Sicher im Straßenverkehr mit expressiver Robotik

Fahrerlose Fahrzeuge rücken vor allem in den USA immer näher an die Realität auf öffentlichen Straßen heran. Damit werden Menschen mit etwas konfrontiert, das der allgemeinen Bevölkerung noch fremd ist: die Absichten von Robotern zu lesen und ihre eigenen Absichten den Maschinen mitzuteilen.

Um die Kommunikation zwischen Menschen und automatisierten Robotern besser zu verstehen und letztendlich Vertrauen zwischen Fußgängern und fahrerlosen Fahrzeugen aufzubauen, übernimmt Motional (ein Unternehmen für fahrerlose Fahrzeuge, das von der Hyundai Motor Group und Aptiv gegründet wurde) Prinzipien aus einem aufstrebenden Gebiet, das als Expressive Robotics bekannt ist – die Untersuchung, wie Roboter auf ein Szenario so reagieren können, wie wir es von einem Menschen erwarten würden.

Paul Schmitt, Chefingenieur von Motional, und sein Team erforschen die biologischen Aspekte der menschlichen Interaktion mit Fahrzeugen, um den Fahrern den Umgang mit selbstfahrenden Autos zu erleichtern. Durch den Einsatz von VR und die Anlehnung an Disneys Animationsprinzipien will das Team die Mensch-Roboter-Interaktion einfach, vertraut und intuitiv gestalten. Hier das Interview:

Können Sie erklären, was expressive Robotik ist und warum sie für Mensch-Maschine-Interaktionen in einer zunehmend automatisierten Welt wichtig ist?

Sicher, stellen Sie sich Folgendes vor. Sie wollen gerade die Straße überqueren, als Sie sich umdrehen und ein herannahendes Fahrzeug sehen. Irgendetwas an diesem Fahrzeug ist anders. Vielleicht fährt es nicht wie andere Fahrzeuge. Vielleicht verhält es sich auch nicht wie andere Fahrzeuge. Und als es sich nähert, ist da noch etwas anderes. Das Innere scheint irgendwie hohl zu sein. Warten Sie. Das Auto ist leer. Es sitzt niemand hinter dem Steuer. Wie würden Sie sich verhalten? Was würden Sie tun? Wie würden Sie sich fühlen?

Damit sich Fußgänger bei der Interaktion mit fahrerlosen Autos wohlfühlen, sollte das Verhalten des Autos idealerweise mit den Erwartungen übereinstimmen. Mit anderen Worten: Das Auto würde seine Handlungen und Absichten auf eine Weise signalisieren, die Menschen intuitiv verstehen.

Um diese Mensch-Auto-Kommunikation zu erleichtern und zu optimieren, entwickelt und erprobt Motional Prinzipien aus einem aufstrebenden Gebiet, das als Expressive Robotics bekannt ist – oder einfacher ausgedrückt, die Studie und Praxis der Vermenschlichung von Robotern.

Als Fußgänger sind wir es gewohnt, mit dem Verkehr zu interagieren, aber viele von uns verlassen sich auf menschliche Signale/Interaktionen — wie Handgesten, Augenkontakt, Körpersprache oder das typische Verhalten eines von Menschen gesteuerten Autos — um sicher auf den Straßen zu navigieren. Natürlich gibt es diese menschlichen Warteschlangen in einem fahrerlosen Auto nicht. Ein selbstfahrendes Auto würde sicher an einen Zebrastreifen heranfahren, aber der Fahrersitz wäre leer. Sie wären nicht in der Lage, Blickkontakt herzustellen, bevor Sie die Straße überqueren.

Nehmen Sie nun dieses Szenario und multiplizieren Sie es mit der Anzahl der Fußgänger, denen ein einzelnes fahrerloses Fahrzeug an einem Tag, einer Woche oder einem Jahr begegnen könnte. Dann multiplizieren Sie das noch einmal mit den Dutzenden, dann Hunderten, dann Tausenden – dann Millionen – von fahrerlosen Fahrzeugen, die voraussichtlich zu unseren Lebzeiten auf den Straßen unterwegs sein werden. Das ist eine immense Anzahl von Interaktionen, für die Fußgänger noch keine klaren, verinnerlichten Anweisungen haben, und das liegt letztlich daran, dass wir von Menschen etwas verlangen, das ihnen noch fremd ist: mit Robotern zu kommunizieren.

Bei Motional arbeiten wir daran, dieses Problem zu lösen. Unser Ziel ist es, fahrerlose Fahrzeuge zu einer sicheren, zuverlässigen und zugänglichen Realität zu machen, und im Mittelpunkt unserer Mission steht die Sicherstellung, dass die Verbraucher verstehen, wie unsere Fahrzeuge in ihre Gemeinschaften passen und sich in ihrer Gegenwart sicher fühlen. Letztendlich arbeiten wir daran, diese Mensch-Roboter-Interaktion einfach, vertraut und intuitiv zu gestalten.

Wie will Motional die Interaktion zwischen Mensch und Auto nahtloser zu gestalten?

Im Laufe des letzten Jahres hat Motional reale Fußgänger in Tausenden von Interaktionen mit autonomen Fahrzeugen unter Verwendung von VR untersucht. Während der Tests tauchen die Teilnehmer in eine realistische Welt ein, eine Kreuzung, auf der sowohl von Menschen gesteuerte als auch fahrerlose Autos unterwegs sind. Der Fußgänger wird einfach aufgefordert, die Straße zu überqueren, wenn er sich wohlfühlt, dann wird dies für eine Vielzahl von Szenarien wiederholt.  Jedes Szenario basiert auf den Prinzipien der expressiven Robotik und besteht aus einem Fahrzeug, das seine Absicht, anzuhalten (oder nicht), durch expressive (vom Menschen inspirierte) Bewegungen, Lichter und/oder Geräusche ausdrückt. Anschließend bitten wir die Teilnehmer zu bewerten, wie sie sich bei jeder Begegnung gefühlt haben.

Unsere ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass Fußgänger positiv reagieren, wenn fahrerlose Fahrzeuge ausdrucksstarkes Bremsen und frühzeitiges Anhalten zeigen – und wir erforschen die Wirksamkeit dieser und anderer Methoden bei wiederholter Anwendung. Wir planen, die vielversprechendsten Signale – die Signale, die es einem fahrerlosen Auto ermöglichen, am deutlichsten mit einem Fußgänger zu kommunizieren – zu nehmen und in unsere zukünftigen Motional-Fahrzeug-Designs einzubauen.

Wir haben bei der Untersuchung einige Überraschungen gefunden. Wir fanden heraus, dass die Zahl der konservativen Fußgänger die der aggressiven überstieg. Da die Teilnehmer aus einer städtischen Umgebung stammten, hatten wir mehr aggressive erwartet. Für einige Fußgänger scheint der Abstand zum Fahrzeug der wichtigste Entscheidungsfaktor zu sein. Für andere ist es die Fahrzeuggeschwindigkeit.  Und für eine kleinere Gruppe ist es die Interaktion mit der Aufmerksamkeit des Fahrers.  Aber vielleicht am überraschendsten ist, wie viele Teilnehmer die Abwesenheit des Fahrers nicht bemerkt haben.  Obwohl den Teilnehmern nicht gesagt wurde, dass es sich bei der Studie um AVs handelte, waren die Hinweise auf die AVs eindeutig (zumindest hatten wir den Eindruck): Das Fahrzeug hatte von außen den AV-Sensor-geladenen Look und im Inneren war der Fahrersitz leer.

Wie wurden Disneys „Principles of Animation“ zu einer Ressource und wie wurde sie bei Ihren Bemühungen eingesetzt?

Um das Ziel einer einfachen, vertrauten und intuitiven Kommunikation von AV-Absichten zu erreichen, haben wir uns von der Computeranimation inspirieren lassen. Genauer gesagt, fanden wir eine Quelle in den Disney-Prinzipien der Animation. Diese wurden erstmals in The Illusion of Life beschrieben und werden von Pixar und unzähligen anderen Animationsstudios verwendet, um unbelebten Drahtgittermodellen Leben einzuhauchen. Auch das Buch von Richard Williams, The Animator’s Survival Kit, war eine Quelle der Inspiration. Wir waren überrascht, wie anwendbar viele der Prinzipien direkt auf die Robotik angewandt werden können, sogar auf Roboter ohne erkennbare menschliche Form (z.B. Torso, Köpfe, Arme, etc.).

Wir haben einige dieser Prinzipien in der Virtual-Reality-Umgebung genutzt, um einige der ausdrucksstarken Verhaltensweisen des autonomen Fahrzeugs zu entwickeln.  Beispiele sind ausdrucksstarkes Bremsen, ausdrucksstarke Haltung („Nase eintauchen“ und „Heck anheben“), ausdrucksstarke Motorengeräusche, ausdrucksstarke Bremsgeräusche.

Wie stellen Sie sich vor, dass Fahrzeuge organisch mit Fußgängern kommunizieren und was braucht es, um das zu erreichen?

Unsere Vision ist, dass autonome Fahrzeuge mit Fußgängern und allen anderen Menschen auf eine Art und Weise interagieren, die einfach, vertraut und intuitiv ist. Wir denken, dass ein erfolgreicher Ansatz darin besteht, Anhaltspunkte von Alltagsgegenständen zu nehmen und diese in AVs zu integrieren. Anstatt sich wie ein Roboter zu bewegen, werden sich die Fahrzeuge auf eine Weise bewegen, die vertraut und vorhersehbar ist.  Anstatt zu klingeln, werden die Geräusche der Fahrzeuge richtungsweisend und illustrativ sein.

Expressive Robotik für fahrerlose Fahrzeuge muss also eine Schnittmenge dieser beiden Paradigmen sein: die Entwicklung einer Technologie, die ihr Bewusstsein, ihre Wahrnehmung und ihre beabsichtigte Aktion speziell für menschliche Passagiere und Fußgänger kommuniziert. Wie Laura Major, CTO von Motional, in ihrem Buch „What to Expect When You’re Expecting Robots“ feststellt, werden die Roboter der Zukunft soziale Maschinen sein.  Damit Fahrzeuge in unseren Gemeinschaften funktionieren, müssen die Fahrzeuge mit Menschen zusammenarbeiten.

Da wir für eine Zukunft planen, in der fahrerlose Fahrzeuge Teil unseres Alltags sind, ist diese Forschung entscheidend dafür, dass die Technologie bequem, sicher und effizient in unser Leben kommt. Diese Vision ist größer als ein einzelnes Unternehmen. In der Tat ist sie größer als unsere Branche. Unsere akademische Gemeinschaft braucht mehr Forschung in diesem Bereich. Deshalb veröffentlichen wir unsere Forschungsergebnisse, um unsere Erkenntnisse zu teilen, das Bewusstsein zu schärfen und weitere Ideen zu wecken.

Wir haben es geschafft, die fahrerlose Industrie aus dem Reich der Science-Fiction dorthin zu bringen, wo wir heute stehen, und um den Weg zur fahrerlosen Realität fortzusetzen, müssen wir weiterhin unsere Fußgänger, Fahrgäste und Gemeinden in diese Reise einbeziehen.