Mensch-Roboter Interaktion: Design, Implementierung und Nutzung eines humanoiden Roboters als individuellen Gesprächspartner

Gegenwärtig nimmt die Bedeutung der Interaktion zwischen Menschen und sozialen Robotern fortwährend zu. Der Einsatz von sozialen Robotern verbreitet sich immer mehr, im Gesundheitsbereich, im Bildungsbereich, in Hotellerie und Gastronomie, in Shopping Malls, in der Industrie und im Haushalt. Mögliche Einsatzfelder sind u.a. die Information sowie die Aktivierung von älteren Personen, der Support in pflegenahen Dienstleistungen, die Förderung von Kindern und Jugendlichen z.B. mit autistischen Krankheitsbildern, die Hausaufgabenbetreuung bzw. generell die Wissensvermittlung im Aus- und Weiterbildungsbereich oder der Empfang und die Begleitung von Besucherinnen und Besuchern in Firmen, Organisationen oder Einkaufszentren. Trotz der vielen Potenziale, die solche Roboter mit sich bringen, sind jedoch auch zahlreiche Herausforderungen mit deren Einsatz verbunden. Beispielsweise weisen erste Studien mit menschlichen Probanden eine geringe Akzeptanz der Roboter bei den Menschen auf. Um die Akzeptanz zu erhöhen, besteht eine zentrale Herausforderung darin, die Roboter bezüglich Sprache, Mimik, Gestik und Optik so zu konfigurieren, dass Sie den Bedürfnissen der Nutzer gerecht werden. Dies soll das übergreifende Ziel des vorliegenden Projektes sein. Hierzu soll ein lernender Algorithmus entwickelt werden, der Furhat in die Lage versetzt, sich an die Besonderheiten der menschlichen Gesprächspartner*innen zu erinnern und sich diesen anzupassen. 

Die forschungsleitende Frage des Projektes ist: Wie kann Furhat Personen kennenlernen und sich an diese erinnern? 

Zu diesem Zweck soll mit dem sozialen humanoiden Rotoberkopf Furhat gearbeitet werden, der vom schwedischen Unternehmen Furhat Robotics entwickelt wurde und vertrieben wird. Der Furhat ist ein Roboterkopf ohne Gliedmaße mit einem auf die Innenseite projizierten Gesicht, bei dem die äußere Erscheinung wie die Hautfarbe, die Position der Augenbrauen und das Make-up angepasst werden kann. Der Furhat Roboter realisiert dadurch sanfte Gesichtszüge und kann sich durch natürliche Bewegungen wie Kopfschütteln und Kopfnicken direkt an einem Gespräch beteiligen. Mit einer modernen Spracherkennung, einem fortschrittlichen Konversationssystem sowie einer automatisierten Lippensynchronisation werden ausdrucksstarke Charaktere geschaffen. 

Zunächst steht der Furhat den Studierenden als Rohversion zur Verfügung. Dieser soll in einem ersten Schritt anhand eines praktischen Szenarios (Use Case) konfiguriert und interaktionsfähig gemacht werden. Im zweiten Schritt sollen regelmäßige Interaktionen mit menschlichen Probanden durchgeführt werden, z.B. wöchentliche Treffen. Mit Hilfe des maschinellen Lernens soll Furhat im Zuge der gemeinsamen Treffen eine Gesprächshistorie aufbauen und sich so an vergangene Gespräche mit bestimmten Personen erinnern können. Hierzu soll ein lernender Algorithmus entwickelt werden, der es Furhat ermöglicht, sich an sein jeweiliges Gegenüber, dessen Sprache, Mimik, Gestik, Vorlieben und Gesprächsinhalte zu erinnern und diese wieder abrufen zu können. Furhat soll demnach die Fähigkeit entwickeln, als "Gesprächspartner" für Menschen an Informationen und Ergebnisse vergangener Gespräche anzuknüpfen und diese weiterzuführen. Dies kann an einem praktischen Szenario (Use Case), bei dem eine gemeinsame Aufgabe zwischen Mensch und Furhat über mehrere Gesprächstermine hinweg gelöst werden soll, erfolgen. Begleitend dazu wird mit Hilfe von Interviews und Beobachtungen die Mensch-Roboter Interaktion aus menschlicher Perspektive untersucht.

1. Der als Rohversion bereitgestellte humanoide Roboterkopf Furhat wird anhand eines praktischen Szenarios (Use Case) konfiguriert und interaktionsfähig gemacht.
2. Ein lernender Algorithmus wird entwickelt, der es Furhat ermöglicht, im Zuge regelmäßig stattfindender Interaktionen mit bestimmten Personen im Zuge des unter 1. entwickelten Use Case sich an sein jeweiliges Gegenüber, dessen Sprache, Mimik, Gestik, Vorlieben und Gesprächsinhalte zu erinnern. 
3. Mit Hilfe von Interviews und Beobachtungen zu den stattgefundenen Interaktionen wird die Mensch-Roboter Interaktion aus menschlicher Perspektive untersucht.

Bezug zum Thema Data Science

Es wird ein lernender Algorithmus entwickelt.

Der Roboterkopf Furhat und die notwendige Software, um den Roboter zu programmieren wird den Studierenden zur Verfügung gestellt.

Erstes Semester: Erstellung eines Forschungsexposés ist Prüfungsleistung.

Zweites Semester: Erstellung eines Papers, das einen Überblick über das jeweilige Forschungsgebiet gibt, ist Prüfungsleistung.

Drittes Semester: Erstellung eines Papers, mit ersten quantitativen Ergebnissen ist Prüfungsleistung. Viertes Semester: Masterarbeit und Kolloquium

Zwingend: Programmierkenntnisse, vorzugsweise in Python

Optional: Kenntnisse im Durchführen von sozialwissenschaftlichen Studien (z.B. Durchführung von Interviews)

• Erprobung eines humanoiden Roboters
• Verfahren der künstlichen Intelligenz zur Problemlösung 
• Mensch-Roboter-Interaktion