Eendimensionale Turing-Like Handshake test voor Motor Intelligence

Het algemene doel van deze procedure is om vast te stellen in hoeverre een computermodel van een handdruk overeenkomt met de menselijke handdruk. Dit wordt bereikt door de proefpersonen eerst paren handdrukken te presenteren, waarbij deze ofwel door mensen of door computers zijn gegenereerd, of een combinatie van beide via een telero-botische interface. De tweede stap van de procedure is om elke proefpersoon binnen elk paar te laten kiezen welke van de twee handdrukken menselijker aanvoelt.

De laatste stap van de procedure is om op basis van de antwoorden van de proefpersoon de menselijke gelijkenisgraad te berekenen, voor het handschudmodel de model-menselijke gelijkenisgraad, of MHLG. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen die een significant onderscheid tonen tussen verschillende modellen, MH Gs, met gebruik van de Turing-achtige handschudtest. De Turingtest is feitelijk beperkt tot verbale intelligentie, terwijl wetenschappers en ingenieurs een groot gat observeerden tussen kunstmatige en natuurlijke intelligentie wat betreft het aspect van motorische controle van het motorisch gedrag.

Veel wetenschappers hebben nagedacht over deze motorische versie van de Turing-test, maar pas onlangs zijn bestuurbare robotische apparaten in onderzoekslaboratoria beschikbaar geworden die de implementatie van een eenvoudig, reproduceerbaar protocol voor een Turing-achtige handschudtest mogelijk maken. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen binnen het veld van mens-robotinteractie, zoals wat de belangrijkste kenmerken zijn van menselijke armbewegingen die zorgen voor een natuurlijke menselijke tastervaring. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot onze diagnose van motorische beperkingen, zoals cerebrale parese.

De volgende stap is het bouwen van een robotisch diagnoseapparaat dat een gezonde menselijke handdruk kan onderscheiden van een aangetaste. Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, aangezien de handdrukbeweging via het telerobotische systeem niet natuurlijk verloopt en het tijd en oefening kost om te leren hoe men de robot moet bedienen en ermee moet interageren. In navolging van het oorspronkelijke concept van de klassieke Turingtest bestaan de handdrukexperimenten uit drie entiteiten: een mens, een computer en een ondervrager.

De ondervrager en de mens bevinden zich in dezelfde ruimte, maar zijn gescheiden door een scherm, waardoor de ondervrager niet kan zien of de computer of de mens de handdruk genereert. De handdrukken zijn geen directe handdrukken, maar worden gerealiseerd via een mechanische telerobotische interface bestaande uit twee phantom-desktoprobots in het geval van een menselijke handdruk, en één phantom-robot en software. In het geval van een computerhanddruk maken de ondervrager en de mens onmiddellijk handdrukbewegingen door de stylus van de telerobotische interface in verticale richting te bewegen zodra het woord handdruk op het computerscherm verschijnt.

De taak van de ondervrager is om twee handshakes te vergelijken en te selecteren welke meer menselijk is door op de home- of F1-toets te drukken om de eerste handshake te kiezen, of op de end- of F2-toets om de tweede handshake te kiezen. De drie experimentele protocollen die in deze video worden gedemonstreerd, verschillen van elkaar door de samenstelling van de handshakes die worden vergeleken. Het eerste protocol is het pure Turing-testprotocol, maar dan met keuzes tussen een menselijke handshake en een door de computer gegenereerde handshake.

Het tweede protocol omvat handdrukken die bestaan uit variërende composities van door mensen gegenereerde en door computers gegenereerde krachten. Het derde protocol bevat handdrukken die variërende combinaties zijn van een door mensen gegenereerde handdruk en ruis, of puur door computers gegenereerde krachten. Tijdens het experiment wordt automatisch een willekeurig bestand aangemaakt bij de opdracht om een naam voor het willekeurige bestand in te voeren.

Als het bestand al bestaat, gebruikt het systeem het bestaande bestand. Anders genereert het systeem automatisch een nieuw willekeurig bestand met de opgegeven naam. Het willekeurige bestand bepaalt de volgorde waarin de verschillende handshakes plaatsvinden.

Het pure protocol begint met 12 oefenproeven van telkens twee handdrukken, waarbij de mens en de ondervrager 24 keer elkaar de hand schudden via het tele-robotische systeem. De ondervrager weet in deze fase dat hij de hand schudt met een mens. Het doel van deze oefenproeven is om de deelnemers vertrouwd te maken met de tele-robotische interface.

Na de oefenronde wordt een blok van vier trials uitgevoerd. In elke trial wordt een menselijke handdruk vergeleken met een van de vier computermodelhanddrukken in een willekeurige volgorde, zoals getoond in dit voorbeeld. In trial één van blok één schudt de ondervrager bijvoorbeeld twee keer de hand.

De eerste handdruk wordt gegenereerd door de mens en de tweede handdruk wordt gegenereerd door de computer met gebruik van de krachten zoals voorgeschreven door model drie. De ondervrager kiest vervolgens tussen handdruk nummer één en handdruk nummer twee om te bepalen welke handdruk menselijker is. Als de ondervrager bijvoorbeeld handdruk nummer één selecteert als zijnde menselijker, heeft de ondervrager de menselijke handdruk gekozen.

De ondervrager krijgt echter niet te horen of hij of zij de menselijke handdruk in de volgende ronde correct heeft geïdentificeerd. De eerste handdruk van de ondervrager is met computermodel twee, en de tweede handdruk is met de mens. De ondervrager selecteert opnieuw de meest mensachtige handdruk.

Er worden nog twee proeven op soortgelijke wijze uitgevoerd. Om de resterende twee modellen, model één en model vier, te testen tegenover de menselijke handdruk. Hiermee is één blok proeven voltooid.

Het experiment bestaat uit 11 blokken van elk vier pogingen, waarbij de vier modelhanddrukken in elk blok in willekeurige volgorde worden gepresenteerd. Het eerste blok is een oefenblok en de analyse wordt uitgevoerd op de resterende 10 blokken. Na voltooiing van de 10 blokken van het experiment is elk van de vier handdrukmodellen 10 keer getest tegenover een menselijke handdruk.

Na voltooiing van de 11 experimentele blokken wordt voor elk van de vier geteste modellen een score voor menselijke gelijkenis berekend. De analyse wordt uitgevoerd door de proportie handdrukken te berekenen waarbij het subject aangeeft dat de handdruk van het model menselijker is dan de menselijke handdruk. Als de ondervrager bijvoorbeeld bij twee van de 10 handdrukken de handdruk van het model verkiest boven de menselijke handdruk, dan is de proportie model ten opzichte van mens 0,2; vermenigvuldig deze proportie met twee om de score voor menselijke gelijkenis van het model te verkrijgen.

Voor elk model waarbij de proportie 0,2 is, zou de menselijkheidsgraad van model één 0,4 zijn. Als model drie in vier van de 10 pogingen als menselijker werd geselecteerd, dan zou de proportie 0,4 zijn en de menselijkheidsgraad van het model 0,8. Als een model ononderscheidbaar is van een mens, zou de berekende proportie 0,5 zijn en de menselijkheidsgraad van het model één zijn.

Als een model duidelijk niet-menselijk is, zoals bij zijn model, is de graad van menselijke gelijkenis nul. De MHLG is beperkt tot maximaal één. In dit protocol variëren de gegenereerde handdrukken, los van het menselijke deelmodel, over de proeven heen op een schaal van een volledig door de computer gegenereerde handdruk tot een volledig menselijke handdruk.

Daarom wordt deze reeks experimenten aangeduid als de gewogen menselijke modeltest. Het protocol begint met het oefenblok om de ondervrager te helpen een puur menselijke handdruk te herkennen en vertrouwd te raken met de apparatuur. Daarom bevat het oefenblok 30 trials waarin een puur menselijke handdruk wordt vergeleken met een door de computer gegenereerde handdruk.

Aan het einde van elke proef kiest de ondervrager welke van de twee handdrukken het meest menselijk was. Als de ondervrager de menselijke handdruk correct identificeert, verschijnt er 'correct' op het scherm. Als de ondervrager niet de juiste handdruk kiest, verschijnt er een bericht dat het fout is en krijgt de ondervrager de mogelijkheid om de laatste oefenproef te herhalen.

Na het oefenblok begint de ondervrager met een reeks proeven om twee handschuddingen te evalueren. De twee handschuddingen zijn een stimulus-handschudding en een referentie-handschudding, waarbij beide een combinatie zijn van menselijke en modelkrachten. Bij de referentie-handschudding is de door de ondervrager gevoelde handschudding een gelijkmatig mengsel van de krachten gegenereerd door de mens en een door de computer gegenereerde model.

Met andere woorden: terwijl de menselijke deelnemer een handschudbeweging maakt, vormt die handdruk slechts 50% van de kracht die door de ondervrager wordt waargenomen, waarbij de overige 50% van de kracht afkomstig is van een model in de stimulus-handdruk; de handdruk die de ondervrager voelt, is dus een variërende mengeling van de krachten die worden gegenereerd door de mens en door een door de computer gegenereerd model. Bij sommige stimulus-handdrukken is het aandeel dat door de mens wordt bijgedragen groter dan de helft, en dus groter dan bij de referentie-handdruk. Bij andere stimulus-handdrukken is het aandeel dat door de mens wordt bijgedragen minder dan de helft en dus minder dan bij de referentie-handdruk.

Aan het einde van elke trial wordt de ondervrager gevraagd om de handdruk te kiezen die menselijker aanvoelde. Dit experiment vergelijkt drie modellen: twee testmodellen en één basismodel. Net als bij het pure protocol begint dit protocol met één niet-geanalyseerd blok, gevolgd door 10 experimentele blokken.

Elk experimenteel blok bestaat uit 24 trials, bestaande uit elk van de acht lineaire combinaties van model en mens voor elk van de drie modelcombinaties. Na voltooiing van de 10 experimentele blokken wordt een logistische psychometrische functie gefit aan de antwoorden van de ondervrager. Zoals beschreven in het bijbehorende artikel, toont de resulterende curve de waarschijnlijkheid van de ondervrager.

Om dit te beantwoorden, is een stimulus-handdruk menselijker dan de referentie-handdruk. Als functie van alpha-stimulus minus alpha-referentie wordt het punt van subjectieve gelijkheid, of PSE, geëxtraheerd uit het 0,5-drempelniveau van de psychometrische curve, wat het verschil aangeeft tussen de alpha-stimulus en de alpha-referentie waarbij de handdrukken als even menselijk worden waargenomen als het model. De graad van menselijkheid voor het protocol van het gewogen menselijke model wordt berekend door de PSE van 0,5 af te trekken; modellen die als het minst of het meest menselijk mogelijk worden waargenomen, leveren respectievelijk waarden van nul of één op voor de graad van menselijkheid van het model. Het uiteindelijke protocol vergelijkt een model-handdruk met een handdruk die gedeeltelijk menselijk en gedeeltelijk uit willekeurige ruis bestaat.

In dit protocol is de stimulus-handshake een computgegenereerde handshake gebaseerd op een model. De andere handshake, de referentie-handshake, is een kracht die is gegenereerd uit diverse combinaties van de menselijke handshake en witte ruis met een maximale absolute kracht van twee N, gefilterd met een Lowpass Butterworth-filter van orde vijf bij een maximale frequentie van twee over pi. Aan het einde van elke trial wordt de ondervrager gevraagd de handshake te kiezen die menselijker aanvoelde.

Het protocol heeft een vergelijkbaar ontwerp als de vorige test met het gewogen menselijke model. Na een oefenronde en een niet-geanalyseerd blok wordt een serie van 10 experimentele blokken als volgt uitgevoerd. De PSE wordt, zoals voorheen, uit de psychometrische curve geëxtraheerd en definieert de graad van menselijke gelijkenis van het model voor het protocol met toegevoegde ruis.

Deze figuur toont de resultaten van het pure protocol en vergelijkt menselijke handdrukken met twee verschillende modelhanddrukken. De twee punten geven de berekende waarden weer voor de graad van menselijke gelijkenis van twee viscoelastische modellen, genaamd KB één en KB twee. De resultaten tonen aan dat model KB twee als menselijker wordt ervaren dan model KB één.

Deze figuur toont de resultaten van het gewogen modelmenselijk protocol, waarbij een variërende ratio van modelmenselijke handdrukken werd vergeleken met een vaste ratio van 50 50 modelmenselijke handdrukken. De zwarte markeringen representeren de scores voor modelmenselijke gelijkenis van de testmodellen, en de grijze markeringen representeren die van het basismodel. De foutenbalken representeren de betrouwbaarheidsintervallen van de psychometrische curven.

Deze figuur toont de resultaten van het protocol voor toegevoegde ruis, waarin een modelhanddruk wordt vergeleken met een handdruk met een variërende ratio tussen menselijke en ruiscomponenten. De zwarte markeringen stellen de gradaties van menselijke gelijkenis van de modellen voor en de grijze markeringen die van de ruis. De foutenbalken vertegenwoordigen de betrouwbaarheidsintervallen van de psychometrische curve.

Deze resultaten tonen aan dat het visco-elastische model KB twee als menselijker wordt ervaren dan het visco-elastische model KB één, gebruikmakend van alle drie de evaluatiemethoden. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om op de juiste wijze met het robotapparaat te interageren en te proberen de interactie zo soepel mogelijk te laten verlopen. Na deze procedure kunnen andere methoden, zoals het testen van de herkenning van menselijke handdrukken bij pervasieve ontwikkelingsstoornissen, worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals: hoe beïnvloeden pervasieve ontwikkelingsstoornissen het vermogen om menselijke van niet-menselijke gebaren te onderscheiden? Na de ontwikkeling kan deze techniek nu de weg vrijmaken voor het gebruik van de handdruk als herkenningsinstrument.

Wij stellen de hypothese dat het doel van handen schudden is om iets over de andere persoon te leren. Daarom kan de methodologie die wij voorstellen voor het ontwikkelen van een mensachtige handdruk ook de ontwikkeling van een classificatiesysteem voor handdrukken faciliteren, waarmee informatie over de andere persoon uit diens handdruk kan worden geëxtraheerd. Na het bekijken van deze video zou men een goed begrip moeten hebben van hoe de eendimensionale 'tour-like' handdruktest wordt uitgevoerd en hoe we de handdrukmodellen zullen evalueren die zijn ingediend voor het eerste internationale 'tour-like' handdruktesttoernooi.