Emotion Output We want to build robots that engage in meaningful social exchanges with humans Cinthia Breazel Marco de Vito 28. Februar 2006.

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1 Emotion Output We want to build robots that engage in meaningful social exchanges with humans Cinthia Breazel Marco de Vito 28. Februar 2006

2 Emotion Output Folie 2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Theoretischer Ansatz Design des Modells Roboter-Hardware Kismet

3 Emotion Output Folie 3 Emotion Output Industrieroboter längst Standard Heute eingesetzte Roboter dumm Zukunft: autonome Robotik Retter im Strassenverkehr, Geländeroboter, Inspektion von Abwasserkanälen Unterhaltungsindustrie: Roboter als Spielgefährte? Urteilsvermögen, Wahrnehmungs- und Lernfähigkeit und Emotionen Forschung in Erkennung und Ausgabe von Emotionen noch in den Kinderschuhen

4 Emotion Output Folie 4 Cynthia Breazel Cynthia Breazeal Massachussets Institute of Technology Artificial Intelligence Laboratory http://www.ai.mit.edu/projects/human oid-robotics-group/kismet A Motivational System for Regulating Human-Robot Interaction Infant-Like Social Interactions between a Robot and a Human Caretaker Journal: National Conference on Artificial Intelligence, 1998

5 Emotion Output Folie 5 Inhaltsverzeichnis Einleitung Theoretischer Ansatz Design des Modells Roboter-Hardware Kismet

6 Emotion Output Folie 6 Das Modell basiert auf Interaktion zwischen Erwachsenen und Kleinkindern Fokus auf Mensch-Roboter Interaktion Autonomer Roboter der in sozialem Kontext Lernfähig ist Ansatz an Erwachsenen-Kind Interaktion angelehnt: Wie lernen Kinder mit Erwachsenen zu kommunizieren? Erwachsene agieren als Betreuer für Kind Erwachsene helfen Kindern neue Fähigkeiten zu lernen und ihre Auswirkung auf die Umwelt einzuschätzen Lernen basiert auf Interaktion Kind lernt wie er Erwachsene manipulieren kann um seine eigene Bedürfnisse zu befriedigen

7 Emotion Output Folie 7 Erwachsenen-Kleinkind Interaktion Emotionen und Antriebe spielen beim Kind eine wichtige Rolle für Interaktion mit Betreuer Kleinkind lernt neue Verhaltensweisen aus Ergebnissen der Interaktion Kind sucht nach Verhalten die den Betreuer dazu bringen die eigenen Bedürfnisse zu befriedigen Emotionaler Zustand des Kleinkinds verrät Bedürfnisse und hilft Betreuer Interaktion zu regulieren Das Design des Robotersystems soll eine analoge Interaktion zwischen Mensch-Roboter ermöglichen Das System beinhaltet somit Antriebe, Emotionen und dazugehörige Gesichtsausdrücke Diese Komponenten interagieren miteinander um eine sich gegenseitig regulierende Interaktion zwischen Mensch- Roboter aufrecht zu erhalten

8 Emotion Output Folie 8 Inhaltsverzeichnis Einleitung Theoretischer Ansatz Design des Modells Roboter-Hardware Kismet

9 Emotion Output Folie 9 The overall system

10 Emotion Output Folie 10 Informationsübergabe im System erfolgt mit Transducers Agent-Basierte Architektur Rechenprozesse mit Transducer modelliert Transducer: Gerät, das ein Typ Energiequelle in einen anderen Typ umwandeln kann (Wikipedia) Transducer bekommt Inputs und berechnet je nach Anzal der Inputs und Gewichtung Aktivierungsenergie Gewichtung Positiv oder Negativ (erregend, hemmend) Prozess wird aktiviert wenn eine Reizschwelle überschritten wird Bei Aktivierung: Spezielle Rechenoperationen, Aktivierung oder Hemmung anderer Bereiche, Auslösung eines Verhaltens Alle Antriebe, Emotionen, Wahrnehmungsprozesse, Motorische Fähigkeiten haben einen eigenen Transducer mit individueller Gewichtung

11 Emotion Output Folie 11 The Drive Subsystem (Antrieb) Allgemein: Beinflusst die Wahl des Verhaltens Beeinflusst den emotionalen Zustand des Roboters Lernkontext Homöostatische Natur Aufrechterhaltung der Werte für den Antrieb ist ein endloser Prozess

12 Emotion Output Folie 12 Das Modell beinhaltet(e) vier Antriebe Social Drive Stimulation durch andere Personen Lonely (sucht Kontakt) vs. Asocial (meidet Kontakt) Stimulation Drive Stimulus kann extern oder intern (spontaneous self-play) ausgelöst werden Bored vs. Confused Security Drive Antizipation der Effekte der Interaktion Anpassung des Modells wenn Interaktion nicht erwartungsgemäss verläuft Secure vs. Insecure Fatigue Drive Wärend des Lernens wird der Roboter müde Konsolidierung des gelernten (internal housekeeping)

13 Emotion Output Folie 13 The overall system

14 Emotion Output Folie 14 The Emotion Subsystem Allgemein: Steuert die motorische Ausgabe (Facial Expression) Wichtig für den persönlichen Kontakt mit den Personen Bedürfnisse des Roboters werden sichtbar Grobe Analogien zu den Menschen durch Gesichtsausdrücke Emotionen sind immer aktiv, aber erst beim überschreiten einer Reizschwelle sichtbar Einzelne Emotionen abgestuft auf einem Kontinuum Um Konflikte zu vermeiden schliessen sich kompatible Emotionen gegenseitig aus Facial Expressions: Gesichtsausdrücke für jede Emotion

15 Emotion Output Folie 15 Das Modell beinhaltet acht emotionale Zustände Zorn, Ekel, Angst, Freude und Traurigkeit Überraschung: Kinder sind überrascht wenn eine bekannte Handlung anders als erwartet abläuft Interesse & Aufregung: Eltern nutzen Interesse und Aufregung der Kinder um Interaktion zu regulieren Pain: Schmerzen entstehen wenn die Intensität der wahrgenommenen Signale (Licht, Töne) zu stark ist Menschen: Neurochemische, Sensorische, Motivationale und Kognitive Auslöser Hier: Antriebe, andere Emotionen und sensorische (Pain)

16 Emotion Output Folie 16 Die emotionalen Zustände sind vom Antrieb abhängig Antriebe: Werte können innerhalb, über oder unter den normalen Parameter liegen Für jede Kombination der Antriebe (Social, Stimulation etc.) gibt es einen anderen emotionalen Zustand und somit einen anderen Gesichtsausdruck Gesichtsausdrücke verraten welcher Antrieb ausserhalb der Parameter liegt Antriebe in normalen Parameter: Freude / Interesse Antriebe ausserhalb der Parameter: Zorn / Traurigkeit Gleiche Art der Interaktion kann verschiedene emotionale Zustände auslösen

17 Emotion Output Folie 17 The overall system

18 Emotion Output Folie 18 The Behaviour Subsystem Antriebe können sich nicht selber regulieren - sie werden durch entsprechendes Verhalten reguliert Roboter jederzeit motiviert das Verhalten zu zeigen, das Antriebe reguliert Für das Ausführen des Verhaltens, das die Antriebe reguliert können mehrere andere Verhalten nötig sein Jedes Verhalten ist ein zielgerichteter Prozess Grösster Input kommt aus Antrieben

19 Emotion Output Folie 19 Das System beinhaltet vier regulierende Verhalten Play with People (Face-to-Face Interaktion) Bewegt den Antrieb social Drive gegen das ungesellige Ende des Spektrums (Lonely vs. Asocial) Verlangen nach Interaktion wird stärker je näher der Antrieb social Drive bei Lonely ist Play with Toys Bewegt den Antrieb Stimulation Drive in Richtung confused (Bored vs. Confused) Verlangen wird stärker je näher der Antrieb Stimulation bei Bored ist Expectation Violation Bewegt den Antrieb Security gegen das unsichere Ende Verlangen wird stärker je näher der Antrieb am gelangweilten Ende ist Sleep Reguliert den Antrieb Fatigue Motivational Reboot

20 Emotion Output Folie 20 The Motor Subsystem Für jeden emotionalen Zustand gibt es einen entsprechenden Gesichtsausdruck Die Intensität des Gesichtsausdrucks variiert je nach Stärke der Emotion Low Level Face Motor: Kopfbewegung, Blinzeln usw. Überrascht Traurig

21 Emotion Output Folie 21 Inhaltsverzeichnis Einleitung Theoretischer Ansatz Design des Modells Roboter-Hardware Kismet

22 Emotion Output Folie 22 Die Hardware von Kismet Vision System: Active Stereo Vision System Color CDD Camera 5.6mm focal length Motor System: Motorola 68332-based Microcontrollers Auditory System: Wireless microphone MIT - Spoken Language Systems Group Vocalization: Articulatory Synthesizer DECtalk v4.5

23 Emotion Output Folie 23 Inhaltsverzeichnis Einleitung Theoretischer Ansatz Design des Modells Roboter-Hardware Kismet

24 Emotion Output Folie 24 Kismet in einer Unterhaltung

25 Emotion Output Folie 25 Danke für eure Aufmerksamkeit