[논문 리뷰] Should a small robot have a small personal space? Investigating personal spatial zones and proxemic behavior in human-robot interaction

Hagen Lehmann, Adam Rojík외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 09. 03.

Social Robot Interaction and HRI참고 문헌 23인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 58cm 키의 NAO 로봇을 사용하여 인간-로봇 상호작용에서 인간이 개인 공간 영역(PSZ)을 어떻게 인지하는지 조사한다. 실시간 RGB-D 카메라를 활용해 25개의 인간 신체 관절을 추적하고, 로봇은 접근 시 시선과 뒤로 기울이는 행동으로 반응한다. 참가자들은 48cm 거리에서 접근하였는데, 이는 인간 크기의 개인 영역(45–120cm) 내에 있지만 로봇 크기에 맞춘 영역(16–42cm) 외부에 위치해 있어 참가자들이 로봇의 크기에 비례해 기대를 충분히 조정하지 않았음을 시사한다. 로봇의 행동은 반응으로 이해되었지만, 종종 부정적인 인상으로 여겨졌다.

ABSTRACT

This paper presents the first study in a series of proxemics experiments concerned with the role of personal spatial zones in human-robot interaction. In the study 40 participants approached a NAO robot positioned approximately at participants' eye level and entered different social zones around the robot (personal and intimate space). When the robot perceived the approaching person entering its personal space, it started gazing at the participant, and upon the intrusion of its intimate space it leaned back. Our research questions were: (1) given the small size of the robot (58 cm tall), will people expect its social zones to shrink by its size? (2) Will the robot behaviors be interpreted as appropriate social behaviors? We found that the average approach distance of the participants was 48 cm, which represents the inner limit of the human-size personal zone (45-120 cm), but is outside of the personal zone scaled to robot size (16-42 cm). This suggests that most participants did not (fully) scale down the extent of these zones to the robot size. We also found that the leaning back behavior of the robot was correctly interpreted by most participants as the robot's reaction to the intrusion of its personal space; however, our implementation of the behavior was often perceived as "unfriendly". We will discuss this and other limitations of the study in detail. Additionally we found positive correlations between participants' personality traits, Godspeed Questionnaire subscales, and the average approach distance. The technical contribution of this work is the real-time perception of 25 keypoints on the human body using a single compact RGB-D camera and the use of these points for accurate interpersonal distance estimation and as gazing targets for the robot.

연구 동기 및 목표

• 소형 로봇의 크기에 비례해 인간이 개인 공간 영역(PSZ)을 축소하는지 조사하기 위해.
• 로봇의 시선 향하기 및 뒤로 기울이기 등의 행동이 공간 침입에 대해 적절한 사회적 반응으로 간주되는지 평가하기 위해.
• 성격 특성과 로봇 인식(고즈풋 설문지 기반)이 HRI에서의 상호작용 거리에 미치는 영향을 탐색하기 위해.
• 단일 RGB-D 카메라를 사용해 실시간으로 상호작용 거리를 추정하고 로봇의 시선 방향을 제어할 수 있는 저비용 시스템을 개발하고 검증하기 위해.

제안 방법

• 실시간으로 인간 신체의 25개 3차원 관절점을 추적하기 위해 단일 소형 RGB-D 카메라를 사용하였다.
• 로봇에 대한 인간의 머리와 가슴의 3차원 위치를 기반으로 상호작용 거리를 추정하였다.
• 로봇은 실시간 거리 감지 기능을 통해 두 가지 행동을 유도하였다: 개인 공간(45–120cm)에 진입할 경우 접근자에게 시선을 향하게 하고, 친밀한 공간(0–45cm)이 침범될 경우 뒤로 기울였다.
• 로봇의 행동은 거리 기준값에 따라 트리거되는 사전 정의된 동작 시퀀스로 구현되었다.
• 실제 상호작용 시나리오에서 40명의 참가자가 눈높이에서 NAO 로봇에 접근하도록 시험하였다.
• 참가자의 성격 특성은 TIPI 설문지로 평가하였고, 로봇에 대한 인식은 고즈풋 설문지로 측정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 로봇의 크기가 작기 때문에(58cm), 사람들이 로봇의 사회적 영역을 크기에 비례해 축소할 것인가?
• RQ2 로봇의 행동—시선 향하기 및 뒤로 기울이기—는 공간 침입에 대해 적절한 사회적 반응으로 간주될 것인가?
• RQ3 참가자의 성격 특성과 로봇에 대한 인식(예: 인간화, 호감도)은 그들의 접근 거리에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 단일 경량 RGB-D 카메라가 정확한 실시간 상호작용 거리 추정과 로봇의 시선 방향 제어를 가능하게 할 수 있는가?

주요 결과

• 참가자들의 평균 접근 거리는 48cm였으며, 이는 인간 크기에 맞춘 개인 영역(45–120cm) 내에 있지만 로봇 크기에 맞춘 영역(16–42cm) 외부에 위치해 있어, 참가자들이 로봇의 크기에 비례해 기대를 충분히 조정하지 않았음을 시사한다.
• 로봇의 뒤로 기울이기 행동은 대부분의 참가자에게 친밀한 공간 침입에 대한 반응으로 정확히 이해되었지만, 자주 부정적인 인상으로 여겨져 행동 설계가 사회적 인식에 영향을 준다는 점을 시사한다.
• 참가자의 고즈풋 설문지에서 인간화와 활성화(Animacy) 척도 점수와 평균 접근 거리 사이에 정적 상관관계가 발견되어, 더 인간다운 인식을 가진 참가자일수록 더 인간다운 공간 행동을 보였음을 나타낸다.
• 참가자의 이전 로봇 경험과 고즈풋 설문지의 호감도 척도 사이에 부정적 상관관계가 관찰되어, 경험 부족한 사용자가 로봇를 더 호감 있게 느꼈다는 점을 시사한다.
• 연령이 많은 참가자들이 더 높은 호감도 점수를 기록하여, 로봇 상호작용에서 연령에 따른 인식 차이가 있음을 나타낸다.
• 본 연구는 단일 RGB-D 카메라와 경량 처리 기반으로 실시간으로 인간의 3차원 신체 관절점을 정확하게 추정하고 상호작용 거리를 실시간으로 추정할 수 있음을 입증하였으며, 이는 반응형 로봇 행동을 가능하게 한다.