Plataforma de simulação de interação humano-swarm robótico: uma abordagem centrada no humano

Abstract

A automação completa pode ser alcançada em ambientes que podem ser previstos com alta precisão e onde as consequências de falhas são aceitáveis. Porém, em ambientes mais complexos e imprevisíveis, é necessária alguma forma de controle humano para obter desempenho adequado na tarefa geral para a qual os robôs foram projetados. A tendência nos sistemas robóticos controlados por humanos é afastar-se do atual paradigma muitos-para-um, onde vários operadores são obrigados a controlar um único sistema, para um modo de operação um-para-muitos no qual um único operador pode controlar um grande número de veículos autônomos. O recente interesse pela experiência do operador como o senso de agência e a notável atividade recente de investigação na interação deste operador com swarms de robôs, designado por sistemas de Interação Humano-Swarm (IHS), trazem novos desafios e abrem novas perspectivas para interpretar e contrabalançar as dificuldades que surgem em sistemas altamente automatizados, principalmente em sistemas que requerem cooperação homem-máquina. Sabe-se que a automação pode modificar o senso de agência e essas mudanças podem impactar no desempenho do operador e na adequação do sistema. O conceito de agência, portanto, nos fornece novas ferramentas conceituais e medidas para melhorar e otimizar o design, controle e interação desses sistemas. Nesta tese é proposto o desenvolvimento de uma plataforma de simulação para aplicar o framework de agência ao campo de IHS e, além disso, são propostos três tipos de sistemas de teleoperação assistida. Como prova de conceito, a plataforma é empregada para avaliar como o nível de automação influencia o reconhecimento e gerenciamento de tal sistema pelo operador.

Abstract: Complete automation can be achieved in environments that can be predicted with high precision and where the consequences of failure are acceptable. However, in more complex and unpredictable environments, some form of human control is necessary to obtain adequate performance in the general task for which the robots were designed. The trend in human-controlled robotic systems is to move away from the current many-to-one paradigm, where multiple operators are forced to control a single system to a one-to-many mode of operation in which a single operator can control a large number of autonomous vehicles. The recent interest in the experience of the operator as the sense of agency and the notable recent research activity in the interaction of this operator with robot swarms, referred as human-swarm interaction systems (HSI), brings new challenges and opens novel perspectives to interpret and counterbalance the difficulties that arise in highly automated systems, mainly in systems that require human-machine cooperation. It is known that the automation can modify the agentive experience and these changes can impact on the operator performance and on the system suitability. The concept of agency, thus, provides us with new conceptual tools and measures to improve and optimize the design, control and interaction of these systems. In this thesis it is proposed the development of a simulation platform to apply the framework of agency to the HSI field and, in addition, three types of assisted teleoperation systems are proposed. As a proof of concept, the platform is employed to assess how the level of automation influences an operator acknowledgement and management of such system.