One Dimensional Turing-Like Handshake-Test für motorische Intelligenz

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, zu ermitteln, wie eng ein Computermodell eines Handschlags dem menschlichen Handschlag entspricht. Dies wird erreicht, indem den Probanden zunächst Paare von Handschlägen präsentiert werden, entweder menschlich erzeugt, computergeneriert oder eine Kombination aus beiden mithilfe einer telematischen Roboter-Schnittstelle. Der zweite Schritt des Verfahrens besteht darin, jeden Probanden zu bitten, innerhalb jedes Paares auszuwählen, welcher der beiden Handschläge menschenähnlicher ist.

Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, anhand der Antworten des Probanden die menschliche Ähnlichkeitsnote für das Handschlagmodell, die Modell-Menschlichkeits-Grad-Note oder MHLG, zu berechnen. Letztendlich können Ergebnisse erzielt werden, die einen signifikanten Unterschied zwischen verschiedenen Modellen zeigen, MHGs unter Verwendung des Turing-ähnlichen Handschlagtests. Der Turing-Test beschränkt sich eigentlich auf verbale Intelligenz, wobei Wissenschaftler und Ingenieure eine große Lücke zwischen künstlicher und natürlicher Intelligenz im Bereich der motorischen Steuerung des motorischen Verhaltens beobachtet haben.

Viele Wissenschaftler haben über diese motorische Version des Turing-Tests nachgedacht, aber erst kürzlich wurden fahrfähige, steuerbare Robotergeräte in Forschungslabors eingesetzt, die die Implementierung eines einfachen, reproduzierbaren Protokolls für einen Turing-ähnlichen Handschlagtest ermöglichen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion zu beantworten, beispielsweise, welche Schlüsseleigenschaften menschlicher Armbewegungen für ein natürliches menschliches Berührungserlebnis verantwortlich sind. Die Auswirkungen dieser Technik reichen bis hin zur Diagnose motorischer Störungen wie der zerebralen Kinderlähmung.

Der nächste Schritt besteht darin, ein robotisches Diagnosegerät zu entwickeln, das einen gesunden menschlichen Händedruck von einem beeinträchtigten unterscheiden kann. Eine visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, da die Bewegung des Händedrucks über das tele-robotische System nicht natürlich ist und es Zeit und Übung erfordert, um zu lernen, wie man mit dem Roboter umgeht und mit ihm interagiert. In Anlehnung an das ursprüngliche Konzept des klassischen Turing-Tests bestehen die Händedruck-Experimente aus drei Entitäten: einem Menschen, einem Computer und einem Befrager.

Der Befrager und der Mensch sitzen im selben Raum, sind jedoch durch einen Bildschirm voneinander getrennt, sodass der Befrager nicht sehen kann, ob der Computer oder der Mensch den Handschlag erzeugt. Die Handschläge sind keine direkten physischen Handschläge, sondern werden über eine mechanische tele-robotische Schnittstelle realisiert, die aus zwei Phantom-Desktop-Robotern im Fall eines menschlichen Handschlags bzw. aus einem Phantom-Roboter und einer Software im Fall eines Computer-Handschlags besteht. Sobald das Wort „Handschlag“ auf dem Computerbildschirm erscheint, führen der Befrager und der Mensch unverzüglich Bewegungen aus, die einem Händedruck entsprechen, indem sie den Stift der tele-robotischen Schnittstelle in vertikaler Richtung bewegen.

Die Aufgabe des Prüfers besteht darin, zwei Händedrücke zu vergleichen und durch Drücken der Pos1- oder F1-Taste den menschenähnlicheren auszuwählen, um den ersten Händedruck zu wählen, beziehungsweise durch Drücken der Ende- oder F2-Taste, um den zweiten Händedruck zu wählen. Die drei in diesem Video demonstrierten experimentellen Protokolle unterscheiden sich hinsichtlich der Zusammensetzung der verglichenen Händedrücke. Das erste Protokoll ist das reine Turing-Test-Protokoll, bei dem die Wahl zwischen einem menschlichen und einem computergenerierten Händedruck erfolgt.

Das zweite Protokoll umfasst Händedrücke mit unterschiedlichen Kombinationen aus menschlich erzeugten und computergenerierten Kräften. Das dritte Protokoll umfasst Händedrücke mit wechselnden Kombinationen aus einem menschlich erzeugten Händedruck und Rauschen oder ausschließlich computergenerierten Kräften. Während des Experiments wird automatisch eine Zufallsdatei erstellt, sobald zur Eingabe eines Namens für die Zufallsdatei aufgefordert wird.

Wenn die Datei bereits existiert, verwendet das System die vorhandene Datei. Andernfalls generiert das System automatisch eine neue zufällige Datei mit dem angegebenen Namen. Die zufällige Datei legt die Reihenfolge fest, in der die verschiedenen Handshakes stattfinden.

Das reine Protokoll beginnt mit 12 Übungsdurchgängen, die jeweils zwei Handschläge umfassen, bei denen der Mensch und der Befrager über das tele-robotische System insgesamt 24-mal Hände schütteln. Der Befrager weiß, dass er in dieser Phase mit einem Menschen Hände schüttelt. Der Zweck dieser Übungsdurchgänge besteht darin, die Teilnehmer mit der tele-robotischen Schnittstelle vertraut zu machen.

Nach der Übungsrunde wird in jedem Durchlauf ein Block mit vier Versuchen durchgeführt. Ein menschlicher Händedruck wird in zufälliger Reihenfolge mit einem von vier computergenerierten Händedrücken verglichen, wie in diesem Beispiel gezeigt. Beispielsweise schüttelt der Befrager im ersten Durchlauf des ersten Blocks zweimal die Hand.

Der erste Handschlag wird vom Menschen erzeugt und der zweite Handschlag wird vom Computer unter Verwendung der durch Modell drei vorgegebenen Kräfte erzeugt. Der Prüfer wählt dann zwischen Handschlag Nummer eins und Handschlag Nummer zwei aus, um zu entscheiden, welcher Handschlag menschlicher wirkt. Wenn beispielsweise der Prüfer Handschlag Nummer eins als menschlicher wählt, hat er den vom Menschen ausgeführten Handschlag ausgewählt.

Dem Prüfer wird jedoch nicht mitgeteilt, ob er oder sie im nächsten Durchgang den menschlichen Handschlag korrekt identifiziert hat. Der erste Handschlag des Prüfers erfolgt mit dem computergenerierten Modell zwei, der zweite Handschlag mit dem Menschen. Der Prüfer wählt erneut den menschenähnlichsten Handschlag aus.

Es werden zwei weitere Versuche auf ähnliche Weise durchgeführt. Um die verbleibenden beiden Modelle zu testen, wird Modell eins und Modell vier mit dem menschlichen Handschlag verglichen. Damit ist ein Block von Versuchen abgeschlossen.

Das Experiment besteht aus 11 Blöcken mit jeweils vier Durchgängen, wobei die vier Modellhändedrücke in jedem Block in zufälliger Reihenfolge präsentiert werden. Der erste Block dient als Übungsblock, und die Auswertung erfolgt anhand der verbleibenden 10 Blöcke. Nach Abschluss der 10 Blöcke des Experiments wurde jeder der vier Händedruckmodelle 10-mal im Vergleich zu einem menschlichen Händedruck getestet.

Nach Abschluss der 11 experimentellen Blöcke wird für jedes der vier getesteten Modelle eine Bewertung der menschlichen Ähnlichkeit berechnet. Die Analyse erfolgt, indem der Anteil der Händedrücke ermittelt wird, bei denen der Proband angibt, der Händedruck des Modells sei menschlicher als der Händedruck eines Menschen. Wenn beispielsweise der Befrager bei 2 von 10 Händedrücken den Händedruck des Modells gegenüber dem menschlichen Händedruck bevorzugt, beträgt der Anteil Modell zu Mensch 0,2; multiplizieren Sie diesen Anteil mit zwei, um die Bewertung der menschlichen Ähnlichkeit des Modells zu erhalten.

Für jedes Modell, bei dem der Anteil 0,2 beträgt, läge die menschliche Ähnlichkeitsstufe des Modells bei 0,4. Wurde Modell drei in vier von zehn Versuchen als menschenähnlicher ausgewählt, dann wäre sein Anteil 0,4 und seine menschliche Ähnlichkeitsstufe des Modells 0,8. Ist ein Modell von einem Menschen nicht zu unterscheiden, wäre der berechnete Anteil 0,5 und die menschliche Ähnlichkeitsstufe des Modells eine Eins.

Wenn ein Modell eindeutig nichtmenschlich ist, wie beispielsweise sein Modell, beträgt der Grad der Menschlichkeit null. Der MHLG ist auf eins begrenzt. In diesem Protokoll werden die erzeugten Händedrücke unabhängig vom menschlichen Teilmodell betrachtet, wobei die spezifische Kombination in einem Maßstab, der von einem rein computergenerierten Händedruck bis zu einem rein menschlichen Händedruck reicht, zwischen den Versuchen variiert.

Daher wird diese Versuchsreihe als gewichteter menschlicher Modelltest bezeichnet. Das Protokoll beginnt mit einem Übungsblock, der dem Befrager hilft, einen rein menschlichen Handschlag zu erkennen und sich mit der Versuchsanordnung vertraut zu machen. Der Übungsblock umfasst daher 30 Durchgänge, in denen ein rein menschlicher Handschlag mit einem computergenerierten Handschlag verglichen wird.

Am Ende jedes Versuchs wählt der Befrager denjenigen der beiden Handschlagtypen aus, der menschlicher erschien. Hat der Befrager den menschlichen Handschlag korrekt identifiziert, wird auf dem Bildschirm „richtig“ angezeigt. Wählt der Befrager nicht den korrekten Handschlag aus, erscheint eine Fehlermeldung, und der Befrager erhält die Möglichkeit, den letzten Übungsversuch zu wiederholen.

Nach dem Übungsblock beginnt der Befrager eine Reihe von Versuchen zur Beurteilung zweier Händedrücke. Die beiden Händedrücke sind ein Stimulus-Händedruck und ein Referenz-Händedruck, wobei jeder aus einer Kombination menschlicher und Modellkräfte besteht. Beim Referenz-Händedruck verspürt der Befrager eine gleichmäßige Mischung aus den Kräften, die von einem Menschen und einem computergenerierten Modell erzeugt werden.

Anders ausgedrückt: Während die Versuchsperson eine Händedruckbewegung ausführt, trägt dieser Händedruck nur zu 50 % an der Kraft bei, die vom Prüfer wahrgenommen wird, wobei die verbleibenden 50 % der Kraft aus einem Modell im Stimulus-Händedruck stammen. Der vom Prüfer empfundene Händedruck ist somit eine variable Mischung aus den Kräften, die von der Versuchsperson und von einem computergenerierten Modell erzeugt werden. Bei einigen Stimulus-Händedrücken ist der Anteil, der von der Versuchsperson beigetragen wird, mehr als die Hälfte und damit größer als beim Referenz-Händedruck. Bei anderen Stimulus-Händedrücken ist der Anteil, der von der Versuchsperson beigetragen wird, weniger als die Hälfte und damit geringer als beim Referenz-Händedruck.

Am Ende jedes Versuchs wird der Befrager aufgefordert, den Handschlag auszuwählen, der menschenähnlicher wirkte. Dieses Experiment vergleicht drei Modelle, zwei Testmodelle und ein Basismodell. Wie im reinen Protokoll beginnt auch dieses Protokoll mit einem nicht analysierten Block, gefolgt von 10 experimentellen Blöcken.

Jeder experimentelle Block besteht aus 24 Durchgängen, die jeweils alle acht linearen Kombinationen des Modells und des Menschen für jede der drei Modellkombinationen umfassen. Nach Abschluss der 10 experimentellen Blöcke wird eine logistische psychometrische Funktion an die Antworten des Befragers angepasst. Wie im begleitenden Artikel beschrieben, zeigt die resultierende Kurve die Wahrscheinlichkeit des Befragers an.

Um dies zu beantworten, wird ein Stimulus-Händedruck als menschlicher empfunden als der Referenz-Händedruck. Als Funktion von Alpha-Stimulus minus Alpha-Referenz wird der Punkt der subjektiven Gleichheit (PSE) aus dem Schwellenwert von 0,5 der psychometrischen Kurve extrahiert, der die Differenz zwischen Alpha-Stimulus und Alpha-Referenz angibt, bei der die Händedrücke als gleich menschlich empfunden werden. Die Menschlichkeitsnote für das gewichtete menschliche Modellprotokoll wird berechnet, indem der PSE von 0,5 subtrahiert wird; Modelle, die als am wenigsten oder am stärksten menschlich wahrgenommen werden, ergeben Menschlichkeitsnoten von null bzw. eins. Das endgültige Protokoll vergleicht einen Modell-Händedruck mit einem Händedruck, der teilweise menschlich, teilweise aus zufälligem Rauschen besteht.

In diesem Protokoll ist der Stimulus-Handschlag ein computergenerierter Handschlag, der auf einem Modell basiert. Der andere Handschlag, der Referenz-Handschlag, ist eine Kraft, die aus verschiedenen Kombinationen des menschlichen Handschlags und weißem Rauschen erzeugt wird, mit einer maximalen absoluten Kraft von zwei N, gefiltert mithilfe eines Tiefpass-Butterworth-Filters fünfter Ordnung bei einer maximalen Frequenz von zwei durch pi. Am Ende jedes Versuchs wird der Befrager aufgefordert, den Handschlag auszuwählen, der menschenähnlicher wirkte.

Das Protokoll weist eine ähnliche Gestaltung wie den vorherigen Test mit dem gewichteten menschlichen Modell auf. Nach einer Übungsrunde und einem nicht ausgewerteten Block wird eine Serie von 10 experimentellen Blöcken wie folgt durchgeführt. Der PSE wird wie zuvor aus der psychometrischen Kurve extrahiert und definiert die menschliche Ähnlichkeitsstufe des Modells für das hinzugefügte Rauschprotokoll.

Diese Abbildung zeigt Ergebnisse aus dem reinen Protokoll und vergleicht menschliche Händedrücke mit zwei verschiedenen Modell-Händedrücken. Die beiden Punkte zeigen die berechneten Werte der modellierten menschlichen Ähnlichkeit für zwei viskoelastische Modelle namens KB eins und KB zwei. Die Ergebnisse zeigen, dass das Modell KB zwei als menschlicher wahrgenommen wird als Modell KB eins.

Diese Abbildung zeigt die Ergebnisse aus dem gewichteten menschlichen Modellprotokoll, das ein variables Verhältnis menschlicher Modell-Begrüßungen mit einem festen 50-50-Verhältnis menschlicher Modell-Begrüßungen verglich. Die schwarzen Markierungen stellen die Bewertungen der menschlichen Ähnlichkeit für die Testmodelle dar, und die grauen Markierungen stellen jene des Basismodells dar. Die Fehlerbalken repräsentieren die psychometrischen Kurven, Konfidenzintervalle.

Diese Abbildung zeigt die Ergebnisse des hinzugefügten Rauschprotokolls, das einen Modell-Handschlag mit einem Handschlag vergleicht, der ein variierendes Verhältnis von menschlichen zu Rauschanteilen aufweist. Die schwarzen Markierungen stellen die Bewertungen der menschlichen Ähnlichkeit für die Modelle dar, und die grauen Markierungen stellen jene des Rauschens dar. Die Fehlerbalken repräsentieren die Konfidenzintervalle der psychometrischen Kurve.

Diese Ergebnisse zeigen, dass das viskoelastische Modell KB zwei unter Verwendung aller drei Evaluierungsmethoden als menschenähnlicher wahrgenommen wird als das viskoelastische Modell KB eins. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, das Robotergerät korrekt zu bedienen und darauf zu achten, dass die Interaktion so reibungslos wie möglich verläuft. Mit diesem Verfahren können weitere Methoden wie Tests zur Erkennung menschlicher Handschläge bei tiefgreifenden Entwicklungsstörungen durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, beispielsweise: Wie wirken sich tiefgreifende Entwicklungsstörungen auf die Fähigkeit aus, menschliche von nicht-menschlichen Gesten zu unterscheiden? Nach seiner Entwicklung kann diese Technik nun den Weg dafür ebnen, den Handschlag als Erkennungsinstrument zu nutzen.

Wir vermuten, dass der Zweck des Händeschüttelns darin besteht, etwas über die andere Person zu erfahren. Daher kann die von uns vorgeschlagene Methodik zur Entwicklung eines menschenähnlichen Händedrucks auch die Entwicklung eines Klassifizierungssystems für Händedrücke unterstützen, das Informationen über die andere Person aus deren Händedruck extrahieren kann. Nach dem Anschauen dieses Videos sollte man ein gutes Verständnis dafür haben, wie der eindimensionale Tour-like-Handshake-Test durchgeführt wird, und wie wir die zum ersten internationalen Tour-like-Handshake-Test-Turnier eingereichten Händedruck-Modelle bewerten werden.