Soziale Roboter und soziale Räume : eine Affordanz-basierte Konzeption zum rücksichtsvollen Handeln

Abstract

Wenn autonome Akteure wie Menschen und Roboter im realen Raum Handeln, dann können unterschiedliche Typen räumlicher Konflikte entstehen, die daraus resultieren, dass Handlungen Raum besetzen. Um Konflikte dieser Art zu verhindern, müssen soziale Roboter die Fähigkeit besitzen, Rücksicht auf die Handlungen von Menschen und von anderen Robotern zu nehmen. Es wird eine Konzeption vorgelegt, nach der soziale Roboter Wissen über die räumlichen Bedürfnisse ihrer Handlungen sowie der Handlungen anderer Akteure repräsentieren. Diese Repräsentationen können unter Verwendung von Wissensverarbeitungsverfahren genutzt werden, um autonom Handlungen unter Rücksichtsnahme auf die Bedürfnisse anderer Akteure, insbesondere Menschen, zu planen. Soziale Roboter werden auf diese Weise zusätzlich in die Lage versetzt, ihre Handlungen in transparenter Form Menschen gegenüber zu begründen. Aufbauend auf sozial-wissenschaftlichen Modelle sozialer Interaktion zwischen Menschen werden vier Typen sozialer Räume, der persönliche Raum, der Aktivitätsraum, das Territorium und der soziale Affordanzraum, einheitlich formalisiert. Als gemeinsames Fundament dient die Struktur des funktionalen Affordanzraumes, der die räumlichen Voraussetzungen zur Ausführung von Handlungen abbildet. Der soziale Affordanzraum als funktionaler Affordanzraum, dessen Nutzung erwartbar ist, wird im Rahmen dieser Arbeit erstmals für die soziale Robotik beschrieben. Methodisch bedient sich die Arbeit eines klassischen Ansatzes der Künstlichen Intelligenz, indem ein Inventar von Konzepten und Relationen identifiziert wird, das verwendet werden kann, um sozio-räumliche Umgebungen formal zu beschreiben. Zur Modellierung der sozialen Aspekte des rücksichtsvollen räumlichen Handelns werden Prinzipien formuliert, durch die die Vor- und Nachteile von Handlungsalternativen explizit werden, so dass Abwägungen getroffen und Begründungen und Entschuldigungen formuliert werden können. Das Problem, eine Handlung in sozialen Räumen zu platzieren, wird auf ein bipolares, qualitatives Entscheidungsproblem reduziert und gelöst. Die Affordanz-basierte Konzeption sozialer Räume wird anhand von Studien aus der Mensch-Roboter-Interaktion evaluiert. Die Evaluation demonstriert, dass die Affordanz-basierte Konzeption sozialer Räume den Kontext der Studien adäquat reformulieren kann und so soziale Roboter befähigt, autonom in Einklang mit empirischen Resultaten über sozio-räumliche Aspekte der Platzierungsplanung zu räsonieren und entsprechend zu agieren.

If autonomous agents like humans and robots act in physical space, several types of conflicts can occur that result from the fact that actions occupy space. To avoid such conflicts, social robots must have the capacity to consider the actions taken by other robots and by humans. This thesis proposes a conceptual framework which can be used to specify knowledge about spatial needs of activities thus enabling social robots to represent and reason about the spatial needs of their own activities as well as of the activities of others. This kind of knowledge can be processed by knowledge processing procedures like symbolic planning. Moreover, it enables social robots to transparently explain their choice of actions to humans. Based on models from social sciences describing how human activities shape space, four types of social spaces, viz. »personal space«, »activity space«, »territory« and »social affordance space« are formalized. Among these types of social space, social affordance space is a new type of social space which has not gained attention in social robotics until this work. As a common ground to modeling social spaces, the concept of a functional affordance space is proposed which represents the spatial preconditions for the placement of activities. Methodologically, the approach embraces classical Artificial Intelligence by identifying and formally specifying an inventory of concepts and relations to be used to formally describe socio-spatial environments. To model the social constraints of considered activity placement in social spaces, principles of social spatial behaviour are proposed. These principles reflect the positive and the negative aspects of the possibilities for action available in a situation. The social activity-placement problem, i.e., the problem of choosing the most socially adequate placement for an activity, is solved by reduction to the bipolar, qualitative decision problem known in decision theory. The affordance-based conceptualization of social spaces is evaluated by de- monstrating that studies in the field of human-robot interaction can be adequately reformulated enabling social robots to autonomously deliberate and act in accordance to empirical findings.