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エージェントを用いた環境知能システムのデザイン(小野 哲雄)

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背景と概要:
 ヒューマンエージェントインタラクションとは?
 ロボット研究の背景と現状、将来像
私が関わってきたロボット研究:
 コミュニケーションロボットの実装とフィールド実験
 ソフトウェアロボット(エージェント)の実現
 アンドロイドロボットの実現と評価
 肩のりロボットによる遠隔地コミュニケーションの支援
環境知能システムのデザイン:
 複数ロボットの共同注視を用いた注意誘導システム
 社会的関係性に基づく文脈適応的インタフェース

Published in: Engineering
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エージェントを用いた環境知能システムのデザイン(小野 哲雄)

  1. 1. エージェントを用いた 環境知能システムのデザイン 北海道大学 大学院情報科学研究科 ヒューマンコンピュータインタラクション研究室 小野哲雄
  2. 2. 2 北大のキャンパスは広い!
  3. 3. 本日の講演予定
  4. 4. 5 今日の講演予定  背景と概要:  ヒューマンエージェントインタラクションとは?  ロボット研究の背景と現状、将来像  私が関わってきたロボット研究:  コミュニケーションロボットの実装とフィールド 実験  ソフトウェアロボット(エージェント)の実現  アンドロイドロボットの実現と評価  肩のりロボットによる遠隔地コミュニケーション の支援  環境知能システムのデザイン:  複数ロボットの共同注視を用いた注意誘導システ ム
  5. 5. 6 ロボットの将来像  近い将来、ヒューマノイドロボットが人間に交じって 、街中を歩く姿が普通に見られるようになる?!  人間社会に参加するロボットにはどのような機能が必 要となる?  社会参加型ロボットの動作機構やソフトウェアシステ ムを考えてみよう!
  6. 6.  ヒューマンエージェントインタラクショ ン( HAI )とは、人間とエージェント (ロボット)間のインタラクション設計 に関する新しい研究分野
  7. 7.  人間とエージェントが上手くつきあっていくにはどう すればよいか?  人間がエージェントに飽きないようにするにはどうす ればよいか?  人間がエージェントをどのように感じるか?  人間(社会)にエージェントが受け入れられるために は,どうすればよいか?  人間と協調作業するエージェントは実現可能か?  エージェントが人間に合わせるべきか,逆に人間が エージェントに合わせるべきか?  エージェントを介した人間同士の豊かなコミュニケー ションはどのように実現できるか?  家電をエージェント化すると何が起こるか?  
  8. 8. 9 ロボット研究の概要
  9. 9. 10 機械工学・制御理論に基づくロ ボット  「工場型ロボット」  自動車の組み立てライン、工作機械など  制御理論:  数学的に記述可能  環境は変わらない  決められた動作のみ行う  人間とのコミュニケーションは不要
  10. 10. 11 近年のロボット研究  「社会参加型ロボット」 • 環境は動的に変化する • 自分で判断することが必要(自律性) • 臨機応変の動作が必要 • 数学的に記述できない(フレーム問題) • 人間とのコミュニケーション必要
  11. 11. 12 現在行われているロボット研 究  認知発達ロボティクス: Infanoid (NICT)  感情を表現できるロボット: Kismet (MIT)  会話に参加できる社会ロボット: Robita ( 早稲田 大 )  コミュニケーション指向ロボット: Robovie (ATR)
  12. 12. 私が関わってきた ロボット研究
  13. 13. ロボットに研究を紹介してもらお う! 認知システム キーワード: HRI 、身 体性、同期現 象、 entrainment 、計算知 能、コミュニケーション 社会システム キーワード: 模倣、 Meme 、伝播、マルチ エージェント、実験 インタラクティブシス テム キーワード: HAI 、 ITACO 、インタ フェース、エージェント、 アンビエント、ベイジアン ネット アンドロイドサイエ ンス キーワード: アンドロ イド、遠隔存在感メディ ア、脳科学、認知科学、 ロボット工学
  14. 14. 15 これまでの研究の紹介 私が関わってきたロボット研究: 1. コミュニケーションロボットの実装とフィー ルド実験 2. ソフトウェアロボット(エージェント)の実 現 3. アンドロイドロボットの実現と評価 4. 肩のりロボットによる遠隔地コミュニケー ションの支援
  15. 15. 16 もう少しわかりやすく言うと.. .  私が関わってきたロボット研究: 1. 『鉄腕アトム』を作りたい! 2. 『ピョン吉』(ど根性ガエル)を作りた い! 3. 人にそっくりの『アンドロイド』を作り たい! 4. 『チャッピー』(宇宙少年ソラン)を作 りたい!
  16. 16. 17 実際に研究で用いたロボット
  17. 17. 18 『鉄腕アトム』を作りたい! コミュニケーションロボッ トの 実装とフィールド実験
  18. 18. 19 コミュニケーションロボットの動作機 構
  19. 19. コミュニケーション指向ロボッ ト Robovie R3
  20. 20. 21 コミュニケーションロボットの ソフトウェアとセンサシステム
  21. 21. コミュニケーションロボットの 応用: 認知システムの研究
  22. 22. 認知システムの研究(1)  共創対話のモデル  目的:コミュニケーションにおける情報伝達のメカニズ ムを解明  提案:同調的な身体動作(模倣)によりボトムアップに 構築される情報伝達のモデルを提案  考察:ロボットが人間社会に参加する際の「身体性」の 重要さ
  23. 23. 認知システムの研究(2)  共創対話のモデル     同調的な身体動作を基礎として、ボトムアップに構 築される情報伝達(共創)のモデル  共有視点   正確な情報の伝達・・・ (1)  構築された関係   共有視点の獲得・・・ (2)  同調的な身体動作   関係の構築・・・ (3)
  24. 24. 認知システムの研究(3) ロボット身体動作なし      人:身体動作なし、情報:伝わらない ロボット身体動作あり      人:身体動作あり、情報:伝わる  道案内実験: ロボットから人への情報伝達
  25. 25. 認知システムの研究(4) MCS を用いたリアルタイム の同調的な身体動作(模倣) 発話の円滑化 発話が円滑ではない  道案内実験: 人からロボットへの情報伝達
  26. 26. 認知システムの研究(5):脳活動 計測  方法:光トポグラフィ  近赤外光を照射・計測  大脳皮質の神経活動(頭部30 mm )  血中の酸化・還元ヘモグロビン測定(80 0 nm )
  27. 27. 28 まとめ(1):『鉄腕アトム』を作り たい!  人間社会に参加するロボットに必要な機 能  自然言語による対話能力  身体に根差したコミュニケーション能 力(「身体性」)
  28. 28. 29 『ピョン吉』を作りたい! ソフトウェアロボット (エージェント)の実現
  29. 29. エージェントを用いた環境知能システ ム ITACO システム(1)
  30. 30. エージェントを用いた環境知能システ ム ITACO システム(2)
  31. 31. エージェントの研究(1)  ITACO プロジェクト  目的:人と人工物の間に新しい関係を構築⇒人の日常生活を支 援  要点:ユーザの選好、趣味、価値観を理解しているエージェントが環 境内にあるさまざまなメディアに移動( migration )することにより、 ユーザに対して、文脈に応じた適切な支援を行う       [ ビデオ ]
  32. 32. エージェントの研究(2)  エージェントのソフトウェア構造の概要( 3 層構 造)  Agent Personality (AP): ユーザに関連した知識、学習機構、発 話認識機構など上位の処理システム  Agent Core (AC): ユーザ情報とその場所の情報を統合し、 エージェントの行動などを生成するシステム  Agent Shell (AS): 物理デバイスの制御、センサからの情報取 得
  33. 33. エージェントの研究(3)  インタラクション実験  目的:人と人工物の間に新しい関係を構築⇒被験者 の行動にどのような変化が表れるだろうか?
  34. 34. 35 まとめ(2):『ピョン吉』を作りた い!  人間社会に参加するロボットに必要な機 能  擬人化されやすい外観  ユーザと「関係性」を構築する能力
  35. 35. 36 『アンドロイド』を作りたい! アンドロイドロボット の実現と評価 ( with 阪大、 ATR )
  36. 36. 37 アンドロイドロボット(5)
  37. 37. アンドロイドサイエンスの研究(6)  トータルチューリングテストにおいて、 ”“不気味の谷 をいかに超えるか?
  38. 38. 39 アンドロイド・サイエンス(1)  人間と酷似したアンドロイドを用いて人 間との関係構築における基本問題を研究 する    ⇒ トータルチューリングテスト
  39. 39. 40 まとめ(3):『アンドロイド』を作 りたい!  人間社会に参加するロボットに必要な機 能  人間とそっくりの外観?  人間と同様の「存在感」?
  40. 40. 41 『チャッピー』を作りたい! 肩のりロボットによる 遠隔地コミュニケーションの 支援 (with 慶應、 ATR)
  41. 41. 42 研究の背景  テレビ電話やビデオチャットの普及   遠 隔地の相手との映像情報を使った対話が可 能  しかし、実際に対面しているときのような相手 の存在感を感じない  向かい合わせのカメラ映像だけでは、相手の状 況を把握することが困難  円滑なコミュニケーションを行ううえで、 遠隔環境と対面環境とでは大きな格差があ る 対面対話     vs.   遠隔対
  42. 42. 43 肩のりロボットのコンセプト  遠隔コミュニケーションのための肩のりロ ボット(アバタ)を提案  操作者の存在感を提示  肩に装着し、視線の共有  表情を変える(擬人化)
  43. 43. 44 肩のりロボットのシステム構成
  44. 44. 45 まとめ(4):『チャッピー』を作り たい!  人間社会に参加するロボットに必要な機 能  「共有感」・「臨場感」(視線、指差 し、雰囲気などの共有)  第三者への「存在感」の提示
  45. 45. エージェントを用いた 環境知能システムのデザイン
  46. 46. 47 環境知能とは?:神の視点、虫の視 点  環境を情報技術によって知能化すること  環境は制御の対象  ハードウェアやデバイスの開発中心  例:ユビキタスコンピューティング、 Ubicomp  知能を支える環境を作ること  主体と環境の一体化  相互作用の中で知能を考える  「認知的インタラクションデザイン学」の 立場
  47. 47. 48 現在進めている研究の概要  “ ” ”めっちゃ感じの悪い ロボット  “関係性  “ ” ”空気を読む ロボット  “社会性   知能を支える環境を作る=環境知能システ ム
  48. 48. 複数ロボットの共同注視を用いた 注意誘導システムの研究
  49. 49. 50 “ ”めっちゃ感じの悪い ロボット (1)
  50. 50. 51 “ ”めっちゃ感じの悪い ロボット (2)
  51. 51. 52 背景と先行研究  環境知能システムをデザインする際の「視 線」の重要性  科学的重要性:共同注視、心の理論( Premack 1978, Baron-Cohen 1985 )  工学的重要性:視線誘導(注意誘導)に注目  先行研究( Hoque 2011 ):  アイコンタクトの後に視線誘導   誘導率の 向上
  52. 52. 53 複数台のロボットによる共同注視  オブジェクトを共同注視する  認識の共 有(注視対象への引き込み)  人を共同注視する  関係の構築(場・コ ンテクストへの引き込み)
  53. 53. 54 実験1:引き込み効果  場への引き込み効果: 1. ロボット 2 体が人工言 語で会話 2. 被験者を共同注視 or 共同注視なし 3. テーブルのオブジェク トを共同注視 4. ロボット 2 体は会話を 継続 共同注視あり条件: オブジェクトを正確に 1.2m 2m 2m 2m 没入感向上
  54. 54. 55 実験1:場への引き込み効果
  55. 55. 56 実験2:同期・非同期の効果  注視対象への引き込み:  ロボット 2 体が{ 同期 | 非同 期 }でオブジェクトを共同注視  被験者は 2 体の見ているオブ ジェクトを推測  結果:  同期した共同注視は正答率 が高い  非同期の方がわかりやすい と回答?
  56. 56. 57 実験2:引き込み効果
  57. 57. 58 まとめ  実験結果:  被験者を共同注視することで没入感  2 体が同期して共同注意   注視対象を正確に 推測  被験者は非同期の方がわかりやすいと感じた  環境知能システムのデザインへの貢献:  「場」への引き込み  視線の誘導
  58. 58. コミュニケーションの「膜」 “ Membrane of Communication” as a Creative Interface based on Social Relationship
  59. 59. Background  Previous studies: Personal space (Hall 1970), Social Space (Sommer 1970)  Definition:  Personal space is the region surrounding a person which they regard as psychologically theirs  Social space is physical or virtual space where people gather and interact  Others:  Autopoiesis (Maturana & Varela 1973, Luhmann 1987, Luigi Luisi 2006)  P-system (Gheorghe 1998) 60 Intimate Space (<0.5m) Personal Space (0.5m – 1.5m) Social Space (1.5m – 3.0m)
  60. 60. Motivation  Robot systems which can recognize social relationship  Interface systems which can support creative communication between human-human “Membrane of Communication” as a Creative Interface based on Social Relationship Inspired by Social Space and Membrane 61
  61. 61. Related Works  Weightless walls and the future office (Takeuchi 2010)  Creates artificial visualized boundary lines projected by LCD in an open-plan office  Cancels noises outside the divided space 62
  62. 62. Outline of Our Proposed System  Our proposed system can  recognize social spaces autonomously without sensors embedded in an environment  support human-robot and human-human communications by augmenting the informational function of the space 63
  63. 63. System (1): Unit of the System 64 Head set Unit = headset + smartphone Voice Distance (RSSI value) Body’s orientation ( Direction sensor )
  64. 64. System (2): Activity of Communication 65 Voice inputs Detect voiced sections Calculate quantity of user A’s voice UserA-UserB Activity of communication UserA-UserB Activity of communication Calculate quantity of user B’s voice Length of overlap period ⇒ activity of communication
  65. 65. System (3):  Exchange information, i.e., activity of communication, distance, body’s orientation, among units using ad-hoc communication 66
  66. 66. System (4): Spreading Activation Model  Recognition of social space using spreading activation model 67
  67. 67. 68 System (5): Video  Personal Space Spreading Activation Model Forming⇒ ⇒ Social Space Personal Space⇒
  68. 68. 69 Application (1): Robotic System  Realization of robot’s context-adaptive behaviors  W/o system ⇒ Not recognize the social space, invades the space  With system recognize the social space, avoids this space⇒
  69. 69. Application (2): Robotic System  Realize that robot can feel the mood  W/o system ⇒ Not detect the activity of communication, interrupt them  With system detect the activity, talk to them when it is low⇒ 70
  70. 70. 71 Application (3): Human-Human Communication  Only in the same social space, they can share the information and activate their conversation using it  Outside the space, a person cannot share it
  71. 71. Discussion & Conclusions (1): Augmented Sociality and Our Research  What is Augmented Sociality?:  “Sociality” is important for the symbiosis between humans and artificial systems  Interactive systems have to recognize the social relations and manage/control it  Contributions of Our Research:  Robots can recognize the social space based on the social relation  Robots can join the communication space feeling the mood  Humans can activate their communication guarding their privacy in the augmented social space 72
  72. 72. Discussion & Conclusions (2)  Limitations:  Robots have not moved in our daily life yet  Smart phone has some limitations: Low abilities of recognition and data communications  Is it possible to use a metaphor of biological membrane”?“  Future Works:  Developing other useful functions for our daily work  Investigating a new proto-type board for mobile device  I don’t know . . . , but I am very interested in Luhmann’s works 73
  73. 73. 74 今日の講演のまとめ  背景と概要:  ヒューマンエージェントインタラクションとは?  ロボット研究の背景と現状、将来像  私が関わってきたロボット研究:  コミュニケーションロボットの実装とフィールド 実験  ソフトウェアロボット(エージェント)の実現  アンドロイドロボットの実現と評価  肩のりロボットによる遠隔地コミュニケーション の支援  環境知能システムのデザイン:  複数ロボットの共同注視を用いた注意誘導システ ム
  74. 74. おわり 75

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