FHNW Robo-Lab

Welche Problemstellung wurde bearbeitet?

Soziale Roboter halten zunehmend Einzug in verschiedene Bereiche des Alltags und der Berufswelt. Dank künstlicher Intelligenz können sie sich autonom bewegen, mit Menschen in Kontakt treten und auf Menschen reagieren. Dabei simulieren sie menschliche Regungen und Gefühle. Das macht sie grundsätzlich interessant für Einsatzgebiete in Alters- und Pflegezentren, Hotels, Einkaufszentren und in der Bildung. Im Alltag findet man sie nach unserer Fallstudie (siehe Tanner, Burkhard & Schulze, 2019) aktuell noch in recht eingeschränktem Ausmass. Nach einer ersten «Euphoriephase», in der bereits Entertainingfunktionen für Aufmerksamkeit und Attraktivierung beispielsweise in Kaufhäusern oder Empfangsbereichen sorgen konnten, ist aktuell eine spürbare Ernüchterung eingekehrt. Anwenderfirmen sind konfrontiert mit der Suche nach konkreten Use Cases, die sich auch wirtschaftlich rentieren. In der Strategischen Initiative FHNW Robo-Lab (2018-2020) wurde deshalb untersucht, bei welchen Aufgaben soziale Roboter einen Mehrwert stiften können und welche technischen Funktionalitäten dafür notwendig sind. Das Ziel war, Praxispartner darin zu unterstützen, geeignete Einsatzpotenziale von Robotern mit sozialen Funktionen effizient zu ermitteln und passende Betriebsmodelle zu finden.

Welche Ergebnisse und Impacts wurden erreicht?

In Feld- und Laborstudien mit verschiedenen sozialen Robotern wie z.B. Pepper, Nao, Einstein oder P-Rob konnte Wissen und Erfahrung in folgenden Bereichen aufgebaut werden: dem technologischen Entwicklungsstand, dem Verbreitungsgrad sozialer Roboter, den Programmiermethoden aber auch zu Akzeptanz und ethischen Fragestellungen. Soziale Roboter stossen bei verschiedenen Anwendungsgruppen wie z.B. Bewohnerinnen und Bewohner von Pflegezentren, Mitarbeitenden und Gästen in Hotels, Bibliotheksbesuchenden oder Studierenden grundsätzlich auf Akzeptanz. Mit dem Ziel, Einsatzchancen und -risiken sowie Anforderungen an die Funktionen und die Gestaltung solcher Roboter genauer zu untersuchen, wurden bei interessierten Praxispartnern Pilotstudien in vier Anwendungsbereichen durchgeführt:

Soziale Roboter im Healthcare-Bereich

Der Gesundheitsbereich birgt nach unseren Erfahrungen ein deutliches Potenzial für den Einsatz sozialer Roboter, zum Beispiel zur Unterstützung von Pflegepersonal. In unseren Projekten haben wir die technische Machbarkeit und den Nutzen verschiedener Einsatzszenarien evaluiert. Soziale Roboter können das Personal beispielsweise bei administrativen Tätigkeiten wie der Registrierung von Patienten unterstützen oder assistierende Aufgaben wie die Aktivierung von Pflegebedürftigen übernehmen. Für den erfolgreichen Einsatz von sozialen Robotern im Gesundheitsbereich ist die Einbindung von Patientinnen und Pflegebedürftigen wichtig.

Pepper im Gesundheitsbereich.

Soziale Roboter in der Aus- und Weiterbildung

Soziale Roboter in der Ausbildung an Hochschulen werden derzeit primär in technisch-informatischen Studiengängen eingesetzt, wie zum Erlernen von Programmiersprachen. Doch sie eignen sich ebenso für Interaktionen oder als Teaching-Assistent. Aus einer pädagogischen Perspektive zeigt sich überdies, dass Roboter zur Reflexion selbst zum Gegenstand in der Lehre gemacht werden können. In verschiedenen Lehrveranstaltungen in Hochschulen der FHNW konnte so über die Präsenz und Interaktion mit Robotern ein Diskurs zur Digitalität, beispielsweise zu (informations)ethischen Themenfeldern initiiert werden. Denn für den zukünftigen Umgang mit Technologien ist eine kritisch-reflexive Medienbildung in der Aus- und Weiterbildung zentral.

Pepper in Piloteinsätzen an Hochschulen der FHNW.

Soziale Roboter in der industriellen Produktion

Die aktuelle Generation der sozialen Roboter ist für typische Produktionsaufgaben noch zu wenig geeignet. Denn im Vergleich zu herkömmlichen Robotern können sie kaum mit Gegenständen hantieren. Soziale Roboter wie Pepper oder Nao verwenden Bewegung hauptsächlich zur Gestik, was geringere Anforderungen an die Genauigkeit stellt als das Abfahren exakter Bewegungstrajektorien in der Produktion. In Zukunft sind allerdings Hybridlösungen zu erwarten, wie zum Beispiel Industrieroboter, die durch soziale Fähigkeiten ergänzt und dadurch nutzerfreundlicher gestaltet werden. Hierzu wurde im FHNW Robo-Lab ein Versuchsstand aufgebaut, um auf diese Weise mit interessierten Praxispartnern aus der industriellen Produktion Einsatzmöglichkeiten identifizieren zu können.

Soziale Roboter in Public Spaces

Der öffentliche Raum bietet sozialen Robotern immer mehr Einsatzbereiche unter anderem in Hotels und Einkaufszentren. Beispielsweise haben wir Roboter als Erstkontakt im Empfangsraum eines Unternehmens oder als «information guide» in Bibliotheken realisiert. Für solche Anwendungsgebiete ist eine schrittweise Entwicklung mit mehreren Testzyklen notwendig, um Anforderungen auf technischer, organisatorischer und sozialer Ebene gleichermassen abzudecken. Für die Akzeptanz sozialer Roboter müssen zudem technische Möglichkeiten transparent kommuniziert und die Roboter laufend weiterentwickelt werden.

>>Zum Video, wie Pepper der Bibliotheksroboter bei der Bücherauswahl hilft.

Pepper in den FHNW Bibliotheken Muttenz und Brugg.

Soziale Roboter in Virtual Reality

Im virtuellen Raum lassen sich zukünftige Einsatzszenarien von sozialen Robotern vorweg realisieren und auf Nützlichkeit, Akzeptanz und technische Notwendigkeit prüfen. Im Rahmen von FHNW Robo-Lab wurde eine virtuelle Umgebung entwickelt, die unterschiedliche Repräsentationen der echten Welt aufnehmen kann. In Szenarien, zum Beispiel dem Roboter Pepper als Guide in einem virtuellen Museum, hat sich gezeigt, dass die Fähigkeiten des sozialen Roboters im «Kundenkontakt» erprobt und Hinweise für die spätere Programmierung der sozialen Roboter gesammelt werden können.

In den Pilotversuchen zeigte sich, dass eine nachhaltige Akzeptanz sehr stark von der konkreten anwendungsbezogenen Ausgestaltung der Fähigkeiten solcher Roboter abhängt. Bei den aktuell verfügbaren sozialen Robotern empfiehlt sich der Einsatz infolge der aufwändigen Wenn-Dann-Programmierung v.a. dann, wenn dieselbe Interaktion bei einer grösseren Anzahl Menschen wiederholt werden soll. Die grössten Nutzenpotenziale ergaben sich dann, wenn Roboter in Teams mit Mitarbeitenden vor Ort integriert und dessen Aufgaben und Einsatz gemeinsam entwickelt wurden. Methoden wie die nutzerzentrierte Erarbeitung von Einsatzszenarien, der szenariobasierte Prozess- und Interaktionsentwurf oder auch die frühe Evaluation von Abläufen in Virtual Reality haben sich dabei als erfolgversprechend herausgestellt.

Beispiele von virtuellem Testen von sozialen Roboter.

Wodurch zeichnete sich die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Projekt aus?

Die Entwicklung und die Einführung erfolgreicher Einsatzszenarien sozialer Roboter in der Praxis hängen vom Zusammenspiel verschiedener Faktoren ab, die eine interdisziplinäre Zusammenarbeit erfordern. Dazu zählen u.a. die Programmierung des Interaktionsverhaltens inkl. Sprachein- und -ausgabe, die sensomotorische Bewegungsgestaltung des Roboters oder auch die Erkennung und Interpretation der Umwelt aber auch von Personen und Gesichtern. Dazu zählen aber auch ein Erkennen der Nützlichkeit des Roboter-Einsatzes sowohl für die Nutzerinnen und Nutzer als auch für die Mitarbeitenden als unabdingbarer Voraussetzung für das Entstehen von Akzeptanz. Die interdisziplinäre Verschränkung von Fach- und Erfahrungswissen aus der Informatik, der Technik, der Pädagogik und der Angewandten Psychologie war in der Strategischen Initiative der Schlüssel für das Verständnis der Mensch-Roboter-Interaktion wie auch für deren integrierte Gestaltung. Die folgenden Faktoren waren für die gelingende interdisziplinäre Zusammenarbeit von entscheidender Bedeutung:

•  Entwicklung eines gegenseitigen und gemeinsamen Zielverständnisses durch Serious Gaming Visionsworkshops
• Intensives Kennenlernen der disziplinären Begriffe und Handlungsmaxime anhand von gemeinsam durchgeführten interdisziplinären Fall- und Laborstudien
• Gemeinsame interdisziplinäre Konzeption, Realisierung, Testung und Durchführung von Pilotversuchen im Feld
• Interdisziplinäre Besetzung von Teams auf der Management- und auf operativen Ebene
  

Zusammenarbeit mit Praxis- und Forschungspartnern

An der Strategischen Initiative FHNW RoboLab haben über die letzten drei Jahre dankenswerterweise zahlreiche Partner aus Wissenschaft und Praxis mitgewirkt. Wir bedanken uns herzlich bei den folgenden Firmen und Institutionen bestehend aus Herstellern, Anwendern, Verbänden und Forschungspartnern aus dem In- und Ausland:
Avatarion, raumCode, F&P Robotics, JinnBot, Regionales Pflegezentrum Baden, SATW, Zentrum für Bilddiagnostik, SWITCH, ABB Technikerschule, Angestellte Schweiz, metrobasel, Universität Basel, Solothurner Handelskammer, Universität Bielefeld, SVEB, Inselspital (Bereich Innovation Pearl), Universität Basel Bereich Psychiatrie Chronobiology und Bereich Radiologie, Projekt H.E.A.R.T (BMBF) der Universität Marburg, Universitätsspital Zürich, Bereich Pflege, Rehab Basel, TU Aachen, Universität Bielefeld, EAO Olten, Die Post (Connecta Bern), Bundesamt für Sport BASPO, ZHAW Winterthur Institut für Pflegewissenschaft, Aargauische Industrie- und Handelskammer, Handelskammer beider Basel.

Aufbauend auf den gesammelten Erfahrungen bietet das interdisziplinäre Kompetenznetzwerk FHNW Robo-Lab auch weiterhin Unterstützung u.a. bei der Programmierung sozialer Roboter, bei Abklärungen hinsichtlich rechtlicher sowie ethischer Aspekte oder bei der Gestaltung des Einführungsprozesses in Firmen oder Organisationen an. Eine Zusammenarbeit ist in verschiedenen Formaten möglich. Dies betrifft Partnerschaften in öffentlich geförderten Projekten, die bilaterale Zusammenarbeit im Rahmen anwendungsorientierter Forschung oder Dienstleistung und reicht bis zur Übernahme von Input Vorträgen sowie der Durchführung von Studierendenprojekten.