs zu Enhancement und Cyborgs 43 3.3 Der aktuelle Diskurs zu einer Superintelligenz 47 4. Fazit 50 III. Stand der Technik 55 1. Neurotechnologien 55 1.1 Wissenschaftliche Grundlagen: neuroelektrische Schnittstellen 56 1.2 Neurotechnologische Anwendungen: Stand und Entwicklungsperspektiven 67 1.3 Forschungslandschaft in Deutschland 93 1.4 Fazit und Ausblick 95 2. Autonome Robotik 99 2.1 Wissenschaftliche Grundlagen: künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen 102 2.2 Wo steht die autonome Robotik? 110 2.3 Anwendungsfelder und Beispiele 120 2.4 Forschungslandschaft in Deutschland 134 2.5 Fazit 137 IV. Schlussfolgerungen und Ausblick 141 Literatur 153 In Auftrag gegebene Gutachten 153 Weitere Literatur 153 Anhang 167 1. Abbildungsverzeichnis 167 2. Tabellenverzeichnis 16