Grin logo
de en es fr
Shop
GRIN Website
Texte veröffentlichen, Rundum-Service genießen
Zur Shop-Startseite › Ingenieurwissenschaften - Robotik

Hardwiring Robot Empathy through Generation of Artificial Pain

Conceptualizing Empathy into Adaptive Self-Awareness Framework for Robot

Titel: Hardwiring Robot Empathy through Generation of Artificial Pain

Doktorarbeit / Dissertation , 2017 , 221 Seiten

Autor:in: Muh Anshar (Autor:in)

Ingenieurwissenschaften - Robotik
Leseprobe & Details   Blick ins Buch
Zusammenfassung Leseprobe Details

The application and use of robots in various areas of human life have been growing since the advent of robotics, and as a result, an increasing number of collaboration tasks are taking place. During a collaboration, humans and robots typically interact through a physical medium and it is likely that as more interactions occur, the possibility for humans to experience pain will increase. It is therefore of primary importance that robots should be capable of understanding the human concept of pain and to react to that understanding. However, studies reveal that the concept of human pain is strongly related to the complex structure of the human nervous system and the concept of Mind which includes concepts of Self-Awareness and Consciousness. Thus, developing an appropriate concept of pain for robots must incorporate the concepts of Self-Awareness and Consciousness. Our approach is firstly to acquire an appropriate concept of self-awareness as the basis for a robot framework. Secondly, it is to develop an internal capability for a framework for the internal state of the mechanism by inferring information captured through internal and external perceptions. Thirdly, to conceptualise an artificially created pain classification in the form of synthetic pain which mimics the human concept of pain. Fourthly, to demonstrate the implementation of synthetic pain activation on top of the robot framework, using a reasoning approach in relation to past, current and future predicted conditions. Lastly, our aim is to develop and demonstrate an empathy function as a counter action to the kinds of synthetic pain being generated. The framework allows robots to develop "self-consciousness" by focusing attention on two primary levels of self, namely subjective and objective. Once implemented, we report the results and provide insights from novel experiments designed to measure whether a robot is capable of shifting its "self-consciousness" using information obtained from exteroceptive and proprioceptive sensory perceptions. We consider whether the framework can support reasoning skills that allow the robot to predict and generate an accurate "pain" acknowledgement, and at the same time, develop appropriate counter responses. Our experiments are designed to evaluate synthetic pain classification, and the results show that the robot is aware of its internal state through the ability to predict its joint motion and produce appropriate artificial pain generation.

Leseprobe


Table of Contents

1 Introduction

1.1 Overview of the Study Background

1.2 Current Issues

1.3 Description of Proposed Approach

1.4 Brief Description of Experiments

1.5 Contributions and Significance

1.6 Future Development

1.7 Structure of the Book

2 Robot Planning and Robot Cognition

2.1 Motion Planning

2.1.1 Stimulus-based Planning

2.1.2 Reasoning-based Planning

2.2 Robot Cognition

2.2.1 Discussion on Theories of Mind

2.2.2 Self-Awareness

2.2.3 Empathy with the Experience of Pain

2.2.4 Robot Empathy

3 Perceptions, Artificial Pain and the Generation of Robot Empathy

3.1 Perceptions

3.1.1 Proprioception and Exteroception

3.2 Faulty Joint Setting Region and Artificial Pain

3.2.1 Proprioceptive Pain (PP)

3.2.2 Inflammatory Pain (IP)

3.2.3 Sensory Malfunction Pain (SMP)

3.3 Pain Level Assignment

3.4 Synthetic Pain Activation in Robots

3.4.1 Simplified Pain Detection (SPD)

3.4.2 Pain Matrix (PM)

3.5 Generation of Robot Empathy

3.5.1 Empathy Analysis

4 Adaptive Self-Awareness Framework for Robots

4.1 Overview of Adaptive Self-Awareness Framework for Robots

4.1.1 Consciousness Direction

4.1.2 Synthetic Pain Description

4.1.3 Robot Mind

4.1.4 Database

4.1.5 Atomic Actions

4.2 Reasoning Mechanism

4.2.1 Pattern Data Acquisition

4.2.2 Causal Reasoning

5 Integration and Implementation

5.1 Hardware Description

5.2 Experiment

5.2.1 Non-empathic Experiment

5.2.2 Empathic Experiment

5.3 Pre-defined Values

6 Results, Analysis and Discussion

6.1 Experiment Overview

6.2 Non-empathy based Experiments

6.2.1 SPD-based Model

6.2.2 Pain Matrix-based Model

6.3 Empathy-based Experiments

6.3.1 SPD Model

6.3.2 Pain Matrix Model

7 Conclusion and Future Work

7.1 Outcomes

7.1.1 Discussion Prompts

7.1.2 Framework Performance

7.1.3 Synthetic Pain Activation

7.1.4 Robot Empathy with Synthetic Pain

7.2 Future Works

7.2.1 Framework Development

7.2.2 Application Domain

Objectives and Research Focus

This work aims to develop a robust framework for robot self-awareness and empathy by conceptualizing artificial pain. The research explores how robots can monitor their internal states and shift their focus of attention to detect and respond to potential hardware damage, ultimately enabling more effective human-robot interaction and collaboration.

  • Conceptualization of robot self-awareness based on subjective and objective levels.
  • Development of a "dictionary of synthetic pain" to classify artificial pain categories for robots.
  • Implementation of high-level causal reasoning within the robot's internal state framework.
  • Creation of an empathy function as a counter-response to synthetic pain.
  • Demonstration of performance in collaborative human-robot scenarios, including assistive applications.

Excerpt from the Book

1.1 Overview of the Study Background

As the number of robots applications in various areas of human life increases, it is inevitable that more collaborative tasks will take place. During an interaction, humans and robots commonly utilise a physical medium to engage, and the more physical the interaction is, the greater the possibility that robots will cause humans to experience pain. This possibility may arise from human fatigue, robot failure, the working environment or other contingencies that may contribute to accidents. For instance, take the scenario in which robots and humans work together to lift a heavy cinder block. Humans may experience fatigue due to constraints placed on certain body muscles, and over time, this muscle constraint may extend beyond its limit. An overload constraint on muscle degrades the muscle strength and in time introduces damage to internal tissue, leading to the experience of pain. Humans occasionally communicate this internal state verbally or through facial expression. It is of primary importance for robots to consider these sophisticated social cues, capture them and translate them into useful information. Robots can then provide appropriate counter-responses that will prevent humans from experiencing an increase in the severity of pain. Furthermore, robots may play a significant role in anticipating and preventing work accidents from happening.

Summary of Chapters

1 Introduction: Provides the background for the study, identifies current challenges in human-robot interaction, and outlines the research objectives, experimental scope, and the structure of the book.

2 Robot Planning and Robot Cognition: Reviews literature on motion planning and cognitive theories, specifically focusing on theories of mind, self-awareness, and the conceptualization of empathy in robotics.

3 Perceptions, Artificial Pain and the Generation of Robot Empathy: Details the conceptual foundation of perception and artificial pain, explaining how robots classify synthetic pain and generate empathic counter-responses.

4 Adaptive Self-Awareness Framework for Robots: Describes the technical architecture of the Adaptive Self-Awareness Framework (ASAF), including its key components like the Robot Mind and reasoning mechanisms.

5 Integration and Implementation: Documents the practical implementation of the proposed framework using a humanoid robot platform for experiments.

6 Results, Analysis and Discussion: Presents the outcomes of various experiments, analyzing the performance of the framework in different interaction scenarios.

7 Conclusion and Future Work: Summarizes the major research achievements and suggests directions for future development, including potential applications in health care and rescue operations.

Keywords

Robot Empathy, Synthetic Pain, Self-Awareness, Human-Robot Interaction, Causal Reasoning, Cognitive Robotics, Pain Matrix, Proprioception, Exteroception, Assistive Robotics, Artificial Consciousness, Adaptive Framework, Fault Detection, Mind Theory, Humanoid Robots

Frequently Asked Questions

What is the primary focus of this research?

The research focuses on enabling robots to recognize and acknowledge "artificial pain" within their own systems, allowing them to develop empathic responses that improve the safety and effectiveness of human-robot collaborative tasks.

What are the core research themes?

The core themes include robot self-awareness, cognitive architecture, the conceptualization of artificial pain, causal reasoning for failure detection, and the development of empathy as a functional counter-response mechanism.

What is the central research question?

The central question is how a robot can utilize self-awareness and cognition to identify potential hardware damage or environmental hazards (modeled as synthetic pain) and adapt its behavior to act empathetically toward humans and itself.

What scientific methodology is utilized?

The work employs a computational modeling approach, integrating proprioceptive and exteroceptive sensory data into a framework based on "Belief-Desire-Intention" (BDI) and causal reasoning models, evaluated through empirical robotic experiments.

What is covered in the main section?

The main part of the book details the theoretical formulation of the Adaptive Self-Awareness Framework (ASAF), methods for synthetic pain activation, and the implementation of these concepts on real humanoid robotic hardware.

What are the primary keywords for this work?

Key terms include Robot Empathy, Synthetic Pain, Self-Awareness, Human-Robot Interaction, Causal Reasoning, and Cognitive Robotics.

How does the "Pain Matrix" function?

The Pain Matrix is a specialized module in the robot's architecture that processes sensory input, triggers consciousness modifiers, and selects appropriate response actions based on the detected level of "synthetic pain."

What role does the observer robot play in the experiments?

The observer robot monitors the interactions of a human and a mediator robot, using visual perception to project the internal state of the mediator onto itself, thereby generating "empathic" reactions if it detects potential pain triggers.

Ende der Leseprobe aus 221 Seiten  - nach oben

Details

Titel
Hardwiring Robot Empathy through Generation of Artificial Pain
Untertitel
Conceptualizing Empathy into Adaptive Self-Awareness Framework for Robot
Hochschule
University of Technology, Sydney
Veranstaltung
Philosophy Degree
Autor
Muh Anshar (Autor:in)
Erscheinungsjahr
2017
Seiten
221
Katalognummer
V498980
ISBN (eBook)
9783346019905
ISBN (Buch)
9783346019912
Sprache
Englisch
Schlagworte
hardwiring self-awareness adaptive pain artificial generation empathy robot framework conceptualizing
Produktsicherheit
GRIN Publishing GmbH
Arbeit zitieren
Muh Anshar (Autor:in), 2017, Hardwiring Robot Empathy through Generation of Artificial Pain, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/498980
Blick ins Buch
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
  • Wenn Sie diese Meldung sehen, konnt das Bild nicht geladen und dargestellt werden.
Leseprobe aus  221  Seiten
Grin logo
  • Grin.com
  • Versand
  • Kontakt
  • Datenschutz
  • AGB
  • Impressum