Одномерных Тьюринга-Like Рукопожатие Тест для двигателя разведки

Общая цель данной процедуры заключается в том, чтобы определить, насколько точно компьютерная модель рукопожатия соответствует человеческому рукопожатию. Для этого сначала испытуемым предъявляют пары рукопожатий: либо созданных человеком, либо сгенерированных компьютером, либо комбинацию этих двух вариантов с использованием телероботизированного интерфейса. На втором этапе процедуры каждого испытуемого просят выбрать из каждой пары то рукопожатие, которое кажется более человекоподобным.

Заключительным этапом процедуры является расчет на основе ответов испытуемого степени сходства с человеком для модели рукопожатия, или степени сходства модели с человеком (MHLG). В итоге можно получить результаты, демонстрирующие значительное различие между разными моделями (MHLG) с использованием теста на рукопожатие по типу теста Тьюринга. Тест Тьюринга фактически ограничен вербальным интеллектом, в то время как ученые и инженеры наблюдали значительный разрыв между искусственным и естественным интеллектом в аспекте моторного контроля моторного поведения.

Многие ученые задумывались о моторной версии теста Тьюринга, но лишь недавно в исследовательских лабораториях появились управляемые роботизированные устройства, позволяющие реализовать простой воспроизводимый протокол теста-рукопожатия по типу теста Тьюринга. Данный метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области взаимодействия человека и робота, например, какие характеристики движений руки человека обеспечивают естественное ощущение тактильного контакта. Значение этой методики распространяется и на диагностику двигательных нарушений, таких как детский церебральный паралич.

Следующим шагом является создание роботизированного диагностического устройства, способного отличить нормальное рукопожатие человека от нарушенного. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, так как движение при рукопожатии через телероботизированную систему не является естественным, и требуется время и практика, чтобы научиться управлять роботом и взаимодействовать с ним. Следуя оригинальной концепции классического теста Тьюринга, эксперименты с рукопожатием включают в себя три объекта: человека, компьютер и интервьюера.

Опросчик и человек находятся в одном помещении, но разделены экраном, поэтому опросчик не видит, кто именно — компьютер или человек — имитирует рукопожатие. Рукопожатия не являются прямыми; они осуществляются через механический телероботизированный интерфейс, состоящий из двух настольных роботов-фантомов в случае рукопожатия с человеком, и одного робота-фантома и программного обеспечения в случае рукопожатия с компьютером. При рукопожатии с компьютером, как только на экране появляется слово «рукопожатие», опросчик и человек немедленно выполняют движения, имитирующие рукопожатие, перемещая стилус телероботизированного интерфейса в вертикальном направлении.

Задача допрашивающего заключается в том, чтобы сравнить два «рукопожатия» и определить, какое из них больше похоже на человеческое, нажав клавишу Home или F1 для выбора первого варианта или клавишу End или F2 для выбора второго варианта. Три экспериментальных протокола, продемонстрированных в данном видео, различаются составом сравниваемых «рукопожатий». Первый протокол представляет собой чистый тест Тьюринга, где выбор осуществляется между «рукопожатием» человека и «рукопожатием», сгенерированным компьютером.

Второй протокол включает рукопожатия, представляющие собой различные сочетания сил, генерируемых человеком и компьютером. Третий протокол включает рукопожатия, представляющие собой различные комбинации рукопожатия, генерируемого человеком, и шума, либо исключительно силы, генерируемые компьютером. В ходе эксперимента при появлении запроса «введите имя для случайного файла» автоматически создается случайный файл.

Если файл уже существует, система использует существующий файл. В противном случае система автоматически генерирует новый случайный файл с указанным именем. В этом случайном файле определяется порядок выполнения различных рукопожатий.

Чистый протокол начинается с 12 тренировочных проб, по два рукопожатия в каждой, в ходе которых человек и опрашиваемый пожимают друг другу руки 24 раза через телероботизированную систему. Опрашиваемый знает, что на этом этапе он пожимает руку человеку. Целью этих тренировочных проб является ознакомление участников с телероботизированным интерфейсом.

После тренировочного раунда проводится блок из четырех испытаний. В каждом испытании рукопожатие человека сравнивается с одним из четырех рукопожатий компьютерной модели в случайном порядке, как показано в данном примере. Например, в первом испытании первого блока интервьюер жмет руку дважды.

Первое рукопожатие совершает человек, а второе — компьютер, используя силу, определенную моделью три. Затем опрашивающий выбирает между рукопожатием номер один и рукопожатием номер два, чтобы определить, какое из них больше похоже на человеческое. Например, если опрашивающий выбирает рукопожатие номер один как более человекоподобное, значит, он выбрал рукопожатие человека.

Однако опрошенному не сообщают, правильно ли он или она определили человеческое рукопожатие в следующем испытании. Первое рукопожатие опрошенного происходит с компьютерной моделью два, а второе — с человеком. Опрошенный снова выбирает рукопожатие, которое кажется ему наиболее человекоподобным.

Аналогичным образом проводят еще два испытания. Затем для проверки двух оставшихся моделей — первой и четвертой — их сравнивают с человеческим рукопожатием. На этом один блок испытаний завершен.

Эксперимент состоит из 11 блоков, в каждом из которых проводится по четыре испытания, при этом четыре модельных рукопожатия представлены в случайном порядке в каждом блоке. Первый блок является тренировочным, а анализ проводится на основе оставшихся 10 блоков. После завершения 10 блоков эксперимента каждая из четырех моделей рукопожатия была протестирована 10 раз в сравнении с рукопожатием человека.

После завершения 11 экспериментальных блоков для каждой из четырех протестированных моделей рассчитывается показатель степени сходства с человеком. Анализ проводится путем вычисления доли рукопожатий, при которых испытуемый заявляет, что рукопожатие модели более похоже на человеческое, чем рукопожатие человека. Например, если интервьюер выбирает рукопожатие модели вместо человеческого в двух из 10 случаев, доля соотношения модели к человеку составит 0,2; эту долю необходимо умножить на два, чтобы получить итоговый показатель степени сходства модели с человеком.

Для каждой модели, где доля составляет 0,2, оценка человекоподобности первой модели будет равна 0,4. Если третья модель была выбрана как более похожая на человека в четырех из 10 испытаний, то ее доля составит 0,4, а оценка ее человекоподобности будет равна 0,8. Если модель неотличима от человека, ее расчетная доля составит 0,5, а оценка человекоподобности модели будет равна единице.

Если модель явно не является человеческой, как в случае с данной моделью, степень сходства с человеком будет равна нулю. MHLG ограничена значением один. В данном протоколе сгенерированные рукопожатия отделены от модели человеческой части, при этом конкретная комбинация варьируется в разных опытах по шкале от полностью компьютерного рукопожатия до полностью человеческого.

Таким образом, данный набор экспериментов называется тестом с утяжеленной моделью человека. Протокол начинается с тренировочного блока, который помогает интервьюеру научиться распознавать чисто человеческое рукопожатие и ознакомиться с аппаратурой. Следовательно, тренировочный блок состоит из 30 проб, в которых сравнивается чисто человеческое рукопожатие с рукопожатием, сгенерированным компьютером.

В конце каждого испытания опрашиваемый выбирает, какое из двух рукопожатий было наиболее похожим на человеческое. Если опрашиваемый правильно определяет человеческое рукопожатие, на экране появляется надпись «правильно». Если опрашиваемый выбирает неверное рукопожатие, появляется сообщение об ошибке, и опрашиваемому предоставляется возможность повторить последнее тренировочное испытание.

После тренировочного блока оператор начинает серию испытаний для оценки двух вариантов рукопожатий. Этими вариантами являются стимулирующее рукопожатие и эталонное рукопожатие, каждое из которых представляет собой комбинацию усилий человека и модели. В случае эталонного рукопожатия воздействие, ощущаемое оператором, является равномерной смесью усилий, создаваемых человеком и компьютерной моделью.

Другими словами, когда испытуемый совершает движение рукопожатия, это движение обеспечивает лишь 50% силы, воспринимаемой опрашиваемым, а остальные 50% силы исходят от модели в стимулирующем рукопожатии; таким образом, рукопожатие, которое ощущает опрашиваемый, представляет собой переменную смесь сил, создаваемых человеком и компьютерной моделью. В некоторых стимулирующих рукопожатиях доля вклада человека превышает половину, и, следовательно, больше, чем в эталонном рукопожатии. В других стимулирующих рукопожатиях доля вклада человека составляет менее половины и, следовательно, меньше, чем в эталонном рукопожатии.

В конце каждого испытания респондента просят выбрать то рукопожатие, которое показалось ему более человекоподобным. В данном эксперименте сравниваются три модели: две тестовые модели и одна базовая модель. Как и в основном протоколе, данный протокол начинается с одного неанализируемого блока, за которым следуют 10 экспериментальных блоков.

Каждый экспериментальный блок состоит из 24 испытаний, включающих каждую из восьми линейных комбинаций модели и человека для каждой из трех комбинаций моделей. После завершения 10 экспериментальных блоков к ответам опрашиваемого подбирается логистическая психометрическая функция. Как описано в сопроводительной статье, результирующая кривая отображает вероятность выбора опрашиваемого.

Чтобы ответить на этот вопрос, определяют, является ли «стимульный» вариант рукопожатия более похожим на человеческое, чем «эталонный». В зависимости от разности между $\alpha_{стимула}$ и $\alpha_{эталона}$ из уровня порога 0,5 психометрической кривой извлекается точка субъективного равенства (PSE), которая указывает на разницу между $\alpha_{стимула}$ и $\alpha_{эталона}$, при которой рукопожатия воспринимаются как одинаково похожие на человеческие. Степень сходства с человеком для протокола взвешенной человеческой модели рассчитывается путем вычитания PSE из 0,5; модели, которые воспринимаются как наименее или максимально возможные по сходству с человеком, дают значения степени сходства 0 или 1 соответственно. Заключительный протокол сравнивает рукопожатие модели с рукопожатием, состоящим частично из человеческих движений, а частично из случайного шума.

В данном протоколе стимульное рукопожатие представляет собой компьютерно сгенерированное рукопожатие, основанное на модели. Другой тип, референсное рукопожатие, представляет собой силу, созданную из различных комбинаций человеческого рукопожатия и белого шума с максимальной абсолютной силой 2 N, отфильтрованную с помощью фильтра Баттерворта нижних частот пятого порядка с максимальной частотой 2/pi. В конце каждого испытания респондента просят выбрать рукопожатие, которое показалось более похожим на человеческое.

Протокол имеет схожую структуру с предыдущим тестом на утяжеленной модели человека. После тренировочного раунда и неанализируемого блока проводится серия из 10 экспериментальных блоков следующим образом. PSE извлекается из психометрической кривой, как и ранее, и определяет степень сходства модели с человеком для протокола с добавлением шума.

На этом рисунке показаны результаты чистого протокола, в котором рукопожатия людей сравниваются с двумя различными моделями рукопожатий. Две точки представляют собой рассчитанные значения степени сходства с человеком для двух вязкоупругих моделей под названием KB one и KB two. Результаты демонстрируют, что модель KB two воспринимается как более похожая на человеческую, чем модель KB one.

На этом рисунке представлены результаты взвешенной модели протокола для людей, в которой сравнивалось варьирующееся соотношение рукопожатий «модель — человек» с фиксированным соотношением 50:50. Черные маркеры обозначают оценки сходства моделей с человеком для тестовых моделей, а серые маркеры — для базовой модели. Планки погрешностей представляют собой доверительные интервалы психометрических кривых.

На этом рисунке представлены результаты протокола с добавлением шума, в котором сравниваются рукопожатие модели и рукопожатие с варьирующимся соотношением человеческих компонентов и компонентов шума. Черные маркеры обозначают оценки степени сходства моделей с человеком, а серые маркеры — соответствующие оценки для шума. Планки погрешностей представляют собой доверительные интервалы психометрической кривой.

Эти результаты демонстрируют, что при использовании всех трех методов оценки вязкоупругая модель KB two воспринимается как более человекоподобная, чем вязкоупругая модель KB one. При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости правильного взаимодействия с роботизированным устройством и стремиться к тому, чтобы взаимодействие было максимально плавным. После выполнения данной процедуры могут быть применены другие методы, такие как тестирование и распознавание рукопожатий при pervasive developmental disorders, чтобы ответить на дополнительные вопросы, например: как pervasive developmental disorders влияют на способность отличать человеческие жесты от нечеловеческих? Теперь, после разработки, эта методика может проложить путь к использованию рукопожатия в качестве инструмента распознавания.

Мы предполагаем, что цель рукопожатия заключается в получении определенной информации о другом человеке. Следовательно, предложенная нами методология разработки человекоподобного рукопожатия может также способствовать созданию системы классификации рукопожатий, способной извлекать информацию о человеке на основе его манеры рукопожатия. После просмотра данного видео у вас должно сложиться четкое представление о том, как проводить одномерный тест на рукопожатие, имитирующий движение по маршруту, и как мы будем оценивать модели рукопожатий, представленные на первом международном турнире по тестированию рукопожатий с имитацией движения по маршруту.