Jednowymiarowy test uścisku dłoni typu Turinga w ocenie inteligencji motorycznej

Ogólnym celem tej procedury jest ustalenie, w jakim stopniu model komputerowy uścisku dłoni odpowiada uściskowi dłoni ludzkiej. Zostaje to osiągnięte poprzez zaprezentowanie badanym par uścisków dłoni: albo generowanych komputerowo, ludzkich, albo kombinacji obu, z wykorzystaniem interfejsu telerobotycznego. Drugim krokiem procedury jest poproszenie każdego badanego o wskazanie w każdej parze, który z dwóch uścisków dłoni jest bardziej zbliżony do ludzkiego.

Ostatnim krokiem procedury jest obliczenie na podstawie odpowiedzi badanego stopnia podobieństwa do człowieka dla modelu uścisku dłoni, czyli stopnia podobieństwa modelu do człowieka (MHLG). W rezultacie można uzyskać wyniki wykazujące istotne różnice między poszczególnymi modelami w zakresie MHLG, wykorzystując test uścisku dłoni typu Turinga. Test Turinga jest w rzeczywistości ograniczony do inteligencji werbalnej, podczas gdy naukowcy i inżynierowie zaobserwowali znaczną lukę między inteligencją sztuczną a naturalną w aspekcie kontroli motorycznej zachowań ruchowych.

Wielu naukowców rozważało tę motoryczną wersję testu Turinga, jednak dopiero niedawno w laboratoriach badawczych pojawiły się sterowalne urządzenia robotyczne, które ułatwiły wdrożenie prostego, powtarzalnego protokołu testu uścisku dłoni na wzór testu Turinga. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie interakcji człowiek-robot, takie jak to, jakie cechy ruchów ramion człowieka zapewniają naturalne wrażenie dotyku. Zastosowania tej techniki obejmują również diagnostykę zaburzeń motorycznych, takich jak mózgowe porażenie dzieci.

Kolejnym krokiem jest zbudowanie robotycznego urządzenia diagnostycznego, które potrafi odróżnić prawidłowy uścisk dłoni człowieka od uścisku zaburzonego. Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ ruch uścisku dłoni w systemie telerobotycznym nie jest naturalny i wymaga czasu oraz praktyki, aby nauczyć się obsługi robota i interakcji z nim. Zgodnie z oryginalną koncepcją klasycznego testu Turinga, eksperymenty z uściskiem dłoni obejmują trzy podmioty: człowieka, komputer oraz przesłuchującego.

Przesłuchujący i człowiek znajdują się w tym samym pomieszczeniu, lecz są oddzieleni ekranem, dzięki czemu przesłuchujący nie wie, czy uściski dłoni generuje komputer, czy człowiek. Uściski dłoni nie są bezpośrednie, lecz realizowane za pomocą mechanicznego interfejsu telerobotycznego składającego się z dwóch robotów pulpitowych phantom w przypadku uścisku dłoni człowieka oraz jednego robota phantom i oprogramowania w przypadku uścisku komputerowego. W sytuacji uścisku komputerowego, gdy na ekranie komputera pojawi się słowo „handshake”, przesłuchujący i człowiek natychmiast wykonują ruchy imitujące uścisk dłoni, poruszając rysikiem interfejsu telerobotycznego w kierunku pionowym.

Zadaniem przesłuchującego jest porównanie dwóch uścisków dłoni i wybranie tego, który bardziej przypomina ludzki, poprzez naciśnięcie klawisza Home lub F1 w celu wyboru pierwszego uścisku dłoni lub naciśnięcie klawisza End lub F2 w celu wyboru drugiego uścisku dłoni. Trzy protokoły eksperymentalne zaprezentowane w tym filmie różnią się od siebie składem porównywanych uścisków dłoni. Pierwszy protokół to czysty protokół testu Turinga, w którym dokonuje się wyboru między uściskiem dłoni człowieka a uściskiem dłoni wygenerowanym komputerowo.

Drugi protokół obejmuje uściski dłoni o zróżnicowanym składzie sił generowanych przez człowieka i komputer. Trzeci protokół obejmuje uściski dłoni stanowiące różne kombinacje uścisku generowanego przez człowieka i szumu lub wyłącznie sił generowanych przez komputer. W trakcie eksperymentu, po wyświetleniu komunikatu „wprowadź nazwę pliku losowego”, automatycznie tworzony jest losowy plik.

Jeśli plik już istnieje, system wykorzystuje istniejący plik. W przeciwnym razie system automatycznie generuje nowy, losowy plik o określonej nazwie. Plik losowy definiuje kolejność, w jakiej następują poszczególne uściski dłoni (handshakes).

Czysty protokół rozpoczyna się od 12 prób treningowych, obejmujących po dwa uściski dłoni każda, podczas których człowiek i przesłuchujący ściskają sobie dłonie 24 razy za pośrednictwem systemu telerobotycznego. Przesłuchujący wie na tym etapie, że ściska dłoń człowieka. Celem tych prób treningowych jest zapoznanie uczestników z interfejsem telerobotycznym.

Po rundzie próbnej wykonuje się blok czterech prób. Uścisk dłoni człowieka jest porównywany z jednym z czterech uścisków dłoni modeli komputerowych w losowej kolejności, jak pokazano w tym przykładzie. Na przykład, w pierwszej próbie pierwszego bloku osoba badająca wykonuje uścisk dłoni dwukrotnie.

Pierwszy uścisk dłoni jest wykonywany przez człowieka, a drugi przez komputer z zastosowaniem sił określonych przez model trzy. Następnie przesłuchujący wybiera między uściskiem numer jeden a uściskiem numer dwa, aby ocenić, który z nich jest bardziej podobny do ludzkiego. Na przykład, jeśli przesłuchujący wskaże uścisk numer jeden jako bardziej ludzki, oznacza to wybór uścisku wykonanego przez człowieka.

Jednak osoba przesłuchująca nie otrzymuje informacji, czy poprawnie zidentyfikowała uścisk dłoni człowieka w następnej próbie. Pierwszy uścisk dłoni osoby przesłuchującej odbywa się z modelem komputerowym dwa, a drugi z człowiekiem. Osoba przesłuchująca ponownie wybiera uścisk dłoni najbardziej przypominający ludzki.

Przeprowadza się dwie kolejne próby w podobny sposób. Aby przetestować pozostałe dwa modele, model jeden i model cztery, zestawiono je z uściskiem dłoni człowieka. To kończy jeden blok prób.

Eksperyment składa się z 11 bloków po cztery próby każdy, w których cztery modele uścisków dłoni są prezentowane w losowej kolejności w każdym bloku. Pierwszy blok jest blokiem treningowym, a analiza jest przeprowadzana na pozostałych 10 blokach. Po ukończeniu 10 bloków eksperymentu każdy z czterech modeli uścisku dłoni został przetestowany 10 razy w zestawieniu z uściskiem dłoni człowieka.

Po zakończeniu 11 bloków eksperymentalnych, dla każdego z czterech badanych modeli obliczana jest ocena podobieństwa do człowieka. Analizę przeprowadza się poprzez obliczenie proporcji uścisków dłoni, w których badany stwierdza, że uścisk modelu jest bardziej zbliżony do ludzkiego niż uścisk człowieka. Na przykład, jeśli osoba badająca wybierze uścisk modelu zamiast uścisku człowieka w dwóch z 10 przypadków, proporcja modelu do człowieka wyniesie 0.2; należy pomnożyć tę proporcję przez dwa, aby uzyskać ocenę podobieństwa modelu do człowieka.

Dla każdego modelu, w którym proporcja wynosi 0,2, stopień podobieństwa do człowieka dla pierwszego modelu wynosiłby 0,4. Jeśli model trzeci zostałby wybrany jako bardziej podobny do człowieka w czterech z 10 prób, wówczas jego proporcja wyniosłaby 0,4, a stopień podobieństwa modelu do człowieka wyniósłby 0,8. Jeśli model jest nieodróżnialny od człowieka, jego obliczona proporcja wyniosłaby 0,5, a stopień podobieństwa modelu do człowieka wyniósłby jeden.

Jeśli model jest ewidentnie nieludzki, podobnie jak w jego wzorcu, stopień podobieństwa do człowieka wyniesie zero. MHLG jest ograniczony do wartości jeden. W niniejszym protokole wygenerowano uściski dłoni z elementami ludzkimi w modelu, gdzie konkretna kombinacja różni się w zależności od próby na skali od całkowicie wygenerowanego komputerowo uścisku dłoni do całkowicie ludzkiego uścisku dłoni.

W związku z tym ten zestaw eksperymentów określany jest jako test obciążonego modelu ludzkiego. Protokół rozpoczyna się od bloku treningowego, który ma pomóc osobie przesłuchującej nauczyć się rozpoznawać uścisk dłoni czysto ludzki oraz zapoznać się z aparaturą. Dlatego blok treningowy obejmuje 30 prób, w których porównuje się uścisk dłoni czysto ludzki z uściskiem dłoni generowanym komputerowo.

Na koniec każdej próby osoba przesłuchująca wskazuje, który z dwóch uścisków dłoni był bardziej ludzki. Jeśli osoba przesłuchująca poprawnie zidentyfikuje ludzki uścisk dłoni, na ekranie pojawi się komunikat „poprawnie”. Jeśli osoba przesłuchująca nie wybierze właściwego uścisku dłoni, pojawi się komunikat „błędnie”, a osoba przesłuchująca otrzyma możliwość powtórzenia ostatniej próby treningowej.

Po bloku ćwiczeń osoba badająca rozpoczyna serię prób w celu oceny dwóch uścisków dłoni. Dwa uściski dłoni to uścisk stymulujący oraz uścisk referencyjny, z których każdy stanowi kombinację sił człowieka i modelu. W przypadku uścisku referencyjnego odczucie uścisku przez osobę badającą jest równomieszaniną sił generowanych przez człowieka oraz modelu generowanego komputerowo.

Innymi słowy, podczas gdy uczestnik wykonuje ruch uścisku dłoni, uścisk ten generuje jedynie 50% siły odczuwanej przez osobę badaną, a pozostałe 50% siły pochodzi z modelu w uścisku bodźcowym; uścisk odczuwany przez osobę badaną jest zatem zmienną mieszaniną sił generowanych przez człowieka oraz przez model generowany komputerowo. W niektórych uściskach bodźcowych udział człowieka jest większy niż połowa, a tym samym większy niż w uścisku referencyjnym. W innych uściskach bodźcowych udział człowieka jest mniejszy niż połowa, a zatem mniejszy niż w uścisku referencyjnym.

Na koniec każdej próby ankietowany jest proszony o wybranie uścisku dłoni, który wydał mu się bardziej ludzki. W tym eksperymencie porównuje się trzy modele: dwa modele testowe oraz jeden model bazowy. Podobnie jak w protokole czystym, niniejszy protokół rozpoczyna się od jednego bloku nieanalizowanego, po którym następuje 10 bloków eksperymentalnych.

Każdy blok eksperymentalny składa się z 24 prób, obejmujących każdą z ośmiu liniowych kombinacji modelu i człowieka dla każdej z trzech kombinacji modeli. Po zakończeniu 10 bloków eksperymentalnych do odpowiedzi osoby przesłuchującej dopasowuje się logistyczną funkcję psychometryczną. Jak opisano w towarzyszącym artykule, wynikowa krzywa przedstawia prawdopodobieństwo wyboru osoby przesłuchującej.

Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy ustalić, czy uścisk dłoni stymulujący jest bardziej podobny do ludzkiego niż uścisk dłoni referencyjny. Jako funkcja wartości alpha bodźca pomniejszonej o wartość alpha referencji, punkt subiektywnej równości (PSE) jest wyznaczany z poziomu progu 0,5 krzywej psychometrycznej, co wskazuje różnicę między alpha bodźca a alpha referencji, przy której oba uściski dłoni są postrzegane jako w równym stopniu podobne do ludzkiego modelu. Stopień podobieństwa do człowieka dla protokołu ważonego modelu ludzkiego oblicza się poprzez odjęcie PSE od 0,5; modele postrzegane jako najmniej lub najbardziej podobne do ludzkiego generują odpowiednio wartości stopnia podobieństwa wynoszące zero lub jeden. Końcowy protokół porównuje uścisk dłoni modelu z uściskiem dłoni składającym się częściowo z sygnału ludzkiego, a częściowo z szumu losowego.

W niniejszym protokole uścisk stymulujący jest generowanym komputerowo uściskiem opartym na modelu. Drugi uścisk, uścisk referencyjny, jest siłą generowaną z różnych kombinacji ludzkiego uścisku i białego szumu o maksymalnej wartości bezwzględnej siły 2 N, przefiltrowaną za pomocą filtru dolnoprzepustowego Butterwortha piątego rzędu przy częstotliwości maksymalnej równej 2/pi. Na koniec każdej próby osoba badająca jest proszona o wskazanie uścisku, który wydał się bardziej naturalny (bardziej ludzki).

Protokół ma podobną strukturę jak poprzedni test obciążonego modelu człowieka. Po rundzie próbnej i nieanalizowanym bloku przeprowadza się serię 10 bloków eksperymentalnych w następujący sposób. PSE jest wyodrębniane z krzywej psychometrycznej tak jak wcześniej i definiuje stopień podobieństwa modelu do człowieka dla protokołu z dodanym szumem.

Rysunek ten przedstawia wyniki uzyskane zgodnie z czystym protokołem i porównuje uściski dłoni człowieka z dwoma różnymi modelami uścisków. Dwa punkty wskazują obliczone wartości stopnia podobieństwa do człowieka dla dwóch modeli lepkosprężystych nazwanych KB one i KB two. Wyniki wykazują, że model KB two jest postrzegany jako bardziej podobny do ludzkiego niż model KB one.

Na tej figurze przedstawiono wyniki z protokołu z ważonym modelem człowieka, w którym porównano zmienny stosunek uścisków dłoni model-człowiek do stałego stosunku 50 50 uścisków dłoni model-człowiek. Czarne znaczniki reprezentują oceny podobieństwa do człowieka dla modeli testowych, a szare znaczniki reprezentują oceny modelu bazowego. Słupki błędów przedstawiają przedziały ufności krzywych psychometrycznych.

Rysunek ten przedstawia wyniki protokołu dodanego szumu, w którym porównano uścisk dłoni modelu z uściskiem dłoni o zmiennym stosunku komponentów ludzkich do szumu. Czarne znaczniki reprezentują oceny podobieństwa do człowieka dla modeli, a szare znaczniki reprezentują oceny dla szumu. Słupki błędów przedstawiają przedziały ufności krzywej psychometrycznej.

Wyniki te wykazują, że model wiskoelastyczny KB dwa jest postrzegany jako bardziej zbliżony do ludzkiego niż model wiskoelastyczny KB jeden, przy zastosowaniu wszystkich trzech metod oceny. Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby prawidłowo wchodzić w interakcję z urządzeniem robotycznym i dążyć do tego, by interakcja przebiegała jak najpłynniej. Po przeprowadzeniu tej procedury można zastosować inne metody, takie jak testowanie rozpoznawania ludzkich uścisków dłoni w zaburzeniach rozwoju o charakterze wszechogarniającym, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, na przykład: w jaki sposób zaburzenia rozwoju o charakterze wszechogarniającym wpływają na zdolność rozróżniania gestów ludzkich od nieludzkich? Obecnie, po opracowaniu tej techniki, może ona utorować drogę do wykorzystania uścisku dłoni jako narzędzia rozpoznawczego.

Stawiamy hipotezę, że celem uścisku dłoni jest poznanie pewnych informacji o drugiej osobie. W związku z tym proponowana przez nas metodologia opracowywania uścisku dłoni przypominającego ludzki może również ułatwić stworzenie systemu klasyfikacji uścisków dłoni, który pozwoli wydobyć informacje o drugiej osobie na podstawie sposobu, w jaki podaje ona dłoń. Po obejrzeniu tego filmu widz powinien dobrze zrozumieć, jak przeprowadzić jednowymiarowy test uścisku dłoni typu „tour like” oraz w jaki sposób będziemy oceniać modele uścisków dłoni zgłoszone do pierwszego międzynarodowego turnieju testów uścisków dłoni typu „tour like”.