Panoramica sulla Robotica emozionale

Panoramica sulla Robotica emozionale
Gianluca Demartini
settembre 2004
2
INDICE
Indice
1 Introduzione
2 Robot sociali
2.1 Le emozioni . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Fondamenti psicologici delle emozioni
2.3 Emozioni artificiali . . . . . . . . . .
2.3.1 L’utilizzo della voce . . . . . .
2.3.2 Espressioni facciali . . . . . .
2.3.3 Liguaggio del corpo . . . . . .
2.3.4 Personalità . . . . . . . . . .
3
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. 9
. 10
. 10
. 11
3 Tecniche implementative
12
3.1 Approccio etologico per robot d’intrattenimento . . . . . . . . 13
3.2 Approccio etologico per robot umanoidi . . . . . . . . . . . . . 15
4 Esempi di Robotica emozionale
17
5 Conclusioni
18
1 INTRODUZIONE
1
3
Introduzione
La narrativa scientifica è piena di esempi di macchine che provano sentimenti.
In “2001 Odissea nello spazio” il computer di bordo lotta contro l’equipaggio della nave spaziale Discovery 1 e prova il terrore della morte. Nel film
“L’uomo bicentenario” Robin Williams interpreta la parte di un robot che
riprogetta i suoi stessi circuiti in modo da poter provare sensazioni alla pari
di un essere umano. [7]
La capacità di provare emozioni è spesso considerata come la principale
differenza tra gli umani e le macchine. Sarebbe quindi un risultato enorme quello poter far provare emozioni ad una macchina, nonchè di darle la
capacità di riconoscere quelle che gli umani provano.
La visione che guida la robotica è quella di produrre: “Macchine che
si possono muovere e lavorare come gli umani, imparare nuovi compiti con
poco o nessun insegnamento, e reagire con sensibilità ai cambiamenti di stato
d’animo dei loro padroni mortali”. [1]
Negli ultimi anni è cresciuto l’interesse verso le reazioni emotive all’interno del ciclo percezione-azione dei robot autonomi. Una delle motivazioni
principali è che un sistema emozionale può introdurre maggiori capacità di
prendere decisioni in modo più veloce e più flessibile [6].
E’ inoltre importante migliorare il modo in cui le persone e i robot interagiscono: i robot devono imparare ad essere utili per essere accettati dalle
persone.
Bisogna chiedersi come interfacciare nel modo migliore degli umani, non
preparati allo scopo, con delle tecnologie altamente sofisticate in modo assolutamente intuitivo, efficiente e piacevole. Man mano che i robot avranno
un ruolo onnipresente nella società, dovrà essere facile per il cittadino medio
usarlo ed interagire con lui. I robot dovranno rivolgersi a persone di differente
età, genere, educazione, ecc. [8]
I robot che dovranno interagire con gli esseri umani avranno l’obbligo di
trasmettere intenzionalità all’utente, il quale dovrà poter essere in grado di
spiegare e predire intuitivamente i comportamente del robot.
Per raggiungere tutti questi scopi, i robot avranno bisogno di comunicare
con gli utenti utilizzando il linguaggio naturale, gesti ed espressioni facciali.
Dovrebbero relazionarsi come degli studenti con i loro insegnanti umani.
Per questo l’insegnamento ai robot potrebbe richiedere un tipo di pazienza
simile a quella che gli adulti hanno nei confronti dei bambini piccoli, quindi,
se i robot assomigliassero di più a dei bambini, le persone potrebbero voler
affezionarsi a loro, proponendogli un insegnamento più spontaneo e simile a
quello che c’è da parte dei genitori verso il proprio figlio.
Tutte queste idee hanno spinto la ricerca nel campo della robotica verso
2 ROBOT SOCIALI
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quella che viene chiamata Robotica Emozionale che, attravertso tecniche ancora non molto evolute, cerca di risolvere dei problemi che si presentano con
gli approcci classici della robotica.
Principalmente lo scopo è quello di ottenere delle espressioni emotive nel
comportamento del robot durante un interazione uomo-robot.
2
Robot sociali
Dall’osservazione di società di insetti sociali sono stati presi diversi spunti, applicati poi alla robotica. Si è visto, in pratica, che queste società di
insetti possono produrre un comportamento emergente complesso, anche se
ogni singolo individuo sembra lavorare per conto proprio. Da queste analisi
sono stati proposti i “Social Robots”, che vengono definiti come agenti, che
godono di un embodiment, che sono parte di un gruppo eterogeneo. Essi sono capaci di riconoscere gli altri, intraprendere interazioni sociali, possedere
una loro storia (data dall’esperienza) ed hanno la possibilità di comunicare
ed apprendere dagli altri agenti del gruppo.
Sappiamo che i robot devono occuparsi di loro fronteggiando problemi
come energia, capacità percettive e reattive limitate. Oltre ad operare in
queste condizioni sfavorevoli, si necessita che il robot possieda l’abilità di
interagire con differenti tipi di individui (robot, umani o altri tipi di agenti).
Vediamo ora alcune caratteristiche dei robot sociali e come le emozioni le
influenzano:
• Gli agenti sono embodied. Vale sia per umani che per animali e robot.
Le emozioni sono presenti sia negli animali che negli umani, e si vuole
aggiungere questa caratteristica anche ai robot.
• Gli agenti sono individui facenti parte di un gruppo eterogeneo. Le emozioni affiancate alle limitate capacità del robot possono essere d’aiuto
nel gestire l’eterogeneità del gruppo.
• Gli agenti possono riconoscere ed interagire con altri prendendo parte
ad interazioni sociali al fine di sviluppare una relazione sociale. L’abilità di distinguere gli agenti è una condizione necessaria al fine di avere
un’interazione intelligente.
• Gli agenti hanno una loro storia. Percepiscono e interpretano il mondo
in base alla loro esperienza. Le emozioni possono rappresentare la storia
passata dell’agente nel senso che le emozioni possono essere associate
ad un livello di attivazione influenzato dalle esperienze passate.
2 ROBOT SOCIALI
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• Gli agenti possono comunicare con gli altri. In questo caso le emozioni
possono essere un’astrazione dello stato corrente e degli obiettivi del
robot, e quindi un modello delle sue intenzioni.
• Gli agenti contribuiscono alle dinamiche di gruppo. E’ importante la
cooperazione ed anche la ridondanza di informazione al fine di migliorare le prestazioni del gruppo.
Una sottoclasse di robot sociali sono quelli definiti come “robot che interagiscono socialmente”. Questo tipo di robot ha le seguenti caratteristiche:
• esprimono e/o percepiscono emozioni
• comunicano con un dialogo di alto livello
• apprendono/riconoscono modelli di altri agenti
• stabiliscono/mantengono relazioni sociali
• usano indizi naturali (gesti, segni, ecc.)
• esibiscono personalità e carattere distinti
• possono apprendere/sviluppare competenze sociali
Senza scendere in dettaglio in tutte queste caratteristiche passiamo solamente all’analisi della caratteristica emotiva di questo nuovo tipo di robot.
2.1
Le emozioni
Negli esseri umani e negli animali tendiamo a dire che questi hanno “comportamenti emotivi” quando osserviamo certe espressioni facciali e vocali, come
ad esempio un sorriso, o quando vediamo dei cambiamenti fisiologici, come
ad esempio sudare. Dato che fin ad ora i computer non posseggono faccia e
corpo, non possono manifestare questi comportamenti.
Le emozioni, che giocano un ruolo importante nei comportamenti umani
quali la comunicazione e l’interazione, sono spesso fortemente legate al contesto sociale in cui l’agente si trova e dipendono fortemente dall’embodiment
di cui l’agente dispone. Naturalmente queste considerazione sono da considerarsi buone per ogni tipo di agente si voglia immaginare, quindi sia per
umani che per robot.
Le emozioni possono, inoltre, agevolare la soddisfazione delle condizioni cruciali per la sopravvivenza del robot. Esse giocano amche un ruolo
importante nella gestione di rapporti sociali all’interno di gruppi.
In sitesi possiamo elencare queste come conseguenze delle emozioni:
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• Le emozioni sono la causa di azioni;
• La cognizione può far scattare le emozioni;
• Le emozioni possono causare azioni espressive;
• Le emozioni possono influenzare propositivamente le azioni;
• Le emozioni possono diventare obiettivi;
• I comportamenti possono influenzare le emozioni.
Ci sono diverse teorie che cercano di descrivere le emozioni. Ad esempio,
una cerca di descrivere le emozioni in termini di categorie discrete all’interno
delle quali un’emozione si può identificare. Altre invece usano delle scale
continue di valori e si basano su spazi multidimensionali all’interno dei quali
posizionare un’emozione.
Un modello che cerca di descrivere le emozioni è quello proposto in [11]
che prevede sei diverse famiglie di emozioni: ira, paura, tristezza, felicità,
disgusto, sorpresa.
Una differenza che di solito viene fatta è quella tra emozioni primarie e
di alto-livello. Le emozioni primarie sono quelle con un immediato legame
con le percezioni e le motivazioni dell’agente. Possono essere cablate oppure
apprese, in ogni caso vengono difficilmente dimenticate. Le emozioni di altolivello sono invece quelle legate agli obiettivi a lungo termine dell’agente.
Queste sono generalmente apprese.
2.2
Fondamenti psicologici delle emozioni
Le persone spiegano il proprio comportamento, ed interpretano quello degli
altri, in termini di intenzioni, credenze e desideri.
La ricerca, da parte delle Psicologia, in questo campo si occupa principalmente di tre cose: la biologia dell’emozione, le emozioni nelle comunicazioni
interpersonali, lo sviluppo delle emozioni. I risultati [5], interessanti per la
robotica, che provengono da questo campo si possono riassumere nel modo
seguente.
Le emozioni giocano un ruolo determinante nel controllo della precedenza
tra differenti comportamenti, e nella coordinazioni di diversi obiettivi da
raggiungere e pianificazioni da attuare, soprattutto nel caso in cui ci si trovi
in ambienti sconosciuti o non del tutto prevedibili.
Relativamente ai comportamenti sociali, le emozioni sono strettamente
legate a quelli che vengono chiamati i “Problemi universali di adattamento”:
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Gerarchia: La presenza di gerarchie dominanti è strettamente legata ad
emozioni di base, del tipo ira o paura, che sono a loro volta legate a
personalità del tipo dominazione o sottomissione.
Territorialità: Le emozioni di base legate alle territorialità sono l’esplorazione e la sorpresa. Esse si sviluppano attraverso l’esplorazione dell’ambiente.
Identità: E’ legata a domande del tipo Chi siamo?. Viene usata nel caso
di caccia cooperativa, difesa in gruppo, segnalazioni per la società, comunicazioni sociali, riconoscimento degli altri organismi. Le emozioni
di base che si manifestano in questo caso sono accettazione e rifiuto.
Temporalità: Permette di tenere in considerazione la limitata durata della
vita dell’individuo. Le emozioni in questo caso sono tristezza, preoccupazione e gioia.
Le emozioni si possono vedere come riflessi degli adattamenti che gli animali fanno a questi problemi universali. Ed essendo, questi problemi, universali, le emozioni che si generano sono primarie, basilari. Un’ulteriore teoria ci
dice che le emozioni sono adattazioni funzionali che permettono di stabilire
una sorta di equilibrio sociale. Le emozioni, quindi, aiutano a bilanciare forze
opposte tra loro.
Riguardo alle influenze sulle comunicazioni interpersonali, invece, va detto
che le emozioni possono avere anche un ruolo comunicativo e giocano un
ruolo importante nelle segnalazioni sociali. Le espressioni emotive hanno una
funzione comunicativa e agiscono come dei rilasciatori per la coordinazione
dei comportamenti sociali. Ad esempio promuovono la coesione di gruppo,
comunicano informazioni riguardo l’ambiente esterno.
Abbiamo tre differenti ruoli che l’espressione può avere:
• una situazione valutata da un’emozione può portare ad una certa espressione;
• l’espressione può essere una reazione ad una certa situazione;
• l’espressione può influenzare l’emozione.
Quindi possiamo dire che l’emozione è sia un modo di comunicare, che
uno stato percepito dall’agente.
Le emozioni umane dipendono molto dal contesto sociale in cui l’essere
si trova. Gli umani hanno emozioni che si adattano a ogni tipo di situazione sociale, mentre gli animali probabilmente hanno solamente emozioni che
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riguradano soltanto certi tipi di problemi legati principalmente alla sopravvivenza, anche se emozioni più complesse sono certamente a disposizione di
organismi che vivono in società.
Una considerazione più sottile è la seguente. Gli umani si aspettano di
condividere il controllo insieme a coloro con cui stanno avendo un’interazione
sociale [8]. Ad esempio scambiare i momenti in cui uno sta parlando, condividere l’attenzione tra loro. Quindi gli scambi sociali tra le persone sono
regolati mutuamente da entrambi, ed il comportamento di ogni partecipante
si adatta in base a quello dell’altro. Si vedrà quindi necessario dotare i robot
che si progetteranno di un meccanismo che gli permetta di identificarsi in
un’altra persona (empatia). Dovranno essere in grado di predire e di spiegare il comportamento degli utenti, di condividere il controllo dell’interazione
e di regolarla mutuamente. Questo meccanismo sarà inoltre necessario per
insegnare ai robot il significato delle loro azioni verso gli altri, al fine di poter
cosı̀ valutare le loro azioni all’interno della società. L’agente deve essere in
grado di valutare la bontà o meno delle sue azioni.
Anche l’apprendimento gioca un ruolo importante in quanto, anche in
questo caso, si vede necessario apprendere nuovi comportamenti.
2.3
Emozioni artificiali
Le emozioni artificiali sono emozioni che si pongono l’obiettivo di facilitare
l’interazione uomo-robot. Questo tipo di emozioni può inoltre fornire un
feedback all’utente sullo stato interno del robot, su quali sono i suoi obiettivi
ed intenzioni [2]. Esse inoltre possono lavorare come meccanismo di controllo
per guidare i behavior che il robot può attuare.
Esse sono usate, quindi, per far credere che il robot stia realmente interagendo propositivamente con l’utente e che non stia solamente eseguendo un
programma [5]. Un altro obiettivo è quello di riuscire a progettare dei modelli
delle emozioni e capire in che modo le emozioni influenzino l’apprendimento. Fino ad ora, però, le emozioni artificiali sono state usate soprattutto per
produrre espressioni emotive nell’interazione uomo-robot. Un’idea di utilizzo diverso delle emozioni artificiali, proposto in [5], è di usarle in un task di
foraging. Si propone di usare il fattore Territorialità, Gerarchia e il concetto
di caste al fine di migliorare le strategie di gruppo.
Riguardo le espressioni, certi robot sono solamente in grado di far trasparire emozioni in modi limitati, come ad esempio grazie a labbra attuatrici o
luci lampeggianti. Altri robot, però, hanno molti gradi di libertà attivi ed
in questo modo sono in grado di produrre gesti e movimenti più significativi.
Ad esempio, il robot Kismet ha a disposizione sopracciglia, orecchie, occhi,
palpebre, una bocca con due labbra ed un collo (vedi Figura 1).
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Figura 1: Il robot Kismet costruito al MIT
Come detto, le emozioni possono anche essere importanti nel determinare la precedenza di emersione di un comportamento piuttosto di un altro in un robot, nel coordinare la fase di planning, nel guidare l’apprendimento e l’adattamento specialmente nel caso in cui l’ambiente circostante è
sconosciuto.
L’interazione uomo-robot può portare a cambiamenti in quello che è lo
stato emozionale del robot e quindi a conseguenti modifiche nelle sue azioni.
Ad esempio ci sono studi [10] che mostrano come le emozioni influenzano le
operazione del sistema motivazionale di Kismet e come questo influenza la
sua interazione con gli umani.
Le emozioni artificiali vengono inoltre utilizzate per modulare i parametri
di apprendimento del robot (vedi 3.1).
2.3.1
L’utilizzo della voce
La voce è un ulteriore metodo che un robot può utilizzare per comunicare
emozioni. I parametri della voce che permettono di esprimere emozioni sono
la sonorità, il tono e la metrica. Purtroppo, ad oggi, la qualità dei sintetizzatori vocali è molto inferiore alla sintesi delle espressioni facciali; essi parlano
con una monotonia priva di emozioni. E’ tuttavia possibile generare voce
che sia in grado di comunicare emozioni. A questo proposito va detto che è
stato prodotto un sistema che permette di mappare le qualità delle emozioni
su diversi settaggi di un sintetizzatore vocale [12]. Ad esempio quando un
robot è frustrato, il volume ed il tono della sua voce devono aumentare.
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Figura 2: Esempio di espressioni facciali che comunicano emozioni
2.3.2
Espressioni facciali
La limitazione dei progetti meccanici ed elettronici delle facce dei robot ha
fatto si che le transizioni tra espressioni tendevano ad essere brusche, ossia
che succedevano troppo improvvisamente. Questa limitazione nei progetti è
stata causata dall’importanza non vitale delle espressioni dei robot al fine
dello svolgimento dei loro compiti. Negli ultimi anni, però, si è prestata
maggiore attenzione alle espressioni facciali che un robot può avere. I primi
componenti utilizzati sono stati la bocca, le guance, gli occhi, le sopracciglia
e la fronte. In seguito ai primi semplici tentativi, che avevano solamente
quattro gradi di libertà, va sicuramente ripresentato il robot Kismet la cui
faccia dispone di quindici attuatori, la maggior parte dei quali spesso lavora
in contemporanea al fine di comunicare specifiche emozioni. Probabilmente
i migliori esempi di facce sono però quelli prodotti dalla Science University
of Tokyo (vedi Figura 3), che sono state progettate esplicitamente per avere
una parvenza umana ed incorporano anche capelli, denti e strati di pelle che
coprono le parti meccaniche sottostanti [13].
2.3.3
Liguaggio del corpo
Un ulteriore modo per comunicare le proprio emozioni è grazie ad una comunicazione non verbale, attraverso gesti e movimenti del corpo. Oltre il 90%
dei gesti che si fanno mentre si parla forniscono informazione ridondante. Ad
esempio la direzione in cui il corpo è posto indica il centro di attenzione di
quella persona. Possiamo dedurre le emozioni dalle azioni. Se vediamo un
animale fermarsi di colpo nel suo cammino, voltarsi indietro e scappare via,
deduciamo che è spaventato. Cosı̀ se un robot che rileva un ostacolo, si ferma, si volta e si muove velocemente nella direzione opposta alla precedente,
da l’impressione ad un qualsiasi osservatore che la sua paura di collidere con
l’ostacolo è fortissima!
2 ROBOT SOCIALI
11
Figura 3: Le facce prodotte dalla Science University of Tokyo
In seguito a queste considerazione è stato possibile quindi associare dei
movimenti del corpo a certe emozioni di base (vedi Figura 4).
2.3.4
Personalità
In seguito ad un’analisi è stato deciso che è possibile descrivere la personalità
in termini di cinque caratteristiche [14]:
- estroversione
- gradevolezza
- scrupolosità
- neuropatia
- apertura mentale
E’ evidente che se un robot avrà una personalità irresistibile, le persone
saranno molto più propense ad interagire con lui. In particolare la personalità
può fornire all’utente un modo per comprendere e modellare i comportamenti
di un robot.
3 TECNICHE IMPLEMENTATIVE
12
Figura 4: Movimenti del corpo legati alle emozioni
Al fine di far emergere una personalità da un robot si possono sfruttare
le emozioni, i suoi movimenti, l’embodiment, il modo in cui comunica. Ci
sono cinque tipi comuni di personalità utilizzati nei robot sociali.
I robot simili a strumenti, che devono svolgere compiti a comando, spesso
mostrano dipendenza, affidabilità.
I robot utilizzati per intrattenimento presentano caratteristiche associabili
a quelle di animali domestici (cani, gatti, ecc.).
I robot che mostrano caratteristiche esagerate (ad esempio timidezza) al
fine di facilitare l’interazione con non specialisti.
I robot ispirati alla letteratura fantascientifica, che mostrano dei comportamenti artificiali (ad esempio meccanici).
I robot simili agli umani, che sono progettati per mostrare caratteristiche
di personalità umane.
3
Tecniche implementative
Al fine di produrre un’interazione uomo-robot arricchita dal fattore emotivo dal lato robot, sono state proposte numerose possibilità realizzative. Ad
esempio [5] vengono proposte come unità computazionali di base dei cosiddetti “Releasers” che servono a filtrare i dati sensori provenienti dall’ambiente
e ad identificare particolari condizioni al fine di utilizzare comportamenti
emotivi. Questi “Releasers” possono essere innati (quindi inseriti all’inizio
della vita del robot dal suo team di sviluppo) oppure appresi durante il corso
della vita. In questo caso gli stati d’animo sono spiegati come degli stimoli
al sistema emotivo del robot, ed il temperamento viene modellato attraverso
differenti valori dei parametri che rappresentano le emozioni.
3 TECNICHE IMPLEMENTATIVE
13
Un’altra tecnica è quella [6] di avere un sistema emozionale che associa
ad un elemento primitivo, che il robot percepisce nell’ambiente grazie ai suoi
sensori, alla corrispondente emozione. Una rete neurale impara ad associare le informazioni percettive con delle emozioni prototipali in accordo con
le motivazioni interne del robot. Quindi il responso dipenderà inoltre dalle
correnti motivazioni che il robot ha in un dato momento. Ad esempio il fatto
di percepire una palla può generare piacere nel caso in cui il robot sia spinto
dalle sue motivazioni ad andare alla ricerca di oggetti tondi. La stessa percezione può generare frustrazione quando le motivazioni spingono il robot alla
ricerca di oggetti quadrati. Comunque non è detto che le emozioni debbano
essere obbligatoriamente legate a specifici oggetti. Ad esempio se il robot
si trova in uno stato stimolato il suo sistema emozionale genererà responsi
per ogni tipo di oggetto percepito, se invece si trova in uno stato di paura
il suo sistema emozionale genererà responsi solamente nel caso di percezione
di oggetti pericolosi. Il sistema emozionale apprende continuamente nuove
associazioni tra oggetti percepiti e motivazioni per adattarsi meglio con il
task che deve eseguire. Quindi i responsi emotivi possono cambiare nello
svolgimento delle operazioni grazie ad un’adattazione evolutiva.
Un’ulteriore possibilità è quella di simulare una sequenza di azioni senza
che il robot la svolga realmente nel mondo reale. In questo caso il sistema
associerà degli oggetti con delle emozioni solamente grazie ad una simulazione di possibili interazioni al fine di “preparare” il robot alla vita reale
dell’ambiente esterno!
Un approccio diverso è quello di sfruttare tecniche etologiche per produrre
un modello delle emozioni.
3.1
Approccio etologico per robot d’intrattenimento
Come abbiamo visto, soprattutto nei settore della robotica per intrattenimento, è di essenziale importanza l’interazione uomo-robot. A questo scopo
sono stati proposti due aspetti da considerare nell’architettura di un software
da utilizzare in questo settore: l’utilizzo di modelli etologici del comportamento in un robot, e la generazione di comportamenti motivazionali (ad
esempio emozioni) che supportino la concezione che gli umani hanno di un
essere vivente [3].
Per etologia si intende lo studio del comportamento degli animali nel
loro ambiente naturale. Si è visto che mappando le attività degli animali su
sistemi robotici si può ottenere l’impressione di avere a che fare con un essere
vivente. Ad esempio lo studio dei comportamenti dei cani ha portato ad una
caratterizzazione di pattern di comportamento che un cane può esibire (vedi
Figura 5).
3 TECNICHE IMPLEMENTATIVE
14
Figura 5: Principali sottosistemi comportamentali del cane
Una volta implementati tutti questi diversi comportamenti all’interno del
sistema robotico si può procedere utilizzando le metodologie tipiche dei sistemi behavior-based, quali l’utilizzo di un meccanismo di coordinazione per
far si che un certo behaviour vinca su tutti, oppure che gli attuatori vengano
attivati sfruttanto una combinazione di più behavior assieme. Il fattore innovativo, a questo punto, è l’utilizzo delle emozioni che possono influenzare
la scelta del comportamento che prevale sugli altri.
Come detto, un modello etologico dell’animale ci fornisce le basi per capire quali tipi di behavior dobbiamo implementare nel robot. Una volta
implementati tutti i comportamenti che si credono sufficienti, è necessario
selezionarli in base alla situazione in cui l’agente si trova. La regola di base
ci dice che bisogna utilizzare le variabili interne (oltre agli stimoli esterni) come guida motivazionale per la scelta del behavior da utilizzare. Quindi sarà
nacessario utilizzare un modello dello stato interno dell’agente, che incorporerà i comportamenti che esprimono emozioni. Una proposta che è stata
fatta [9] è quella di utilizzare sei stati emozionali di base: felicità, collera,
tristezza, paura, sorpresa e disgusto. L’utilizzo delle emozioni quindi avviene
attraverso la fusione tra le motivazioni interne dell’agente e gli stimoli che
riceve dall’ambiente esterno. Ad esempio se in un dato momento il robot ha
un’alta motivazione verso il comportamento di ingerire qualcosa, ma non è
presente un rilevante stimolo esterno (la visione di cibo), il robot non sceglierà il behavior “ingerire”. In [3], ad esempio, le variabili interne utilizzate
3 TECNICHE IMPLEMENTATIVE
15
Figura 6: TRY Behavior per sperimentare nuovi oggetti dell’ambiente
sono state variabili d’istinto chiamate: fame, sete, eliminazione, stanchezza,
curiosità ed affetto.
Un altro possibile utilizzo delle emozione è nell’apprendimento di nuovi
simboli da parte dell’agente e nell’associazione di un certo comportamento al
nuovo simbolo. Utilizzando le emozioni, il nuovo oggetto fisico appreso viene
associato in base al cambio di valore delle variabili interne nel momento in
cui il robot applica un behavior verso l’oggetto (vedi Figura 6). Cosı̀ facendo
possiamo dire che il robot ha appreso il significato del nuovo simbolo. Ad
esempio una mela viene associata ad un aumento della variabile “nutrimento”ed il robot apprende il corretto behavior da applicare quando vede una
mela.
Quindi una volta che il nuovo simbolo è stato appreso, il robot può provare
ad applicare differenti behavoir, come ad esempio “mangiare” oppure “calciare”. Nel caso in cui ci si trovi in presenza di una mela, le variabili interne
spingeranno fortemente affinchè venga scelto il comportamento “mangiare”
piuttosto che “calciare”.
3.2
Approccio etologico per robot umanoidi
Abbiamo visto come è possibile sfruttare le emozioni nel caso di robot che
simulano il comportamento animale. Ora vediamo come sia possibile applicare lo stesso processo nel caso di robot umanoidi. In questo caso l’ipotesi
3 TECNICHE IMPLEMENTATIVE
16
Figura 7: Sistema di riconoscimento di facce umane
è che anche i comportamenti umani possano essere appresi utilizzando dei
modelli etologici, come fatto nel caso di altri animali. Diciamo che in seguito alla modellazione dei comportamenti, il processo di progetto è analogo a
quello appena descritto. Le principali differenze nel progetto dipendono dagli
obiettivi che si vuole il robot possa raggiungere. A differenza di robot che
simulano animali, in questo caso si vuole che il robot sia in grado di camminare su differenti superfici, che possa evitare ostacoli senza cadere e, nel caso
cadesse, che sia in grado di rialzarsi. Inoltre si vuole che il robot sia in grado
di interagire con degli umani sia attraverso la voce che attraverso i gesti, che
sia in grado di effettuare localizzazioni grazie a molteplici microfoni, che sia
in grado di effettuare un’indentificazione delle facce degli umani (vedi Figura
7), nonchè di riconoscere nuove facce e memorizzarle associandole un nome,
che sia in grado di riconoscere la voce. Tutte questi requisiti in più fanno
capire che il progetto in questo caso sarà diverso, visto anche le notevoli
differenze (anche hardware) che il robot avrà rispetto al caso precendete.
In questo caso le emozioni vengono usate al fine di permettere al robot
umanoide di avere interazioni di tipo diverso con persone diverse. Questo è
possibile grazie all’associazione di emozioni ad ogni singolo individuo.
4 ESEMPI DI ROBOTICA EMOZIONALE
17
Figura 8: Il robot umanoide Asimo prodotto dalla Honda
4
Esempi di Robotica emozionale
Un esempio di robotica emozionale, di cui è già stato detto qualcosa, è quello
chiamato Kismet. E’ un robot programmato per riconoscere le emozioni di
base in una voce umana ed è in grado di rispondere attraverso movimenti di
bocca e occhi guidati meccanicamente. Kismet è addirittura in grado di dire,
in base al tono delle voce del suo istruttore, se sta venendo elogiato, sgridato
o consolato. Quando viene lasciato solo Kismet appare triste, ma quando
vede una faccia umana sorride, invitando l’attenzione. I suoi ricercatori sperano inoltre di poter sviluppare nuovi comportamenti attraverso l’interazione
con esso. L’architettura di Kismet prevede un sistema percettivo, un sistema motivazionale, un sistema d’attenzione, un sistema comportamentale ed
un sistema motorio. Il sottosistema emozionale fa parte del sistema motivazionale. Come semplice forma di empatia, in Kismet è stato implementato
un sistema che, comunicando al robot, attraverso un canale emotivo, informazioni del tipo ‘ricompense’e ‘punizioni’ è possibile aiutarlo ad identificare
e a conseguire nuovi behavior assegnando loro dei valori del tipo bontà o
cattiveria.
Un ulteriore esempio è il robot Asimo prodotto dalla Honda (vedi Figura
8). Si tratta di un umanoide, il cui aspetto ricorda un astronauta, che è in
grado perfino di salire e scendere le scale. Asimo viene anche spesso usato
18
5 CONCLUSIONI
Figura 9: Sony Aibo ERS-100
per guidare i visitatori, facendoli divertire molto, fino alle sale riunioni.
Riguardo ai robot per intrattenimento, la Sony ha prodotto degli esempi
di robot che simulano il comportamento dei cani (vedi 3.1). L’esempio più
famosi è Aibo (vedi Figura 9).
Un ulteriore esempio di robotica emozionale è il robot chiamato Yuppy
prodotto dal MIT AI Lab, che possiede diciannove behavior utilizzati per
soddisfare i suoi bisogni e per l’interazione con gli umani.
In [6] viene presentato il funzionamento di un robot impiegato come guida
all’interno di un museo. In questo caso è stato previsto uno stato di piacere
corrispondente ad una situazione in cui il robot è alla ricerca di persone a
cui offrire una visita guidata del museo e percepisce una persona che accetta la visita. Uno stato di frustrazione è stato, invece, previsto nel caso in
cui il robot stia cercando di avvicinarsi ad un manufatto, ma il cammino è
bloccato. Il robot reagirà cercando di aggirare l’ostacolo. Un ulteriore possibilità di questo robot è il fatto di poter riconoscere le emozioni degli attori
umani. Esso può capire che le persone che lo stanno seguendo nella visita si
stanno annoiando e di conseguenza può cambiare atteggiamento per meglio
rispondere agli interessi dei visitatori!
5
Conclusioni
E’ stato presentato l’argomento della robotica emozionale con i suoi obiettivi
e con alcune delle soluzioni proposte dai ricercatori del settore per raggiungere
i risultati voluti.
5 CONCLUSIONI
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Una domanda che potrebbe sorgere, se nel futuro la ricerca sarà sufficientementa avanzata da riuscire a produrre robot molto simili a noi, potrebbe essere “Le macchine hanno emozioni ‘reali’ o stanno solamente copiando
quelle che noi realmente proviamo?”. Comunque questa domanda dovrebbe
perdere di significato in quanto si potrebbe porre a sua volta la domanda
“Gli essere umani hanno emozioni ‘reali’ o queste sono solamente dei segnali
elettrici che modificano il nostro comportamento esteriore?”.
Il mio parere personale è che, ad oggi, il problema principale affinché
si riesca a sviluppare un robot che sfrutti appieno le potenzialità (che sono
state descritte) che l’ulitizzo delle emozioni permette, non è tanto quello di
avere un modello software più complesso di quelli già prodotti, quanto il
fatto di avere tecnologie hardware che permettano di dare l’impressione che
quello che un umano si trova davanti non è una macchina (e quindi qualcosa
che esegue un programma), bensı̀ un “essere”, che, se non proprio umano, è
molto simile a lui, dando cosı̀ l’impressione di provare realmente le emozioni
che riesce ad esprimere con i mezzi fisici a sua disposizione.
Comunque riuscire a dare delle emozioni a delle macchine potrebbe essere
sicuramente molto utile, soprattutto per rendere più piacevole l’interazione
con loro.
Bibliografia
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