Cómo construir un humanoide que dé abrazos perfectos

por EVAN ACKERMANN

Si hemos aprendido algo en los últimos años, es lo importante que es no dar por sentado el contacto físico. Desafortunadamente, el contacto físico con los humanos es algo que los robots encuentran especialmente difícil y ocasionalmente peligroso, por lo que (todavía) no podemos usarlos de manera segura como un representante para el contacto físico matizado con otra persona. No es solo que los robots sean fuertes y los humanos blandos (aunque ambas cosas son ciertas), es que hay muchas facetas complejas en la interacción humano con humano que los robots simplemente no entienden.

En 2018, escribimos sobre la investigación de Alexis E. Block y Katherine J. Kuchenbecker del Departamento de Inteligencia Háptica del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes en Stuttgart, Alemania, sobre cómo enseñar a los robots a dar buenos abrazos . Durante los últimos años, han continuado esta investigación (junto con los coautores Sammy Christen, Hasti Seifi, Otmar Hilliges y Roger Gassert) y acaban de publicar un artículo que describe la introducción de un nuevo robot abrazador junto con 11 mandamientos que los robots puede seguir para dar abrazos que los humanos podrán apreciar y disfrutar, sin ser aplastados.

Para comprender por qué el aparentemente simple acto de abrazar exige tanto esfuerzo de investigación, la próxima vez que abrace a otra persona, preste mucha atención a lo que está haciendo y a lo que está haciendo, y comenzará a comprender. Los abrazos son interactivos, emotivos y complejos, y dar un buen abrazo (especialmente a alguien que no conoces bien o que nunca has abrazado antes) es un desafío. Se necesita mucha experiencia social e intuición, que es otra forma de decir que es un problema difícil de robótica, porque la experiencia social y la intuición son cosas en las que los robots tienden a no ser buenos. Obviamente, los abrazos robóticos nunca van a suplantar a los abrazos humanos, pero la idea aquí es que a veces es difícil o imposible conseguir la comodidad humana física y, en estos casos, tal vez los robots podrían tener algo útil que ofrecer.

Si hemos aprendido algo en los últimos años, es lo importante que es no dar por sentado el contacto físico. Desafortunadamente, el contacto físico con los humanos es algo que los robots encuentran especialmente difícil y ocasionalmente peligroso, por lo que (todavía) no podemos usarlos de manera segura como un representante para el contacto físico matizado con otra persona. No es solo que los robots sean fuertes y los humanos blandos (aunque ambas cosas son ciertas), es que hay muchas facetas complejas en la interacción humano con humano que los robots simplemente no entienden.

En 2018, escribimos sobre la investigación de Alexis E. Block y Katherine J. Kuchenbecker del Departamento de Inteligencia Háptica del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes en Stuttgart, Alemania, sobre cómo enseñar a los robots a dar buenos abrazos . Durante los últimos años, han continuado esta investigación (junto con los coautores Sammy Christen, Hasti Seifi, Otmar Hilliges y Roger Gassert) y acaban de publicar un artículo que describe la introducción de un nuevo robot abrazador junto con 11 mandamientos que los robots puede seguir para dar abrazos que los humanos podrán apreciar y disfrutar, sin ser aplastados.

Para comprender por qué el aparentemente simple acto de abrazar exige tanto esfuerzo de investigación, la próxima vez que abrace a otra persona, preste mucha atención a lo que está haciendo y a lo que está haciendo, y comenzará a comprender. Los abrazos son interactivos, emotivos y complejos, y dar un buen abrazo (especialmente a alguien que no conoces bien o que nunca has abrazado antes) es un desafío. Se necesita mucha experiencia social e intuición, que es otra forma de decir que es un problema difícil de robótica, porque la experiencia social y la intuición son cosas en las que los robots tienden a no ser buenos. Obviamente, los abrazos robóticos nunca van a suplantar a los abrazos humanos, pero la idea aquí es que a veces es difícil o imposible conseguir la comodidad humana física y, en estos casos, tal vez los robots podrían tener algo útil que ofrecer.

En este documento, recién aceptado en ACM Transactions on Human-Robot Interaction (THRI), Block usó un enfoque basado en datos para desarrollar los mandamientos para abrazar a los robots, basándose en investigaciones también presentadas en la Conferencia de interacción humano-robot de 2021 . A través de una serie de iteraciones de hardware y estudios de usuarios, la plataforma de abrazos robóticos original basada en PR2 (HuggieBot) se reconstruyó por completo y se actualizó a HuggieBot 3.0, que es “el primer robot de abrazos de tamaño humano totalmente autónomo que reconoce y responde a las necesidades del usuario”. gestos intra-abrazo.”

A la izquierda, un robot humanoide con una falda morada, una sudadera gris y guantes grises se encuentra en una oficina.  A la derecha, el robot humano abrazando a una mujer.

HuggieBot 3.0 está construido alrededor de dos brazos Kinova JACO de seis grados de libertad montados horizontalmente en un marco de metal personalizado, en la parte superior de una base horizontal en forma de V que facilita que los humanos entren bien y cerca. Los brazos están acolchados y los efectores finales tienen guantes. Colocados sobre el marco hay paneles del pecho y la espalda hechos de cámaras llenas de aire que brindan suavidad y detección de presión, y hay una almohadilla térmica en la parte superior de cada cámara de aire para asegurarse de que el robot esté agradable y cálido.

Un torso de robot humanoide con brazos robóticos expuestos, un monitor para una cabeza con una cara sonriente, cámaras infladas y almohadillas térmicas en el torso.

Cuando HuggieBot detecta a un usuario en su espacio personal, abre los brazos e invita al usuario a abrazarlo. Según la altura y el tamaño del usuario, el robot hace todo lo posible para colocar sus brazos de manera adecuada, incluso asegurándose de que las articulaciones de sus muñecas estén orientadas para mantener el contacto del efector final lo más plano posible. El robot, al ser un robot, te abrazará hasta que estés completamente abrazado, pero soltar tu abrazo o comenzar a retroceder le indicará a HuggieBot que has terminado y te dejará ir, presumiblemente con cierta renuencia. Pero si quieres otro abrazo, hazlo, porque nunca dos abrazos del robot serán idénticos.

“Abrazar HuggieBot 3.0 es (en mi opinión humilde e imparcial) realmente agradable”, dice el autor Alexis E. Block a IEEE Spectrum . “No estamos tratando de engañar a nadie diciendo que se siente como abrazar a una persona, porque no es así. Estás abrazando a un robot, pero eso no significa que no pueda ser agradable”.

Parte de hacer que los humanos disfruten de los abrazos implica el uso de gestos dentro del abrazo, cuyo desarrollo y prueba es una de las principales contribuciones del nuevo artículo. Los gestos intraabrazo son las cosas que haces con los brazos y las manos en medio del abrazo, y aunque es posible que no siempre seas consciente de que los estás haciendo, pueden incluir cosas como frotar suavemente, dar palmaditas o apretar.

Un gráfico que muestra los movimientos de sostener (permanecer quieto), frotar (moverse verticalmente), palmaditas (golpecitos en la espalda) y apretar (apretar) que son análogos a estos movimientos realizados por un humano

El gesto de “fondo” del abrazo es un abrazo, pero (y definitivamente deberías intentarlo en casa), simplemente hacer un abrazo estático prolongado definitivamente hará que un abrazo se sienta un poco robótico. Los abrazos humanos implican gestos adicionales y HuggieBot ahora está equipado para esto. Es capaz de clasificar los gestos que hace el humano y responder con gestos propios, aunque (para evitar ser demasiado robótico) esos gestos no siempre son directamente recíprocos, y en ocasiones el robot los iniciará de forma independiente. Si bien la versión actual de HuggieBot solo puede frotar, acariciar o apretar, las versiones futuras también pueden realizar otros gestos intraabrazo, como inclinarse o incluso hacer cosquillas, si te gusta eso.

Aquí están los 11 mandamientos que sigue HuggieBot 3.0:

  1. Un robot abrazador debe ser suave.
  2. Un robot abrazador será cálido.
  3. Un robot abrazador debe tener un tamaño similar al de un humano adulto.
  4. Cuando un robot que abraza es el que inicia la interacción, invitará de forma autónoma al usuario a un abrazo cuando detecte a alguien en su espacio personal. Un robot que abraza debe esperar a que el usuario comience a caminar hacia él antes de cerrar los brazos para garantizar una experiencia de abrazo sincrónica y consensuada.
  5. Un robot abrazador adaptará de forma autónoma su abrazo al tamaño y la posición del cuerpo del usuario, en lugar de abrazar de manera constante.
  6. Un robot que abraza debe detectar de forma fiable y reaccionar ante el deseo de un usuario de liberarse de un abrazo, independientemente de la posición de sus brazos.
  7. Un buen robot para abrazar percibirá la altura del usuario y adaptará las posiciones de sus brazos en consecuencia para ajustarse cómodamente alrededor del usuario en las ubicaciones apropiadas del cuerpo.
  8. Es ventajoso para un robot abrazador detectar y clasificar con precisión los gestos aplicados a su torso en tiempo real, independientemente de la ubicación de la mano del usuario.
  9. A los usuarios les gusta un robot que responde rápidamente a sus gestos de intraabrazo.
  10. Para evitar parecer demasiado robótico y para ayudar a ocultar los errores inevitables en la percepción de los gestos, un robot que se abraza no debe intentar la reciprocidad perfecta de los gestos intraabrazo. Más bien, el robot debería adoptar un paradigma de respuesta de gestos que combine las preferencias del usuario con una ligera variedad y espontaneidad.
  11. Para evocar los sentimientos del usuario de que el robot está vivo y afectuoso, un robot que abraza ocasionalmente proporcionará un contacto social afectivo proactivo y espontáneo al usuario a través de gestos de abrazo.

Los investigadores probaron HuggieBot 3.0 con voluntarios humanos reales que parecían estar perfectamente bien siendo parcialmente aplastados por un robot experimental que los abrazaba. Algunos de ellos parecían no tener suficiente, de hecho:

En general, los participantes del estudio pudieron detectar y clasificar con éxito la mayoría de los gestos intraabrazo de HuggieBot. La gente también apreció los gestos y comentó que ayudaron a que el robot se sintiera más vivo, más social y más realista. Los apretones fueron particularmente populares, y los participantes comentaron que se sentían “más cerca de un abrazo humano real” y les daban “una sensación de seguridad y comodidad”. Curiosamente, algunas personas caracterizaron los abrazos que recibieron del robot de maneras antropomórficas muy específicas, a menudo atribuyendo emociones, cambios de humor y actitudes al robot según su percepción del abrazo. Los abrazos se describieron como “un abrazo reconfortante de una madre”, “un pariente lejano en un funeral”, “recibir un abrazo de lástima de alguien que no quiere” e incluso “abrazar a un amante”. En general,

Es importante tener en cuenta que este no es un estudio “en la naturaleza” de HuggieBot. Se llevó a cabo en un entorno de laboratorio, y todos los participantes se inscribieron específicamente para ser parte de un estudio de abrazos de robots, por lo que fueron compensados. “Esperamos realizar un estudio exhaustivo en la naturaleza para ver cuántas personas comunes estarían y no estarían interesadas en abrazar a un robot”, dicen los investigadores. Idealmente, dicho estudio se llevaría a cabo durante semanas y meses, para ayudar a determinar cuánto del atractivo de HuggieBot se debe simplemente a la novedad, que siempre es un problema potencial para los nuevos robots.

La otra cosa a tener en cuenta es que, como señalan los investigadores, HuggieBot no entiende de ninguna manera lo que significan los abrazos:Reconocemos que la versión actual de nuestro robot no cumple con la meta a la que se aspira en su totalidad de un robot que abraza. Más bien, HuggieBot simula un abrazo de una manera razonablemente convincente, y nuestros datos sugieren que los usuarios disfrutan del abrazo y pueden interactuar con el robot y relacionarse con él como un ser autónomo. Sin embargo, en su estado actual, HuggieBot no tiene un modelo emocional interno similar al de los humanos y, por lo tanto, no es capaz de participar en la experiencia emocional encarnada de un abrazo.

Afortunadamente, los abrazos son tanto una cosa emocional como física, e incluso un robot sin emociones puede usar el contacto físico para tener un impacto tangible y medible en los estados emocionales de los humanos, algo que los investigadores esperan medir de forma cuantitativa. manera.

Ciertamente, no estamos tratando de reemplazar los abrazos humanos, sino de brindar un complemento cuando puede ser difícil o imposible recibir un abrazo de otra persona. —Bloque de Alexis

Hablaremos sobre su trabajo futuro en solo un minuto, pero primero, IEEE Spectrum habló con la primera autora Alexis Block (quien acaba de recibir la Medalla Otto Hahn de la Sociedad Max Planck por su trabajo en HuggieBot ) para obtener más detalles sobre este robot de nueva generación. :

Te preguntamos en 2018 por qué es importante enseñar a los robots a abrazar . Tres años después, ¿cuál cree que es ahora la importancia de esta investigación?

Alexis Block con su robot abrazador

Alexis: Creo que la pandemia de COVID-19 ha hecho que la importancia de esta investigación sea más destacada que nunca. Si bien nunca podríamos haber previsto una situación como la que estamos experimentando actualmente, en 2018 estábamos investigando los abrazos de robots para que algún día pudiéramos brindar el apoyo emocional y los beneficios para la salud de los abrazos humanos a las personas donde sea o cuando sea que lo necesiten. En ese momento, mi asesora Katherine Kuchenbecker y yo pensábamos principalmente en amigos y familiares separados por una distancia física, como cuando estábamos separados de nuestras familias (viviendo en Alemania y nuestras familias viviendo en los Estados Unidos). Antes de la pandemia, nos abrazábamos, chocábamos los cinco y contactábamos socialmente a nuestros amigos y familiares sin pensarlo dos veces. Ahora, muchos de nosotros nos hemos dado cuenta de que el distanciamiento social y la falta de contacto físico resultante pueden dañar nuestro bienestar general. Incluso después de que volvamos a la “normalidad”, algunos miembros de nuestra sociedad pueden ser médicamente más vulnerables y no podrán unirse a nosotros. Creemos que HuggieBot podría usarse como una herramienta para complementar, no reemplazar, los abrazos humanos en situaciones en las que es difícil o incómodo obtener el apoyo que necesita o desea de otra persona.

¿Puede compartir algunos comentarios cualitativos de los participantes del estudio?

En nuestro estudio de validación con HuggieBot 3.0, la duración promedio del abrazo del usuario fue de aproximadamente 25 segundos. A modo de comparación, el abrazo promedio entre humanos es de 2 a 3 segundos. Para recibir los beneficios positivos del toque de presión profunda, los investigadores han descubierto que son necesarios 20 segundos de abrazos constantes entre parejas románticas , y nuestros usuarios, en promedio, abrazaron a nuestro robot durante más tiempo. Dejamos en claro a nuestros usuarios que eran libres de abrazar al robot durante el tiempo que quisieran. Compare abrazar a un extraño o conocido (2 a 3 segundos) con abrazar a una pareja, un amigo o un miembro de la familia (20 segundos).

En promedio, según la duración de cuánto tiempo nuestros usuarios se sintieron cómodos abrazando a nuestro robot, creemos que los usuarios trataron a HuggieBot 3.0 más como un compañero, amigo o miembro de la familia que como un extraño o un conocido. ¡Eso fue impresionante porque nunca antes habían conocido a HuggieBot! En sus cuestionarios de respuesta libre, varios de nuestros usuarios mencionaron que pensaban que el robot era su “amigo” al final del experimento. Creemos que estos resultados hablan de la calidad del abrazo que sintieron los usuarios durante el abrazo; realmente sintieron que estaban abrazando a un amigo, lo cual fue especialmente significativo porque realizamos este estudio durante la pandemia.

¡Muchos participantes parecían muy felices mientras abrazaban al robot! Pero, ¿alguien reaccionó negativamente?

Si bien la mayoría de los usuarios dijeron cosas positivas sobre el robot y su experiencia durante el estudio, dos usuarios aún mencionaron que aunque disfrutaron de la interacción, no entendieron el propósito de un robot que abraza porque sentían que los abrazos humanos son ” insustituible.” Ciertamente, no estamos tratando de reemplazar los abrazos humanos, sino de brindar un complemento cuando puede ser difícil o imposible recibir un abrazo de otra persona.

¿Hay alguna forma en que los abrazos de los robots sean potencialmente superiores a los abrazos humanos?

La razón principal por la que los abrazos de los robots son potencialmente superiores a los abrazos humanos se debe a la falta de presión social. Cuando abrazas a HuggieBot, sabes que estás abrazando a un robot y no a otra persona, y eso es parte de su belleza. No tiene que preocuparse por ser juzgado por necesitar que lo sostengan “demasiado tiempo” o “demasiado apretado”. En cambio, el robot está ahí para apoyarlo a usted y sus necesidades. Muchos usuarios comentaron que se sienten más cómodos abrazando al robot que otras personas porque no tienen que preocuparse por el momento o el juicio que implica abrazar a otra persona.

Es probable que sea el experto más importante del mundo en abrazos de robots. ¿Qué ha aprendido en los últimos años que le haya resultado más sorprendente?

Un resultado sorprendente fue que al investigar cómo debería responder el robot a los gestos de abrazo de los usuarios, inicialmente pensamos que el robot debería imitar los gestos que sentía. Pero, curiosamente, los usuarios expresaron que querían una variedad de gestos en respuesta a los suyos en lugar de reciprocidad uno a uno. Además, explicaron que se sentía superficial y mecánico cuando el robot repetía sus gestos. Sin embargo, cuando el robot respondió con un gesto diferente de un “nivel de inversión emocional” similar, mencionaron sentir que el robot “los entiende y toma su propia decisión”.

Tampoco estábamos seguros de cómo responderían los usuarios a los gestos intraabrazo robóticos proactivos, que es cuando el robot aprieta, acaricia o frota a un usuario que se mantiene inmóvil dentro del abrazo. Nos preocupaba, particularmente con el apretón, que los usuarios se alarmaran por el movimiento espontáneo y pensaran que el robot no funcionaba correctamente. En este caso, nos sorprendió gratamente descubrir que los usuarios realmente disfrutaban de los gestos intraabrazo robóticos proactivos, mencionando que sentían que el robot los estaba consolando en lugar de responder a sus entradas. Además, atribuyeron emociones y sentimientos al robot, diciendo que sentían que el robot se preocupaba por ellos cuando elegía realizar su propio gesto.

En última instancia, si podemos ayudar incluso a unas pocas personas a ser un poco más felices dándoles una forma de abrazar a amigos y familiares que pensaron que no podrían, creo que sería un resultado increíble. —Bloque de Alexis

¿Cómo espera que su investigación se aplique de manera útil en el futuro?

En 2016, cuando Katherine y yo comenzamos este trabajo como mi tesis de maestría en la Universidad de Pensilvania, nos inspiramos porque nuestras familias vivían lejos y las extrañamos. Especialmente dada la pandemia de COVID-19 y el aislamiento resultante, creo que muchas personas ahora entienden de primera mano el efecto significativo que tiene el contacto social con amigos y seres queridos en nuestra salud mental. Espero que en el futuro, esta investigación pueda ser utilizada para ayudar a fortalecer las relaciones personales separadas por una distancia física. En última instancia, si podemos ayudar incluso a unas pocas personas a ser un poco más felices dándoles una forma de abrazar a amigos y familiares que pensaron que no podrían, creo que sería un resultado increíble.

Block ya está probando una versión mejorada de HuggieBot: HuggieBot 4.0 es el mejor robot para abrazar hasta el momento, con un posicionamiento de abrazo mejorado y una mejor técnica previa al abrazo, entre otras actualizaciones. “Con estas mejoras en HuggieBot, finalmente sentimos que teníamos una versión de un robot abrazador que tenía la calidad suficiente para compararlo con abrazar a otra persona”, dice Block. Esta comparación será fisiológica, midiendo si abrazar a un robot puede provocar respuestas físicas similares a abrazar a un humano real y en qué medida. Los investigadores planean “inducir estrés en los participantes voluntarios” (!) y luego proporcionar un abrazo humano activo, un abrazo humano pasivo, un abrazo de robot activo o un abrazo de robot pasivo y usar mediciones periódicas de saliva para medir los niveles de cortisol y oxitocina. Ojalá.

Fuente: https://spectrum.ieee.org/robot-hugs

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