Effects of Robot's Head movement and Timing in Human-Robot Interaction

Abstract

In recent years, robots with artificial intelligence capabilities have become ubiquitous in our daily lives. As intelligent robots are interacting closely with humans, social abilities of robots are increasingly more important. In particular, nonverbal communication can enhance the efficient social interaction between human users and robots, but there are limitations of behavior expression. In this study, we investigated how minimal head movements of the robot influence human-robot interaction. We newly designed a robot which has a simple shaped body and minimal head movement mechanism. We conducted an experiment to examine participants' perception of robots different head movements and timing. Participants were randomly assigned to one of three movement conditions, head nodding (A), head shaking (B) and head tilting (C). Each movement condition included two timing variables, prior head movement of utterance and simultaneous head movement with utterance. For all head movement conditions, participants' perception of anthropomorphism, animacy, likeability and intelligence were higher compared to non-movement (utterance only) condition. In terms of timing, when the robot performed head movement prior to utterance, perceived naturalness was rated higher than simultaneous head movement with utterance. The findings demonstrated that head movements of the robot positively affects user perception of the robot, and head movement prior to utterance can make human-robot conversation more natural. By implementation of head movement and movement timing, simple shaped robots can have better social interaction with humans.

최근 인공지능 로봇은 일상에서 흔하게 접할 수 있는 것이 되었다. 인간과의 교류가 늘어남에 따라 로봇의 사회적 능력은 더 중요해지고 있다. 인간과 로봇의 사회적 상호작용은 비언어적 커뮤니케이션을 통해 강화될 수 있다. 그러나 로봇은 비언어적 제스처의 표현에 제약을 갖는다. 또한 로봇의 응답 지연 문제는 인간이 불편한 침묵의 순간을 경험하게 한다. 본 연구를 통해 로봇의 고개 움직임이 인간과 로봇의 상호작용에 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 로봇의 고개 움직임을 탐구하기 위해 단순한 형상과 고개를 움직이는 구조를 가진 로봇을 새롭게 디자인하였다. 이 로봇을 활용하여 로봇의 머리 움직임과 타이밍이 참여자에게 어떻게 지각되는지 실험하였다. 참여자들은 3가지 움직임 조건인, 끄덕임 (A), 좌우로 저음 (B), 기울임 (C) 중 한 가지 조건에 무작위로 선정되었다. 각각의 고개 움직임 조건은 두 가지 타이밍(음성보다 앞선 고개 움직임, 음성과 동시에 일어나는 고개 움직임)의 변수를 갖는다. 모든 타입의 고개 움직임에서 움직임이 없는 조건과 비교하여 로봇의 인격화, 활동성, 호감도, 감지된 지능이 향상된 것을 관찰하였다. 타이밍은 로봇의 음성보다 고개 움직임이 앞설 때 자연스러움이 높게 지각되는 것으로 관찰되었다. 결과적으로, 로봇의 고개 움직임은 사용자의 지각에 긍정적인 영향을 주며, 앞선 타이밍의 고개 움직임이 자연스러움을 향상시키는 것을 확인하였다. 고개를 움직이는 동작과 타이밍을 통해 단순한 형상의 로봇과 인간의 상호작용이 향상될 수 있음을 본 연구를 통해 확인하였다.