Первые шаги и перспективы развития коммуникации и психологической поддержки космонавтов при помощи социальных роботов | Гуманитарная информатика. 2015. № 9.

Первые шаги и перспективы развития коммуникации и психологической поддержки космонавтов при помощи социальных роботов

Статья посвящена анализу опыта использования роботов для коммуникации и психологической поддержки космонавтов. Рассматриваются: специфика внешнего вида робота, способы построения эффективной коммуникации, проблема доверия при взаимодействии космонавтов с антропоморфными роботами. Анализируются современные образцы роботов космического назначения. Приводятся критерии необходимости и возможности роботизации полётных операций. Обсуждаются перспективы развития космического направления социальной робототехники. Рассматриваются перспективы создания нового робота-андронавта компанией «Нейроботикс». Ключевые слова: коммуникация, социальный робот, социальная космическая робототехника, психологическая поддержка космонавтов, инженерная психология, внутрикорабельная и внекорабельная деятельность, Андронавт.

FIRST STEPS AND PROSPECTS OF ASTRONAUTS PSYCHOLOGICAL SUPPORT THROUGH SOCIAL ROBOTS.pdf С конца XX в. благодаря техническому прогрессу робототехника становится все более функциональной, популярной и доступной для массового потребителя. Теперь роботы задействованы не только на производстве, для военных или медицинских целей, но и для обслуживания частных потребностей людей. Как правило, таких роботов называют сервисными. В качестве примеров сервисов можно привести: уборку дома, чистку бассейна, приготовление пищи и т.д. Как отдельное направление можно рассматривать и совместные развлечения с роботом: поговорить, поиграть, станцевать и др. Роботов, активно взаимодействующих и общающихся с человеком, часто называют также социальными. Это, например, могут быть: няни, сиделки, консультанты на торговых площадках и др. Функциональность и внешний вид робота зависят от тех задач, которые он должен выполнять. Так. роботу-саперу не обязательно иметь антропоморфную внешность, ему достаточно иметь максимальную проходимость (гусеничную мобильную платформу) и надежные манипуляторы. Космические роботы на данный момент создаются для внутрикорабельной и внекорабельной деятельности. Внешность робота, занимающегося внекорабельной деятельностью, не имеет особого значения, если он практически не взаимодействует или слабо взаимодействует с космонавтами. В противном случае для совместной деятельности потребуется более сложная специальная подготовка. Космонавт должен быть функционально и психологически готов к взаимодействию с роботом, конструкция которого отличается от антропоморфной. Облик робота для внутрикорабельных действий, напротив, важен, он должен быть, по всей видимости, антропоморфным, так как такой робот будет постоянно находиться в поле зрения космонавтов и его действия должны быть предсказуемы и понятны членам экипажа. Возникает вопрос, при полётах к другим планетам, в условиях деятельности на пилотируемом космическом аппарате длительное время, в замкнутом пространстве, в небольшом коллективе, при отсутствии внешней помощи, где в каждый момент времени может появиться опасность для экипажа, есть ли место и смысл применению современного робота? Специалистами Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина были разработаны критерии необходимости и возможности роботизации полетных операций на пилотируемых космических аппаратах применительно к антропоморфным роботам [2]. Антропоморфного робота рекомендуется использовать в нескольких случаях: когда возникают экстремальные (аварийные) условия, опасные для жизни и здоровья космонавтов; существует угроза выполнению программы полета; появляется потребность выполнить трудоёмкие и монотонные операции либо операции, требующие большой физической нагрузки, превышающей возможности космонавтов; когда длительность работы в открытом космосе превышает допустимое время пребывания космонавтов в скафандрах. При этом возможность выполнения полётных операций антропоморфным роботом космического назначения во многом зависит от следующих причин: степени детерминированности полётных операций; конструкции и уровня функциональности антропоморфного робота; его способности к навигации и перемещению во внутреннем объеме орбитальной станции и на ее поверхности; технических характеристик (например, скорости и точности выполнения операций, массы и габаритов перемещаемого оборудования и др.); развиваемых физических усилий, степеней подвижности; наличия соответствующего рабочего инструмента и возможности для его применения антропоморфным роботом. За счет постоянного совершенствования космической робототехники и при наличии ограниченных возможностей космонавта можно говорить о том, что уже в ближайшей перспективе космические роботы могут оказаться в некоторых областях деятельности достаточно эффективными. Необходимо также принимать во внимание следующие обстоятельства: космическим роботам не нужны вещи и средства гигиены, разнообразное питание, они не подвержены воздействию эмоций и т.д. Однако у роботов есть свои недостатки: они могут сломаться, требуют обслуживания, электропитания, им сложно, а порой и невозможно выполнять интеллектуальные и творческие операции, а также работать в слабо детерминированной среде. Возможно, эти недостатки будут исправлены или минимизированы в ближайшие десятилетия, однако на данный момент наиболее эффективным кажется совместный труд космонавта и робота космического назначения. Для получения высоких результатов совместной деятельности человека и робота необходимо решить классическую задачу инженерной психологии - согласовать их психофизиологические возможности. Это необходимо сделать, так как существует «проблема симбиоза между системами разной природы: биологическими, наделёнными механизмами психического отражения и активного целеполагания, и техническими, реализующими алгоритмы и технологии искусственного интеллекта» [3, 9]. В классическом понимании психологическая поддержка космонавтов - это совокупность средств, методов и мероприятий поддерживающего и восстановительного характера для обеспечения нормализации отношения экипажа в сложных условиях жизнедеятельности в космическом полёте. Она направлена на социализацию космонавтов, сохранение у них хорошего самочувствия, настроения и высокой работоспособности. Она базируется на обеспечении экипажа информацией, значимой в различных аспектах: эмоциональном, индивидуально-личностном и социально-психологическом с учётом характерологических особенностей каждого из членов экипажа. Есть основания рассчитывать на получение ряда положительных эффектов от осуществления мини-роботом социальных функций в длительном и межпланетном космическом полёте, в том числе: снижения уровня стресса, создания позитивного настроя, уменьшения чувства одиночества, повышения активности общения в экипаже. Многочисленные исследования взаимодействия человека и социального робота показали, что эффективная коммуникация между ними должна базироваться на глубоком понимании коммуникативного процесса и правильном выборе модели поведения. Эмпирические данные по оценке воздействия социальных роботов, разработанных для деятельности в рамках разумной ассистивной среды, свидетельствуют о положительных эффектах социальной робототехнической терапии, что проявляется в виде снижения уровня стресса, создании позитивного настроя, уменьшении чувства одиночества, повышении активности общения и т.д. [5]. Для использования социальных роботов в космонавтике открываются новые возможности и перспективы. По традиции психологическая поддержка космонавтов проводилась дистанционно при помощи теле- и радиосвязи. Использование для этих целей социального робота позволит членам экипажа выбрать любое удобное время для общения, темы и длительность разговоров, робот может менять свои настройки «темперамента» и «настроения» с учетом разговора с конкретным распознанным им космонавтом, учитывая его предпочтения и сиюминутное эмоциональное состояние, может общаться как вербально, так и невербально. Кроме того, в случае необходимости психологи смогут общаться с космонавтами и через робота в режиме телеприсутствия. Среди наиболее известных мировых разработок роботов для внутрикорабельной деятельности и психологической поддержки можно выделить: Kirobo - творение японского Центра научных исследований, а также компаний Dentsu, Robo Garage и Toyota Motor, Валькирия и Робонавт от NASA, SAR 400 и 401 НПО «Андроидная техника», Justin немецкого космического агентства DLR и др. В данной статье будет рассмотрен опыт пребывания на МКС роботов Kirobo и Робонавт 2 и некоторые перспективы использования новой российской разработки - робота-андронавта компании «Нейроботикс». Если рассматривать антропоморфного робота в роли члена экипажа, а не только лишь как средства социализации, т.е. в некоторые моменты времени как субъекта, принимающего решения и действующего в рамках выбранного алгоритма, то и большинство требований к его внешности и поведению должны соответствовать требованиям к космонавтам, а в чём-то и превосходить их. У антропоморфного робота обязательно должны быть: лицо, способное передавать эмоции, руки, не только функциональные, но и позволяющие имитировать жесты, количество рук и степеней свободы может быть большим, чтобы робот мог выполнять более быстрые и точные движения, а иногда и производить несколько действий параллельно; голосовое и зрительное распознавание, собственная речь, интеллект, позволяющий отвечать на вопросы и по возможности удерживать контекст разговора; руки и ноги, подобные человеческим. В целях построения эффективной коммуникации между экипажем и антропоморфным роботом в космосе необходимо провести предварительную работу во время подготовки космонавтов к полету: · экипаж должен быть подготовлен к такому «общению» (знать возможности и ограничения, особенности поведения робота и др.); · подробно изучить индивидуальные особенности членов экипажа (характер, темперамент, интересы, круг общения, семьи и др.); · робот должен «знать» исходные, характерные, индиви-дуальные особенности поведения (привычки) каждого члена экипажа и обязательно учитывать их в процессе «общения», оценки их текущего состояния и его коррекции; · составить и использовать индивидуальные программы общения робота с каждым членом экипажа; · использовать в коммуникативном акте набор различных тем (функциональная музыка, аудиописьма, цветовые и визуальные сюжеты, фотографии, голоса друзей и родных, психорегулирующие упражнения, приятные сюрпризы, что-то из увлечений и др.). Для того чтобы антропоморфный робот мог приносить наибольшую пользу, он должен уметь работать в нескольких режимах: интерактивном (под управлением оператора при помощи джойстика, экзоскелета и т.д.) и автономном (супервизорном) под контролем оператора Центра управления полётом или космонавта. Рассмотрим далее возможности и достижения некоторых человекоподобных роботов, уже побывавших в космосе. Первым антропоморфным космическим роботом стал американский Робонавт 2, разработанный General Motors по заказу NASA. Робот состоял из торса с головой и руками, который был закреплен на платформе. На Международную космическую станцию робот был доставлен в марте 2011 г., где и находится до настоящего времени [4]. Его облик в настоящее время изменился - у него появились ноги. Астронавты проводят его испытания в невесомости. Японский миниробот Kirobo был доставлен на МКС в августе 2013 г. Мини-робот-гуманоид сделан таким образом, что размерами и внешним видом напоминает ребенка. Его рост составляет 34 см, ширина плеч - 18 см, толщина - 15 см, масса чуть больше 1 кг. Мини-робот снабжен системой распознавания голоса и слов, блоком обработки вопросов и формирования ответов на них, синтезатором речи, видеокамерой для записи изображений, блоком распознавания лиц, возможностью перемещаться в невесомости и ориентироваться на борту корабля. При выборе внешности робота ученые стремились помимо воплощения в облике «детскости», сглаживающей ограниченный интеллект, наивность и простоту речи и поведения, послушность и доверчивость, сделать его похожим на космонавта Коичи Ваката [7], с которым ему предстояло быть вместе на Международной космической станции. Помимо оказания психологической поддержки, робот также выступал в роли связующего звена (коммуникатора) между членами экипажа, между астронавтами и Центром управления полётом, между астронавтами и техническими системами, между астронавтами и своим мини-роботом-дублером Mirata. Постановка и поиск решений задачи установления дружеского контакта в процессе диалогового взаимодействия робота и человека является новой и, возможно, одной из самых интересных функций, которая в перспективе может быть использована в системе диалогового взаимодействия бортового робота и экипажа и его психологической поддержки. Важным элементом функционала робота является выявление отклонений состояния и настроения членов экипажа, базирующееся на анализе и оценке изображений лиц астронавтов. Для этой цели мини-робот оснащается программой лицевой (мимика лица, артикуляция губ, положение головы) идентификации. Предполагается, что, используя снимки лиц членов экипажа, обученный робот будет не только распознавать их, но при этом будет в состоянии определить симптомы напряженности, усталости, раздражения, делать надлежащие выводы и даже вступать в адекватные формы общения. 11 февраля 2015 г. Kirobo вернулся на Землю, миссию посчитали успешной, мини-робот дважды вошел в книгу рекордов Гиннесса: как первый робот-напарник (компаньон) человека в космосе и как робот, общавшийся с человеком на самой большой высоте - 414,2 км. Конкретные итоги экспедиции пока не разглашаются. В Интернете в основном говорится, что робот фотографировал и снимал видео, а также разговаривал с астронавтом на японском языке [7, 8]. В дальнейшем Kirobo будут совершенствовать как в механико-электронном направлении, так и в сторону усиления его интеллекта. В 2011 г. был разработан первый человекоподобный российский робот для космических целей - SAR400. Облик его напоминал американского Робонавта, и предназначался он для погрузочно-разгрузочных работ, внешнего осмотра спутников и других космических аппаратов, т.е. для внекорабельной деятельности, управляться он должен был от жесткого экзоскелета. Предполагалось, что его запуск в космос произойдет в течение 2 лет после момента создания [6], в 2013 г. появилась обновленная модификация робота - SAR401, однако до сих пор робот так и не был отправлен в космос, возможно, это произойдет в ближайшие несколько лет. Во второй половине 2014 г. создание антропоморфной робототехнической системы было поручено компании «Нейроботикс», робота назвали Андронавтом. Его работа должна происходить внутри космической станции, основные задачи: инспекция и технологическое обслуживание аппаратуры, помощь космонавту в режиме третьей руки, информационная и психологическая поддержка космонавтов. Робот функционирует как в копирующем режиме (повторяет движения оператора), так и в автономном. Он снабжен системой голосового и зрительного распознавания, интеллектуальной системой, может поддерживать диалог с помощью вербальных и невербальных средств выражения. В рамках психологической поддержки планируется интегрировать в Андронавта чат-бота Пушкин, с которым можно будет поговорить о различных жизненных ситуациях (воспоминания современников и обилие произведений позволяет наполнить базу данных робота), вместе посмеяться, посмотреть фото и видео. Во второй половине 2015 г. будет происходить защита проекта перед Роскосмосом, в случае положительного исхода робот продолжит совершенствоваться и готовиться к работе на космической станции нового типа, которую планируется запустить к 2020 г. Можно предположить, что в ближайшие 10-20 лет в робототехнике произойдут глобальные изменения за счет совершенствования электроники, изобретения новых материалов, увеличения срока службы аккумуляторов, появления двигателей, способных выдерживать большую нагрузку и обеспечивающих при этом высокую точность, разработки еще более интеллектуальных систем с огромными вычислительными способностями. За это время возможен прогресс и в космическом кораблестроении, в результате которого на орбиту могут быть выведены новые станции, реализующие в полном объеме концепцию «умного дома», обеспечивающего комфортные условия для проживания и работы человека на космической станции. Таким образом, использование в космосе робототехнических средств для выполнения большинства операций обслуживающего характера станет менее затратным и более эффективным, космонавты же будут избавлены от рутинной и опасной работы и смогут посвятить свое время научным исследованиям и другим творческим задачам. Кроме того, роботы смогут диагностировать эмоциональное состояние человека при помощи вербальных и невербальных средств выражения в процессе диалога и своевременно оказывать психологическую поддержку.

Ключевые слова

«Andronavt», internal ship and extravehicular activity, engineering psychology, social space robotics, psychological support for astronauts, social robot, Андронавт, communication, внутрикорабельная и внекорабельная деятельность, инженерная психология, психологическая поддержка космонавтов, социальная космическая робототехника, коммуникация, социальный робот

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Супотницкий А.Н.ООО «Нейроботикс», Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина», Москва, Россия
Богачёва Р.А.ООО «Нейроботикс», Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина», Москва, Россия
Всего: 2

Ссылки

Супотницкий А.Н. Обоснование понятийного аппарата и состава эмпирических данных для определения области применения антропоморфных роботов в пилотируемой космонавтике // Пилотируемые полеты в космос. 2014. № 1(10). С. 79.
Сергеев С.Ф., Сергеева А.С. Проблема квазисоциального интерфейса в робототехнических средах // Труды международной научно-технической конференции ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ РОБОТОТЕХНИКА. СПб.: Изд-во ЦНИИ робототехники и техничес-кой кибернетики [er.rtc/ru]. 2014. С. 22-31, 331-340.
Сегодня к МКС отправился робот Kirobo [Электронный ресурс]. URL: http://www.infuture.ru/article/9307 (дата обращения: 22.03.2015).
Первый российский робот для работы в космосе [Электронный ресурс]. URL: http://www.dailytechinfo.org/space/3414-sar-400-pervyy-rossiyskiy-robot-android-dlya-raboty-v-kosmose.html (дата обращения: 25.03.2015).
Робот-космонавт Kirobo вернулся в Японию и сразу стал рекордсменом [Электронный ресурс]. URL: http://www.3dnews.ru/911709 (дата обращения: 20.03.2015).
Новости космонавтики. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://novostikos-monavtiki.ru/forum/messages/forum10/topic13627/message1077787/#message1077787 (дата обращения: 21.03.2015).
НАСА отправило в космос первого человекоподобного робота [Электронный ресурс]. URL: http://www.3dnews.ru/607330 (дата обращения: 22.03.2015).
Карпов А.А. Ассистивные информационные технологии на основе аудиовизуальных речевых интерфейсов [Электронный ресурс]. URL: proceedings.spiiras. nw.ru/ojs/index.php/sp/article/download/../1584 (дата обращения: 24.03.2015).
Бурдин Б.В., Михайлюк М.В., Сохин И.Г., Торгашев М.А. Использование виртуальных моделей 3D-моделей для экспериментальной отработки бортовых полетных операций, выполняемых с помощью антропоморфных роботов // Труды 7-го Международного симпозиума «Экстремальная робототехника = робототехника для работы в условия опасной окружающей среды» (Санкт-Петербург). 2-3 октября 2013 г. СПб.: Политехника-сервис, 2013. С. 221.
Акимов В. Звездный конкурент: как Илон Маск угрожает российской космической отрасли [Электронный ресурс]. URL: http://top.rbc.ru/technology_and_media/ 14/01/2015/54b2980e9a794746307389e7 (дата обращения: 26.03.2015).
 Первые шаги и перспективы развития коммуникации и психологической поддержки космонавтов при помощи социальных роботов | Гуманитарная информатика. 2015. № 9.

Первые шаги и перспективы развития коммуникации и психологической поддержки космонавтов при помощи социальных роботов | Гуманитарная информатика. 2015. № 9.