Stimuli, drives, and biological rhythms as motivators of autonomous robot behavior

[Resumen] La robótica social ha demostrado en los últimos años un gran potencial en sectores estratégicos para la sociedad como la educación, la sanidad y la compañía a mayores. Estos sectores necesitan sistemas autónomos para ayudar a sus profesionales por diversos motivos. Por ejemplo, el envejecimiento de la población en países desarrollados ha provocado una falta de trabajadores cualificados en sectores clave como el cuidado de personas mayores. Este artículo tiene como motivación el desarrollo de robots sociales autónomos que sean capaces de realizar sus tareas adecuadamente con la aceptación de sus usuarios, reduzcan la supervisión humana, y operen en escenarios reales de forma ininterrumpida. Este trabajo toma como referencia numerosos estudios que en los últimos años revelan los beneficios de replicar el comportamiento humano en robots autónomos para incrementar el vínculo humano-robot y mejorar la interacción entre ambos. Para dotar de un comportamiento bioinspirado y autónomo a los robots sociales, en este artículo proponemos tres estrategias de generación de comportamiento: cómo el robot percibe y evalúa estímulos del entorno y responde a ellos, pulsiones internas que motivan el comportamiento voluntario, y ritmos biológicos para generar comportamientos cíclicos. Estas estrategias se implementan en el robot Mini, permitiéndole operar durante largos periodos de tiempo y cumplir sus tareas de asistencia al usuario.[Abstract] In recent years, social robotics has shown great potential in strategic sectors for society such as education, healthcare and elderly companionship. These sectors need autonomous systems to assist their professionals for various reasons. For example, the aging of the population in developed countries has led to a lack of skilled workers in key sectors such as elderly care. This paper is motivated by the development of autonomous social robots that are able to perform their tasks adequately with the acceptance of their users, reduce human supervision, and operate in real scenarios in an uninterrupted manner. This work takes as a reference numerous studies that in recent years reveal the benefits of replicating human behavior in autonomous robots to increase the human-robot bond and improve the interaction between both. To endow bio-inspired and autonomous behavior to social robots, in this paper we propose three behavior generation strategies: how the robot perceives and evaluates stimuli from the environment and responds to them, internal drives that motivate voluntary behavior, and biological rhythms to generate cyclic behaviors. These strategies are implemented in the Mini robot, allowing it to operate for long periods of time and accomplish its user assistance tasks.Comunidad de Madrid; RoboCity2030-DIHCMMinisterio de Ciencia e Innovación; PID2021-123941OAI00Ministerio de Ciencia e Innovación; TED2021-132079B-I00Ministerio de Ciencia e Innovación; MCIN/AEI/10.13039/50110001103

The Beginner’s Luck: a psychological strategy to improve interaction with social robots

[Resumen] La robótica social y sus aplicaciones ofrecen numerosos beneficios a la sociedad al asistir a las personas más vulnerables. Sin embargo, este tipo de robots necesitan aumentar el vínculo con los usuarios para poder prestar mejores servicios y beneficios en su uso habitual. En este trabajo se implementa una estrategia para mejorar la interacción humano-robot utilizada en psicología y algunas aplicaciones digitales conocida como la suerte del principiante. Esta técnica se combina con otras técnicas como la alta frecuencia de acciones y sistema de recompensa variable social con el objetivo de fomentar una mayor interacción entre el usuario y el robot. Esta combinación de estrategias se implementan en el famoso juego Whack-A-Mole, utilizando el robot social Mini para potenciar la interacción con sus usuarios.[Abstract] Social robotics and its applications benefit society by assisting the most vulnerable people. However, these robots need to increase the bond with users to provide better services and benefits in their regular use. This work implements a strategy to improve human-robot interaction used in psychology and some digital applications known as The Beginner’s Luck. This technique is combined with other techniques such as High Frequency of Actions and Social Variable Rewards System to encourage more interaction between the user and the robot. This combination of strategies is implemented in the famous game Whack-A-Mole, using the Mini social robot to enhance interaction with its users.Comunidad de Madrid; S2018/NMT-4331Ministerio de Ciencia e Innovación; PID2021-123941OAI00Ministerio de Ciencia e Innovación; TED2021-132079B-I00Ministerio de Ciencia e Innovación; PDC2022-133518-I0

Non-verbal gesture prediction using deep learning

[Resumen] En años recientes, la robótica está empezando a usarse fuera de aplicaciones industriales, y los robots empiezan ya a tomar parte en tareas que requieren interactuar con personas. Para que estas interacciones resulten naturales, es necesario que el robot sea capaz de ejecutar expresiones de forma autónoma. En situaciones donde el robot está hablando, los gestos no verbales que ejecute deben apoyar el mensaje comunicativo de la componente verbal, y ambas componentes deben estar sincronizadas apropiadamente. En este trabajo presentamos un sistema de predicción de gestos no verbales para robots sociales basado en uno de los avances más significativos en años recientes en el campo del aprendizaje profundo: el modelo transformer. Esta solución será comparada con un modelo previo que combina redes recurrentes con campos aleatorios condicionales para resolver la misma tarea. Los resultados de la comparación de ambos modelos indican que, al igual que en otras tareas de procesamiento del lenguaje natural, los transformers presentan una clara mejora a la hora de resolver la tarea de predecir gestos no verbales para robots sociales.[Abstract] In recent years, robotics is starting to expand beyond industrial applications, and robots are starting to take part in tasks that require interacting with human beings. For this interactions to be natural for the users, it is necessary that the robots are capable of performing expressions autonomously. In situations where the robot is speaking, the non-verbal gestures performed by the robot must also support the communicative message expressed by the verbal component, and both components should be properly synchronized. In this work, we present a gesture prediction system for social robots based in one of the most significant advances in the area of deep learning: the transformer model. This solution will be compared with a previous system based on a combination of recurrent neural networks and conditional random fields. The results of the comparison conducted show that, as it is the case for other tasks in the field of natural language processing, transformers present a clear improvement for the task of predicting non-verbal expressions for social robots.Ministerio de Ciencia e Innovación; TED2021-132079B-I00Comunidad de Madrid; SMM4HRI-CM-UC3

Evolución de la robótica social y nuevas tendencias

[Resumen] La robótica cada día es una realidad más presente en nuestras vidas, cambiando la forma con la que las personas interactuamos con nuestro entorno e incluso entre nosotros. En este artículo se se hace una revisión histórica del campo de la robótica social así como sus aplicaciones y campos de investigación. Para ello se muestra la evolución en cuatro periodos comprendiendo el origen, el estado actual de las investigaciones y el futuro sofisticado hacia el cual se dirige

A Pet Robot Prototype for Interaction with Seniors

[Resumen] La robótica social aparece con el objetivo de interactuar con las personas, comprenderlas y apoyarlas con diferentes tareas, entre otras finalidades. En los últimos años, con el aumento de la esperanza de vida, el número de personas mayores con algún tipo de deterioro cognitivo ha aumentado. Además, muchas de estas personas se sienten solas y carecen de estimulación emocional. Diversos estudios confirman que la robótica social puede contribuir a aliviar este problema. El propósito de este trabajo es mostrar el desarrollo de un primer prototipo de robot mascota para realizar tareas, como el acompañamiento y la estimulación cognitiva, con personas mayores. Para ello se opta por una apariencia agradable que llame la atención y permita la integración de todos los elementos. El desarrollo del proyecto incluye la selección de todos los componentes hardware del robot, así como la implementación de una versión inicial de la arquitectura software que permita interactuar con los usuarios.[Abstract] Social robotics appears with the aim of interacting with people, understanding them and supporting them with different tasks, among other purposes. In recent years, with the increase in life expectancy, the number of elderly people with some kind of cognitive impairment has increased. In addition, many of these people feel lonely and lack emotional stimulation. Several studies confirm that social robotics can help alleviate this problem. The purpose of this work is to show the development of a first prototype of a pet robot to perform tasks, such as companionship and cognitive stimulation, with elderly people. For this purpose, a pleasant appearance that attracts attention and allows the integration of all the elements is chosen. The development of the project includes the selection of all the hardware components of the robot, as well as the implementation of an initial version of the software architecture that allows interaction with users.Comunidad Madrid; S2018/NMT-4331Ministerio de Ciencia e Innovación; PID2021-123941OA-I00Ministerio de Ciencia e Innovación; TED2021-132079B-I00Ministerio de Ciencia e Innovación; PDC2022-133518-I0

Dynamic semantic ontology generation: a proposal for social robots

[Abstract] During a human-robot interaction by dialogue/voice, the robot cannot extract semantic meaning from the words used, limiting the intervention itself. Semantic knowledge could be a solution by structuring information according to its meaning and its semantic associations. Applied to social robotics, it could lead to a natural and fluid human-robot interaction. Ontologies are useful representations of semantic knowledge, as they capture the relationships between objects and entities. This paper presents new ideas for ontology generation using already generated ontologies as feedback in an iterative way to do it dynamically. This paper also collects and describes the concepts applied in the proposed methodology and discusses the challenges to be overcome.Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; RTI2018-096338-B-I0

Interfaces táctiles para Interacción Humano-Robot

[Resumen] En la actualidad, las pantallas táctiles y tabletas han ganado protagonismo en el campo de la interacción humano-robot para robots sociales. Estos dispositivos se utilizan por ejemplo como complemento en sesiones de rehabilitación o estimulación cognitiva. Una de las ventajas que proporcionan estas interfaces es la reducción de algunos de los problemas existentes en los sistemas de comunicación por voz. Así, se proporciona un soporte gráfico en la pantalla y se aumentan las posibilidades de interacción del robot, pudiendo mostrar contenido multimedia, información variada o realizar juegos con el usuario. Para ello es fundamental el diseño de una interfaz gráfica intuitiva y que no requiera un conocimiento previo para su utilización con el fin de que usuarios sin experiencia con este tipo de dispositivos puedan interaccionar con ellos sin problemas. Este trabajo realiza un estudio sobre las aplicaciones actuales de pantallas táctiles y tabletas en robots, proporcionando una visión general de los elementos que deberían incorporar este tipo de interfaces. Además, se propone una aplicación a modo de ejemplo que incluye algunos de estos elementos

Micrófonos de contacto: una alternativa para sensado tactil en robots sociales

[Resumen] En la interacción humano-máquina, especialmente en la robótica social, el contacto directo entre el humano y el robot, y todo lo que permite al robot reaccionar y obtener información de este contacto, tiene una gran relevancia. Entre la información que el robot obtiene se encuentra aquella relacionada con la parte del cuerpo del robot que se estátocando y qué gesto se pretende transmitir con dicho toque. A través de este artículo, se pretenden evaluar, en primer lugar, las actuales tecnologías que envuelven la interacción táctil aplicada a la robótica.Por otro lado, se busca aportar un enfoque nuevo a la interacción táctil en la robótica social, presentando aplicaciones y sistemas que emplean el sonido como fuente de información principal. Este trabajo propone un sistema de detección de gestos táctiles en un robot social empleando tecnologías de adquisición sonora

Definiendo los elementos que constituyen un robot social portable de bajo coste

[Resumen] Existen numerosos trabajos y estudios que evalúan la utilización de animales en terapias con personas que presentan problemas de desarrollo cognitivo o de aprendizaje. Estos métodos se utilizan principalmente en sesiones de rehabilitación orientadas a disminuir los efectos de enfermedades mentales como alzheimer, demencia o autismo. Cada vez son más los trabajos que tratan de incorporar robots sociales en sustitución de animales reales. Dado el tipo de aplicación a la que estos robots sociales están destinados, resulta un factor determinante que estos sistemas presenten una apariencia externa agradable para el usuario. En este sentido, son muchos los estudios que proponen el uso de robots con forma de animal o humanoide como medio de interacción con personas. Para ello, resulta fundamental el diseño de un robot que presente unas características concretas, fundamentalmente en aspectos relacionados con el tamaño, peso y apariencia de forma que el robot resulte fácilmente manejable y portable reduciendo su coste económico en la medida de lo posible. Este artículo realiza un repaso de los robots actuales utilizados en este tipo de aplicaciones, describiendo los elementos que debe incorporar, en su fase de diseño, un robot social de bajo coste orientado a aplicaciones de terapia y compañía a personas mayores y niños con enfermedades mentales