Companion Robots Behaving with Style : Towards Plasticity in Social Human-Robot Interaction

par Wafa Benkaouar johal

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Sylvie Pesty et de Gaëlle Calvary.

Le président du jury était Dominique Duhaut.

Le jury était composé de Dominique Vaufreydaz, Pierre Dillenbourg, Nadine Mandran.

Les rapporteurs étaient Mohamed Chetouani, Pierre de Loor.

  • Titre traduit

    Des robots compagnons avec du style : vers de la plasticité en interaction homme-robot


  • Résumé

    De nos jours, les robots compagnons présentent de réelles capacités et fonctionnalités. Leurs acceptabilité dans nos habitats est cependant toujours un objet d'étude du fait que les motivations et la valeur du companionage entre robot est enfant n'a pas encore été établi. Classiquement, les robots sociaux avaient des comportements génériques qui ne prenaient pas en compte les différences inter-individuelles. De plus en plus de travaux en Interaction Humain-Robot se penchent sur la personnalisation du compagnon. Personnalisation et contrôle du compagnon permettrai une meilleure compréhension de ses comportements par l'utilisateur. Proposer une palette d'expressions du compagnon jouant un rôle social permettrait à l'utilisateur de customiser leur compagnon en fonction de leur préférences.Dans ce travail, nous proposons un système de plasticité pour l'interaction humain-robot. Nous utilisons une méthode de Design Basée Scenario pour expliciter les rôles sociaux attendu des robot compagnons. Puis en nous appuyant sur la littérature de plusieurs disciplines, nous proposons de représenter ces variations de comportement d'un robot compagnon par les styles comportementaux. Les styles comportementaux sont défini en fonction du rôle social grâce à des paramètres d'expressivité non-verbaux. Ces paramètres (statiques, dynamiques et décorateurs) permettent de transformer des mouvements dit neutres en mouvements stylés. Nous avons mener une étude basée sur des vidéos, qui montraient deux robots avec des mouvement stylés, afin d'évaluer l'expressivité de deux styles parentaux par deux types de robots. Les résultats montrent que les participants étaient capable de différentier les styles en termes de dominance et d'autorité, en accord avec la théorie en psychologie sur ces styles. Nous avons constater que le style préféré par les parents n'étaient pas corréler à leur propre style en tant que parents. En conséquence, les styles comportementaux semblent être des outils pertinents pour la personnalisation social du robot compagnon par les parents.Une seconde expérience, dans un appartement impliquant 16 enfants dans des interaction enfant-robot, a montré que parents et enfants attendent plutôt d'un robot d'être polyvalent et de pouvoir jouer plusieurs rôle à la maison. Cette étude a aussi montré que les styles comportementaux ont une influence sur l'attitude corporelle des enfants pendant l'interaction avec le robot. Des dimensions classiquement utilisées en communication non-verbal nous ont permises de développer des mesures pour l'interaction enfant-robot, basées sur les données capturées avec un capteur Kinect 2.Dans cette thèse nous proposons également la modularisation d'une architecture cognitive et affective précédemment proposé résultant dans l'architecture Cognitive et Affective orientées Interaction (CAIO) pour l'interaction social humain-robot. Cette architecture a été implémenter en ROS, permettant son utilisation par des robots sociaux. Nous proposons aussi l'implémentation des Stimulus Evaluation Checks (SECs) de [Scherer, 2009] pour deux plateformes robotiques permettant l'expression dynamique d'émotion.Nous pensons que les styles comportementaux et l'architecture CAIO pourront s'avérer utile pour l'amélioration de l'acceptabilité et la sociabilité des robot compagnons.


  • Résumé

    Companion robots are technologically and functionally more and more efficient. Capacities and usefulness of companion robots is nowadays a reality. These robots that have now more efficient are however not accepted yet in home environments as worth of having such robot and companionship hasn't been establish. Classically, social robots were displaying generic social behaviours and not taking into account inter-individual differences. More and more work in Human-Robot Interaction goes towards personalisation of the companion. Personalisation and control of the companion could lead to better understanding of the robot's behaviour. Proposing several ways of expression for companion robots playing role would allow user to customize their companion to their social preferences.In this work, we propose a plasticity framework for Human-Robot Interaction. We used a Scenario-Based Design method to elicit social roles for companion robots. Then, based on the literature in several disciplines, we propose to depict variations of behaviour of the companion robot with behavioural styles. Behavioural styles are defined according to the social role with non-verbal expressive parameters. The expressive parameters (static, dynamic and decorators) allow to transform neutral motions into styled motion. We conducted a perceptual study through a video-based survey showing two robots displaying styles allowing us to evaluate the expressibility of two parenting behavioural styles by two kind robots. We found that, participants were indeed able to discriminate between the styles in term of dominance and authoritativeness, which is in line with the psychological theory on these styles. Most important, we found that styles preferred by parents for their children was not correlated to their own parental practice. Consequently, behavioural styles are relevant cues for social personalisation of the companion robot by parents.A second experimental study in a natural environment involving child-robot interaction with 16 children showed that parents and children were expected a versatile robot able to play several social role. This study also showed that behavioural styles had an influence on the child's bodily attitudes during the interaction. Common dimension studied in non-verbal communication allowed us to develop measures for child-robot interaction, based on data captured with a Kinect2 sensor .In this thesis, we also propose a modularisation of a previously proposed affective and cognitive architecture resulting in the new Cognitive, Affective Interaction Oriented (CAIO) architecture. This architecture has been implemented in ROS framework allowing it to use it on social robots. We also proposed instantiations of the Stimulus Evaluation Checks of [Scherer, 2009]for two robotic platforms allowing dynamic expression of emotions.Both behavioural style framework and CAIO architecture can be useful in socialise companion robots and improving their acceptability.


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