[논문 리뷰] Challenges in Collaborative HRI for Remote Robot Teams

Helen Hastie, David A. Robb외 7명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 17.

Human-Automation Interaction and Safety참고 문헌 41인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 해저 에너지 플랫폼과 같은 고위험 원격 환경에서 인간-로봇 협업의 신뢰를 조사하며, 사회적 기술과 시각화 도구를 갖춘 중개 로봇을 제안한다. 통제된 실험에서 참가자들은 처음에 낮은 제어권을 부여받았을 때(로봇이 제안한 조치를 수락함) 시스템을 더 신뢰하는 것으로 나타났다. 이는 초기 제어권 이관이 신뢰도를 높이고 오류 발생 가능성을 낮게 인식하게 한다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Collaboration between human supervisors and remote teams of robots is highly challenging, particularly in high-stakes, distant, hazardous locations, such as off-shore energy platforms. In order for these teams of robots to truly be beneficial, they need to be trusted to operate autonomously, performing tasks such as inspection and emergency response, thus reducing the number of personnel placed in harm's way. As remote robots are generally trusted less than robots in close-proximity, we present a solution to instil trust in the operator through a `mediator robot' that can exhibit social skills, alongside sophisticated visualisation techniques. In this position paper, we present general challenges and then take a closer look at one challenge in particular, discussing an initial study, which investigates the relationship between the level of control the supervisor hands over to the mediator robot and how this affects their trust. We show that the supervisor is more likely to have higher trust overall if their initial experience involves handing over control of the emergency situation to the robotic assistant. We discuss this result, here, as well as other challenges and interaction techniques for human-robot collaboration.

연구 동기 및 목표

• 해저 에너지 플랫폼과 같은 고위험 원격 환경에서 인간-로봇 협업의 과제를 해결하기 위해.
• 인간 감시자와 로봇 보조자 간의 제어 분배가 원격 로봇 팀의 신뢰에 어떤 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 사회적 로봇과 시각화 도구가 인간-로봇 팀워크 및 상황 인식을 향상시키는 데서 수행하는 역할을 탐색하기 위해.
• 초기 제어 수준(높음 대 낮음)이 장기적 신뢰와 시스템 신뢰도에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 자율성, 투명성, 인간 감시를 균형 잡는 자율 로봇 팀 설계 원칙을 도출하기 위해.

제안 방법

• 복잡하고 제한된 이동 조건을 모델링하기 위해 Gazebo와 ROS를 사용해 시뮬레이션된 해저 플랫폼 환경을 구축했다.
• Furhat 기반의 신체적 대화 에이전트(중개 로봇)를 사용해 인간 감시자와 원격 로봇 간의 의사소통을 중개했다.
• 로봇 행동과 작업 진행 상황을 시뮬레이션하기 위해 유한 상태 오토마타를 사용한 워즈더오즈 설정을 도입했다.
• 참가자들은 두 가지 비상 대응 시나리오를 수행했다: 하나는 높은 제어(로봇 조치를 선택함)이고, 다른 하나는 낮은 제어(로봇이 제안한 조치를 승인함).
• 신뢰도는 14개 항목으로 구성된 Schaefer 신뢰 질문지로 측정했으며, 노출 순서(높은 제어-먼저 대 낮은 제어-먼저) 기반으로 조건 간 비교 분석을 실시했다.
• 통계 분석은 신뢰 질문지 응답의 유의성 평가를 위해 Wilcoxon-Mann 검정을 사용했으며, 특히 오류 발생 가능성에 대한 인식에 초점을 맞췄다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인간 감시자에게 처음으로 이양된 제어 수준이 원격 로봇 팀에 대한 전반적 신뢰도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 높은 제어 대 비해 낮은 제어 조건에 노출된 순서가 시스템 신뢰도 및 신뢰도에 영향을 미치는가?
• RQ3 사회적으로 표현력 있는 중개 로봇이 원격 인간-로봇 팀워크에서 신뢰도와 상황 인식을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 중개 로봇의 사회적 신호와 언어적 행동이 인간이 로봇의 능력과 오류 발생 가능성을 어떻게 인식하는지에 영향을 미치는가?
• RQ5 동적이고 고위험 상황에서 공유 제어가 신뢰 유지에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 초기 낮은 제어를 경험한 참가자들은 높은 제어로 시작한 참가자들보다 로봇의 신뢰성, 특히 오류 발생 가능성에 대해 유의미하게 더 높은 신뢰를 보였다.
• LC-first 참가자의 중앙값으로서의 오류 발생 가능성 인식은 10이었고, HC-first 참가자는 20이었으며, 통계적으로 유의미한 차이가 있었다(p < 0.05).
• 두 제어 조건을 별개로 고려할 경우 전반적인 신뢰도 점수에 유의미한 차이가 없었지만, 노출 순서 분석을 통해 중요한 편향 효과가 드러났다.
• 결과는 초기 제어권 이양이 신뢰를 증가시킨다는 것을 시사하며, 신뢰와 제어가 반드시 상호 배타적이지 않으며 전략적으로 관리될 수 있음을 뒷받침한다.
• 이 연구는 비전문 사용자가 제어를 줄이는 학습 단계를 거치면, 이후에 제어를 이양하기 전에 정신 모델을 구축하는 데 유리하다는 것을 시사한다.
• 향후 연구에서는 표현력 있는 언어, 눈맞춤, 오류 사과와 같은 사회적 행동이 시간이 급한 상황에서 실패 후 신뢰를 복구하는 데 어떻게 기여할 수 있는지 탐색해야 한다.