Das natürliche Bewegungstiming verbessert den Besitz von Roboterarmen

Zusammenfassung

Wenn KI-gestützte Armprothesen, die sich autonom bewegen, weit verbreitet sind, wird es von entscheidender Bedeutung sein, zu verstehen, wie Menschen über sie denken und sie akzeptieren. In dieser Studie haben wir mithilfe der virtuellen Realität eine Situation simuliert, in der der eigene Arm eines Teilnehmers durch eine Roboterarmprothese ersetzt wurde, und untersucht, wie sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Prothese auf die Verkörperung auswirkt, einschließlich Körperbesitz, Entscheidungsgefühl, Benutzerfreundlichkeit und soziale Eindrücke des Roboters wie Kompetenz und Unbehagen. Wir fanden heraus, dass sowohl zu schnelle als auch zu langsame Bewegungen die Körperbeherrschung und die Benutzerfreundlichkeit beeinträchtigten, wohingegen eine mäßige Geschwindigkeit, die der natürlichen menschlichen Reichweite nahe kam, mit einer Bewegungsdauer von etwa einer Sekunde, die positivsten Eindrücke hervorrief.

Inhalt

Wenn eine Person eine Hand oder einen Arm verliert, sind Gliedmaßenprothesen unverzichtbare Technologien zur Aufrechterhaltung alltäglicher Funktionen. Bisher konzentrierte sich ein Großteil der Prothetikforschung auf Steuerungsmethoden, die es dem Gerät ermöglichen, sich entsprechend der Absicht des Benutzers zu bewegen, häufig unter Verwendung von Biosignalen wie Elektromyographie (EMG) und Elektroenzephalographie (EEG), und auf die Verbesserung der Genauigkeit dieser Steuerung. Unterdessen machen Fortschritte im maschinellen Lernen und in der KI immer realistischer, dass zukünftige Prothesen die Situation beurteilen und durch autonome oder halbautonome Bewegungen Hilfe leisten können. Wenn sich ein Körperteil jedoch unabhängig vom eigenen Willen bewegt, empfinden die Menschen dies wahrscheinlich als „beunruhigend“ oder „nicht Teil meines Körpers“, was ein großes Hindernis für die Akzeptanz darstellt.

Frühere Arbeiten zur Bewältigung dieses Problems deuten darauf hin, dass selbst dann, wenn sich ein Glied von selbst bewegt, die Beschwerden verringert und die Akzeptanz als Teil des Körpers erhöht werden kann, wenn das Ziel oder die Absicht der Bewegung verständlich ist. Aufbauend auf dieser Idee konzentrierten sich Harin Manujaya Hapuarachchi und seine Kollegen (Hapuarachchi war zum Zeitpunkt der Studie Doktorand und ist jetzt Assistenzprofessor an der Fakultät für Informatik der Technischen Universität Kochi) auf die Bewegungsgeschwindigkeit. In der virtuellen Realität präsentierten wir einen Avatar, dessen linker Unterarm durch eine Prothese ersetzt wurde, und die Teilnehmer führten eine Greifaufgabe durch. Die Armprothese (ein virtueller Unterarm) beugte sich autonom in Richtung eines Ziels, und wir variierten systematisch ihre Bewegungsdauer in sechs Stufen (125 ms bis 4 s). Nach jeder Bedingung bewerteten die Teilnehmer die Körperbeherrschung, das Gefühl der Entscheidungsfreiheit, die Benutzerfreundlichkeit (SUS) und die sozialen Eindrücke des Roboters (RoSAS: Kompetenz, Wärme und Unbehagen).

Die Ergebnisse waren eindeutig.

• Bei mäßiger Geschwindigkeit (Bewegungsdauer 1 s) waren Körperbesitz, Entscheidungsfreiheit und Benutzerfreundlichkeit am höchsten.

• Unter den schnellsten (125 ms) und langsamsten (4 s) Bedingungen waren Körperbesitz, Entscheidungsfreiheit und Benutzerfreundlichkeit deutlich geringer.

• Die wahrgenommene Kompetenz war bei mäßigen bis etwas höheren Geschwindigkeiten höher, während das Unbehagen bei der schnellsten Kondition am größten war. Die Wärme zeigte keine klare Abhängigkeit von der Geschwindigkeit.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es in einer Zukunft, in der KI-gestützte Prothesen autonome Unterstützung leisten, nicht ausreicht, allein eine schnellere und genauere Leistung anzustreben. Vielmehr sollte die Bewegungsgeschwindigkeit so gestaltet sein, dass sie dem entspricht, was der Mensch problemlos als Teil seines eigenen Körpers akzeptieren kann.

Die Erkenntnisse könnten nicht nur in die Gestaltung autonomer Armprothesen einfließen, sondern auch in andere Formen der Roboterkörpervergrößerung, etwa überzählige Roboterglieder, Exoskelette und tragbare Roboter, die als funktionale Erweiterungen des Körpers fungieren.

Mit Blick auf die Zukunft werden wir auch Anpassung und Lernen durch langfristige Nutzung untersuchen. Menschen können vertraute Werkzeuge erleben, als wären sie Teil ihres Körpers. Wenn ein schnelles und präzises Roboterkörperteil im täglichen Leben kontinuierlich verwendet wird, kann es „normal“ werden, sich einfacher zu verwenden anfühlen und leichter verkörpert werden.

Schließlich ist der Einsatz von VR wichtig, da er es Forschern ermöglicht, prothetische Technologien und Steuerungsschemata, die noch nicht allgemein verfügbar sind, sicher zu simulieren und so die psychologischen, akzeptanzbezogenen und gestalterischen Anforderungen im Voraus zu bewerten.

Quellen: