Automatic Learning Improves Human-Robot Interaction in Productive Environments: A Review

In the creation of new industries, products and services -- all of which are advances of the Fourth Industrial Revolution -- the human-robot interaction that includes automatic learning and computer vision are elements to consider since they promote collaborative environments between people and robots. The use of machine learning and computer vision provides the tools needed to increase productivity and minimizes delivery reaction times by assisting in the optimization of complex production planning processes. This review of the state of the art presents the main trends that seek to improve human-robot interaction in productive environments, and identifies challenges in research as well as in industrial - technological development in this topic. In addition, this review offers a proposal on the needs of use of artificial intelligence in all processes of industry 4.0 as a crucial linking element among humans, robots, intelligent and traditional machines; as well as a mechanism for quality control and occupational safety.This work has been funded by the Spanish Government [TIN2016-76515-R] grant for the COMBAHO project, supported with Feder funds

Assistive Cyber-physical Robotics for Speech-Language Therapy

Esta investigación doctoral aborda la robótica asistencial (Assistive Robotics) como tema general, también llamada robótica social; específicamente el estudio de la interacción de la relación humano-robot. Con base en el estudio del estado del arte realizado, esta tesis se orientó hacia el siguiente problema de investigación: ¿es posible mejorar la efectividad terapéutica y de esta forma la calidad de vida de las personas con dificultades para comunicarse verbalmente debido a singularidades relacionadas con el habla y lenguaje; por medio del desarrollo de estrategias socio-terapéuticas que utilicen robots y mundos virtuales con frecuencias de exposición flexibles en comparación con la exposición programada utilizando únicamente robots en el mundo físico? El problema de investigación brinda una direccionalidad innovadora desde varias perspectivas científicas. Por un lado, la integración terapéutica de recursos en el mundo virtual así como en el mundo físico con robótica asistencial en colaboración con el ser humano para cumplir un objetivo de crecimiento personal. Además, la posibilidad de romper la barrera del tiempo controlado de exposición terapéutica por medio de la tecnología. Y, por otro lado, metodológicamente buscar un abordaje científico que demuestre causalidad y no sólo asociación por medios cualitativos; dado que se quiere saber si la efectividad terapéutica realmente puede incrementar como variable de respuesta. Por lo tanto, y como elemento de innovación adicional, esta investigación abordó el diseño de un prototipo tecnológico de programación robótica con emulación animada, que integra el uso de un avatar robótico virtual para facilitar la interacción social de personas que presentan dificultades de comunicación verbal relacionadas con el habla y lenguaje. El objetivo general de esta tesis se plantea como sigue: “Aportar al conocimiento científico sobre la interacción humano-robot con fines terapéuticos de comunicación verbal en el idioma castellano comparando el uso de robots en el mundo físico y virtual con flexibilidad de tiempos versus la interacción limitada a robots físicos por periodos de tiempo fijos para saber si es posible incrementar de forma relevante la efectividad terapéutica en términos de mejora de habilidades y tiempo invertido en terapia.” Esta investigación contribuye científicamente con la propuesta de un enfoque metodológico que busca obtener resultados basados en la evidencia experimental y no sólo en el análisis hermenéutico o el análisis léxico de datos cualitativos que constituye lo más frecuente en la investigación científica en este campo. En este sentido, el método exploratorio basado en datos cualitativos y abordajes epistemológicos subjetivistas pueden verse bien complementados con investigación positivista más orientada a la evidencia basada en resultados vinculados a la causalidad. Otra aportación de esta investigación está en el desarrollo tecnológico orientado hacia el uso de la experiencia de realidad virtual de personas con condiciones de limitación en habla o lenguaje en combinación con un robot físico. Esta es una forma innovadora de buscar la exposición continua y en tiempo real a los protocolos de terapia de habla sin supervisión física del terapeuta, teniendo en cuenta que las aplicaciones robóticas en mundos virtuales vinculados con el "mundo físico" no son frecuentes

Fundamentos teóricos socio-educativos de la inserción laboral de personas con discapacidad en una empresa industrial costarricense

Esta tesis doctoral se ha enfocado en determinar los fundamentos teóricos que explican los aspectos socioeducativos del reclutamiento, la selección y la inducción al puesto de trabajo en empresas que procuran la inclusión laboral en el sector industrial costarricense que puedan orientar la contratación de las personas con discapacidad en condiciones de igualdad de oportunidades. La perspectiva teórica fue el interaccionismo simbólico y el método científico desarrollado fue el denominado “Teoría Fundamentada” (Glaser y Strauss, 1967) siguiendo los principios hermenéuticos del trabajo de Barney Glaser (1978). El entorno de investigación para el trabajo de campo fue seleccionado considerando el mayor porcentaje de “personas con discapacidad” contratadas respecto a la planilla total para una empresa mediana o grande y además el mayor tiempo promedio de permanencia. Se concluye que la inserción laboral de “personas con discapacidad”, efectiva en cantidad y permanencia, no necesariamente requiere gran sistematización, pero se facilita al dejar de lado prejuicios estigmatizadores alrededor de la discapacidad. Esta inserción debe orientarse hacia la evaluación del desempeño percibida como justa y equitativa; y, además, fomenta el sentido de unidad, pertenencia e identidad de grupo para consolidar la cohesión en los equipos de trabajo. Asimismo, las contrataciones no necesariamente requieren de altas inversiones o implican mayores costos operativos; no obstante, parece esencial la gestión por valores en la organización que facilite la guía, acompañamiento y liderazgo basado en el ejemplo; todo centrado en una significación imaginaria de la discapacidad que se distancie del déficit, la deficiencia, el transtorno o lo que “no es normal”. Los aspectos socioeducativos identificados y saturados teóricamente son los siguientes: a) significación imaginaria de las personas con discapacidad; b) no estigmatización de las personas; c) desarrollo de capacidades para el trabajo en condiciones de igualdad de oportunidades educativas y laborales; d) acompañamiento empático y no con un sentido asistencial o sentimiento de lástima; e) comunicación orgánica y natural; y, finalmente, f) trabajo en equipo centrado en valores. Además, la exergía, la anergía y la entropía socioeducativas se proponen para dar pautas de comprensión teórica acerca de la transformación socioeducativa del entorno laboral que se da con la inserción laboral. La exergía socioeducativa es el potencial de las personas para desarrollar los talentos, convertido por medio de aspectos socioeducativos en actividades que son resultados explícitos e implícitos del trabajo realizado; la anergía socioeducativa es el potencial desaprovechado que no logró convertirse en exergía. La entropía socioeducativa, basado en Boltzmann y Shannon (Ben-Naim, 2017), es una medida de pérdida de información sobre el potencial de desarrollo del talento de las personas en el proceso de transformación del entorno laboral; a mayor entropía, tenemos menor conocimiento o información del sistema.This doctoral thesis has focused on determining the theoretical foundations that explain the socioeducational aspects of recruitment, selection and induction to the job in companies that seek labor inclusion in the Costa Rican industrial sector that can guide the hiring of people with disabilities under conditions of equal opportunities. The theoretical perspective was symbolic interactionism and the scientific method was the so-called “Grounded Theory” (Glaser and Strauss, 1967) following the hermeneutical principles of the work of Barney Glaser (1978). The research environment for the field work was selected considering the highest percentage of “people with disabilities” hired with respect to the total payroll for a medium or large company and also the longest average length of stay. It is concluded that the labor insertion of “people with disabilities”, effective in terms of quantity and permanence, does not necessarily require great systematization but is facilitated by leaving aside stigmatizing prejudices around disability; it is oriented towards the evaluation of the performance perceived as fair and equitable; and, in addition, it fosters belongingness, sense of unity and group identity to consolidate cohesion in work teams. Likewise, contracts do not necessarily require high investments or involve higher operating costs; however, it seems essential to manage by values in the organization that facilitates guidance, accompaniment and leadership based on example; all centered on an imaginary significance of the disability that is distanced from the deficit, deficiency, disorder or what is “not normal”. The socioeducational aspects identified and theoretically saturated are the following: a) imaginary significance of people with disabilities; b) non-stigmatization of people; c) development of capacities for work under conditions of equal educational and employment opportunities; d) empathetic accompaniment and not with a sense of welfare or a feeling of pity; e) organic and natural communication; and, finally, f) teamwork focused on values. In addition, socioeducational exergy, anergy and entropy are conceptual categories that are proposed to give guidelines for theoretical understanding about the socioeducational transformation of the work environment that occurs with job placement. The socioeducational exergy is the potential of people to develop talents, converted through socioeducational aspects into activities in the environment that are explicit and implicit results of the work done; socioeducational anergy is the untapped potential that failed to become exergy. Socioeducational entropy, based on Boltzmann and Shannon (Ben-Naim, 2017), is a measure of loss of information on the potential for developing people's talent in the process of transforming the work environment; the higher the socioeducational entropy, the less knowledge or information we have of the system.UCR::Vicerrectoría de Investigación::Sistema de Estudios de Posgrado::Ciencias Sociales::Doctorado en Educació

Análisis experimental de la eficacia de un sistema robótico ciberfísico para ayudar a los patólogos del habla y el lenguaje en el instituto

This research focuses on whether the use of a cyber-physical robotic system (CPRS) to assist Speech and Language Pathologists (SLP) in a Special Education service is beneficial. The research method is based on a quasi-experiment with a 2k design and a two-way ANOVA, implemented with real high school students over 10 weeks. It was found that the use of this CPRT could improve, preliminarily and as an initial exploratory finding, therapeutic speech effectiveness up to 11.3 percentage points with a statistical confidence of 95%, when SLPs work with students with mild articulation disorder and a restricted time for therapy, but especially when the technology is used without time constraints. It is concluded that assistive CPRT could be a causal factor of improvement in specific treatments performed by SLPs, with the statistical evidence being sufficiently significant (95%) to maintain scientific and educational interest in this research line in the future.Esta investigación se centra en comprobar si el uso de un sistema robótico ciberfísico (CPRS por sus siglas en inglés) para ayudar a los patólogos del habla y el lenguaje (SLP por sus siglas en inglés) resulta beneficioso en un servicio de educación especial. El método investigador se basa en un cuasiexperimento con un diseño 2k y un test ANOVA en dos direcciones, aplicado con estudiantes de instituto reales a lo largo de 10 semanas. Se descubrió que la utilización de este CPRS podía mejorar, de forma preliminar y como hallazgo exploratorio inicial, la eficacia terapéutica sobre el habla hasta 11,3 puntos porcentuales con una confianza estadística del 95% cuando los SLP trabajan con estudiantes que padecen un trastorno articulatorio leve y con un período de terapia restringido, pero especialmente cuando se emplea la tecnología sin limitaciones de tiempo. Se llega a la conclusión de que los CPRS de apoyo podrían constituir un factor causante de una mejora en tratamientos concretos llevados a cabo por los SLP, con unas evidencias estadísticas lo bastante significativas (95%) como para mantener el interés científico y educativo por esta línea de investigación en el futuro

Designing a cyber-physical robotic platform to assist speech-language pathologists

This research focused on the development of a cyber-physical robotic platform to assist speech-language pathologists who are related to articulation disorders in education environments. The first goal was the design and development of the system. The second goal was the qualitative initial validation of the platform with robotics and mobile device functionalities drawing on the participation of real patients and speech-language pathologists (SLP). The research method is based on qualitative data. The first phase was the application of engineering requirements and agile techniques to build the robotic system. The second phase was to execute test sessions of the robotic platform with speech-language pathologists supervision and analyzing the experience of real male and female patients collecting data by in-depth interviews and video recordings at Heredia Special Education Center in Costa Rica. The practical approach of the cyber-physical platform has preliminarily support. Testing with SLPs and 3 other older individuals suggests that it may become a useful tool to assist professionals in the treatment of some types of articulation disorders. The time savings and data collection possibilities should be included in future investigations of efficacy