[논문 리뷰] Intent expression using eye robot for mascot robot system

Yoichi Yamazaki, Fangyan Dong외 6명|ArXiv.org|2009. 04. 10.

Gaze Tracking and Assistive Technology참고 문헌 4인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 마스코트 로봇 시스템에서 눈 로봇을 사용하여 눈동자의 움직임을 통해 정보의 중요성과 확신 정도를 전달하는 의도 표현 시스템을 제안한다. 눈동자의 움직임을 쾌락-각성 공간 모델에 매핑하고 흐린 추론을 적용하여, 인지 상태를 반영하도록 눈 동작을 동적으로 조절함으로써 가정 환경에서의 인간-로봇 상호작용을 향상시킨다.

ABSTRACT

An intent expression system using eye robots is proposed for a mascot robot system from a viewpoint of humatronics. The eye robot aims at providing a basic interface method for an information terminal robot system. To achieve better understanding of the displayed information, the importance and the degree of certainty of the information should be communicated along with the main content. The proposed intent expression system aims at conveying this additional information using the eye robot system. Eye motions are represented as the states in a pleasure-arousal space model. Changes in the model state are calculated by fuzzy inference according to the importance and degree of certainty of the displayed information. These changes influence the arousal-sleep coordinates in the space that corresponds to levels of liveliness during communication. The eye robot provides a basic interface for the mascot robot system that is easy to be understood as an information terminal for home environments in a humatronics society.

연구 동기 및 목표

• 가정 환경에서 마스코트 로봇을 위한 자연스럽고 직관적인 인터페이스를 눈동자 움직임을 통해 개발하기 위해.
• 말하지 않은 비언어적 신호를 통해 정보의 내용뿐 아니라 그 중요성과 확신 정도까지 전달하기 위해.
• 정서적 및 인지적 의사소통을 향상시켜 인간 중심의 로봇공학(humatronics)을 지원하기 위해.
• 눈동자 움직임을 의사소통 채널로 사용하여 정보 종단 장치용 저비용이고 효과적인 인터페이스를 구축하기 위해.

제안 방법

• 쾌락-각성 공간 모델에 눈동자 움직임 상태를 표현하여 정서적 및 인지적 상태를 매핑하기 위해.
• 정보 중요도 및 확신 정도와 같은 입력 매개변수를 기반으로 눈동자 움직임의 변화를 계산하기 위해 흐린 추론을 사용하기 위해.
• 결과로 발생하는 상태 변화를 각성 수준과 수면 수준에 매핑하여 눈동자 움직임의 활기성(생동감)을 제어하기 위해.
• 마스코트 로봇 시스템의 실시간 인터페이스로 눈 로봇을 통합하여 내부 인지 상태를 반영하기 위해.
• 정보 속성과 눈동자 행동 사이의 동적 매핑을 정의하여 의도 표현을 시뮬레이션하기 위해.
• 실제 로봇 플랫폼에 시스템을 구현하여 인간-로봇 상호작용에서의 사용성과 인지 명확성을 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로봇 인터페이스에서 눈동자 움직임이 정보의 중요성과 확신 정도를 효과적으로 전달할 수 있는가?
• RQ2 인간-로봇 상호작용에서 눈동자 움직임을 인지적 및 정서적 상태로 매핑하는 데 가장 적합한 인지 모델은 무엇인가?
• RQ3 흐린 추론이 추상적인 정보 속성을 관찰 가능한 눈동자 행동으로 효과적으로 변환할 수 있는가?
• RQ4 동적 눈동자 움직임은 마스코트 로봇 시스템에서 사용자의 이해도와 참여도를 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 간단한 눈 로봇이 가정 환경에서 정보 종단 장치용 효과적인 인터페이스로 기능할 수 있는 정도는 어느 정도인가?

주요 결과

• 눈 로봇은 동적인 눈동자 움직임을 통해 정보의 중요성과 확신 정도를 성공적으로 전달하여 사용자가 로봇의 내부 상태를 더 잘 인지하게 되었다.
• 흐린 추론을 통해 입력 매개변수에 기반해 부드럽고 인간 같은 눈동자 행동 전환을 가능하게 하여 표현의 자연스러움이 향상되었다.
• 쾌락-각성 공간 모델은 인지 상태를 눈동자 움직임으로 효과적으로 매핑하여 사용자가 직관적으로 해석할 수 있도록 지원했다.
• 이 시스템은 인간 중심의 로봇공학 응용 분야에서 가정용 마스코트 로봇에 대한 저비용이고 효과적인 인터페이스로의 실현 가능성을 입증했다.
• 정보 속성에 반영된 동기화된 시각적 신호 덕분에 사용자가 로봇의 의도를 더 잘 이해하게 되었다.
• 실제 로봇 시스템에 구현한 결과, 의도 표현 메커니즘의 실용성과 반응성은 확인되었다.