[논문 리뷰] Trust and Cognitive Load During Human-Robot Interaction

Muneeb Ahmad, Jasmin Bernotat외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 11.

Social Robot Interaction and HRI참고 문헌 34인용 수 21

한 줄 요약

이 연구는 협동적인 '페어 매칭' 게임을 통해 허스키(비인간형)와 페퍼(인간형) 로봇을 사용하여 인간-로봇 상호작용에서 인지 부하, 신뢰도, 인격화의 상호작용을 조사한다. 결과적으로 인지 부하와 신뢰도 사이에 역관계가 있으며, 로봇 유형과 오류 비율에 따라 신뢰 선호도가 변화하는 삼중 상호작용이 관찰되었다. 고오류 비율에서는 페퍼가 더 많은 신뢰를 얻었고, 저오류 비율에서는 허스키가 더 많은 신뢰를 얻었다.

ABSTRACT

This paper presents an exploratory study to understand the relationship between a humans' cognitive load, trust, and anthropomorphism during human-robot interaction. To understand the relationship, we created a \say{Matching the Pair} game that participants could play collaboratively with one of two robot types, Husky or Pepper. The goal was to understand if humans would trust the robot as a teammate while being in the game-playing situation that demanded a high level of cognitive load. Using a humanoid vs. a technical robot, we also investigated the impact of physical anthropomorphism and we furthermore tested the impact of robot error rate on subsequent judgments and behavior. Our results showed that there was an inversely proportional relationship between trust and cognitive load, suggesting that as the amount of cognitive load increased in the participants, their ratings of trust decreased. We also found a triple interaction impact between robot-type, error-rate and participant's ratings of trust. We found that participants perceived Pepper to be more trustworthy in comparison with the Husky robot after playing the game with both robots under high error-rate condition. On the contrary, Husky was perceived as more trustworthy than Pepper when it was depicted as featuring a low error-rate. Our results are interesting and call further investigation of the impact of physical anthropomorphism in combination with variable error-rates of the robot.

연구 동기 및 목표

• 고인지 부하 작업 조건에서 인간-로봇 상호작용(HRI)에서 인지 부하와 신뢰도 간의 관계를 조사하기 위해.
• 인간형(페퍼) 대비 비인간형(허스키) 로봇 설계를 통해 인격화가 협동 과정 중 신뢰도 인식에 미치는 영향을 검토하기 위해.
• 협동 과제 환경에서 로봇의 오류 비율이 신뢰도 평가 및 행동 반응에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 협동 게임이 인간-로봇 상호작용에서 신뢰도를 향상시키고 인지 부하를 감소시키는 데 기여하는지 탐색하기 위해.
• 로봇 유형과 신뢰성의 조절 효과가 다양한 인지 요구 조건 하에서 신뢰 동역학에 어떻게 작용하는지 규명하기 위해.

제안 방법

• 기억력과 협동을 요구하는 '페어 매칭' 게임을 설계하여 고인지 부하 협동 과제를 시뮬레이션하였다.
• 비인간형(기술적 로봇)인 허스키와 인간형(사회적으로 표현력 있는 로봇)인 페퍼의 두 가지 다른 로봇 유형을 사용하여 인격화를 조작하였다.
• 참가자들이 카드 위치를 기억하고 로봇과의 선택을 조율하도록 하여 인지 부하를 유도하였다.
• 통제된 조명 조건 하에서 검증된 온라인 피크 탐지 시스템을 사용하여 동공 확장도를 통해 인지 부하를 측정하였다.
• 상호작용 전후의 신뢰도 평가를 표준화된 설문지를 통해 수집하여 신뢰도 인식의 변화를 평가하였다.
• 로봇의 오류 비율(저오류 대 고오류)을 체계적으로 변화시켜 그 영향이 신뢰도 및 신뢰성 인식에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 협동 과제 중 인간-로봇 상호작용에서 인지 부하는 신뢰도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 인간형 대비 비인간형 로봇 설계를 통해 인격화가 협동 환경에서 참가자의 신뢰도에 영향을 미치는가?
• RQ3 로봇의 오류 비율은 인간-로봇 팀의 신뢰도 인식을 어떻게 조절하는가?
• RQ4 협동 게임을 통해 로봇과 상호작용한 후 신뢰도 평가에 유의미한 변화가 있는가?
• RQ5 로봇 유형, 오류 비율, 그리고 신뢰도 인식 간의 상호작용 효과는 무엇인가?

주요 결과

• 인지 부하와 신뢰도 사이에 유의미한 역관계가 있었으며, 높은 인지 부하일수록 낮은 신뢰도 평가가 내려졌다.
• 로봇의 오류 비율이 낮을 경우 참가자들이 허스키를 페퍼보다 더 많이 신뢰했으며, 이는 신뢰성 있는 비인간형 로봇에 대한 높은 인지 신뢰도를 시사한다.
• 로봇의 오류 비율이 높을 경우 참가자들이 페퍼를 허스키보다 더 많이 신뢰했으며, 이는 인격화된 로봇가 실패 상황에서 더 용인 가능하거나 회복력이 있다고 인식될 수 있음을 시사한다.
• 로봇 유형, 오류 비율, 그리고 신뢰도 평가 간의 삼중 상호작용 효과가 발견되어, 신뢰도가 단지 인격화나 신뢰성의 영향만을 받는 것이 아님을 시사한다.
• 인간-로봇 상호작용 후 신뢰도 평가가 증가했으며, 이는 상호작용 자체가 신뢰도를 향상시킬 수 있음을 시사하지만, 이 효과는 로봇 유형 간에 유의미하게 다를 바가 없었다.
• 참가자 간 상호작용 스타일의 개인적 차이가 관찰되었으며, 일부 참가자는 로봇에 크게 의존했고, 일부는 로봇을 상담자로 활용했고, 일부는 완전히 무시하기도 하여, 개인화된 인간-로봇 상호작용 설계의 필요성을 강조한다.