Analyzing socially acceptable human-robot interaction holistically - a social-psychological multi-level approach

Leichtmann, Benedikt; Nitsch, Verena; Rosenthal-von der Pütten, Astrid Marieke

doi:40655

Analyzing socially acceptable human-robot interaction holistically - a social-psychological multi-level approach

Leichtmann, Benedikt^RWTH*

2021

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Benedikt Leichtmann

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2021

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak07

Hauptberichter/Gutachter
Nitsch, Verena (Thesis advisor)^RWTH* ; Rosenthal-von der Pütten, Astrid Marieke (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-07-23

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-08714
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/826049/files/826049.pdf

Einrichtungen

Projekte

Forschungsverbund Mobile, ad-hoc kooperierende Roboterteams – FORobotics (AZ1225-16) (AZ1225-16)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
anthropomorphism (frei) ; attitudes (frei) ; human-robot interaction (frei) ; network models (frei) ; personal space (frei) ; proxemics (frei) ; replicability crisis (frei) ; social desirability bias (frei) ; social psychology (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 150

Kurzfassung
Eine erfolgreiche Implementierung neuartiger Robotertechnologien in existierende Umgebungen mit menschlichen Nutzer*innen verlangt eine sozial tragbare Realisierung der Interaktion zwischen Technologie und Mensch. Eine Mensch-Roboter Interaktion ist eingebettet in soziale Systeme und wird durch ebenjenen sozialen Kontext wesentlich beeinflusst. Gleichsam wiederum prägt Technologie auch die soziale Umwelt. Dies macht eine mensch-zentrierte Gestaltung sozio-technischer Systeme unabdingbar. Ergo muss bei der Gestaltung und Untersuchung der Mensch-Roboter Interaktion das ganze soziale System in einem holistischen Ansatz miteinbezogen werden. Eine wissenschaftliche Disziplin, die dabei von besonderem Wert sein kann, ist die Sozialpsychologie. Aufbauend auf diesen Annahmen, besteht der wesentliche Beitrag dieser Dissertation aus drei Bausteinen: Erstens, konzeptionell wird aufgezeigt, wie sich einer sozial-verträglichen Mensch-Roboter Interaktion holistisch durch die Anwendung sozialpsychologischer Theorien, Methoden und Forschungspraktiken auf verschiedenen Analyseebenen angenähert werden kann. Dabei wird ein theoretisches Rahmenkonzept vorgeschlagen, das die wissenschaftliche Betrachtung der Mensch-Roboter Interaktion zunächst in zwei allgemeine Ebenen untereilt, eine phänomenale Ebene, auf der die Mensch-Roboter Interaktion als soziales Phänomen untersucht wird, und eine meta-wissenschaftliche Ebene, auf der die philosophischen Grundannahmen, Theorien, Methoden und Forschungspraktiken der Mensch-Roboter Interaktion als wissenschaftliche Disziplin kritisch reflektiert werden. Zusätzlich wird auf phänomenaler Ebene die Mensch-Roboter Interaktion auf 3 Betrachtungsebenen analysiert, eine Betrachtungsebene zur Untersuchung sozialer Kognitionen, eine Situationale Betrachtungsebene mit Fokus auf sozialen Relationen und kontextuale Einflüsse, und eine höhere System-Betrachtungsebene zur Beschreibung sozialer Einflüsse, die sich aus der Dynamik des sozialen Systems ergeben. Zweitens, um zu einem besseren Verständnis von Mensch-Roboter Interaktion auf verschiedenen Analyseebenen beizutragen, werden durch vier empirische Studien zu unterschiedlichen Forschungsthemen aus der Mensch-Roboter Interaktion spezifische Forschungslücken adressiert. Auf der individuellen Betrachtungsebene werden Erkenntnisse zu sozialen Kognitionen aus einer Laborstudie mit N = 107 Versuchspersonen über den Effekt sozialer Erwünschtheit bei der Mensch-Roboter Interaktion präsentiert. Die konzeptionelle Replizierung einer klassischen Studie nach Nass et al. (1999), die besagt, dass technische Geräte auch als soziale Akteure wahrgenommen werden, konnte jedoch kein solches Verhalten aufzeigen. Auf situationaler Betrachtungsebene wird Personal Space bei der Mensch-Roboter Interaktion analysiert. Eine systematische Literatur-Übersicht und Meta-Analyse von k = 27 Studien mit insgesamt N = 1299 Versuchspersonen zeigt auf, dass Wissen über Personal Space bei der Mensch-Roboter Interaktion durch eine gemischte Befundlage und viele theoretische und methodische Probleme limitiert ist. Eine weitere Laborstudie mit N = 72 Versuchspersonen sollte dabei weitere Aufschlüsse zu Kontext-Effekten liefern. Raumgröße und Arbeitsgedächtnisbelastung hatten jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Wohlfühldistanz. Auf höherer System-Betrachtungsebene wurde zum besseren Verständnis des sozialen Einflusses durch die Implementierung von Robotern, die Einstellung von N = 556 Werkskräften gegenüber der Einführung neuer kooperativer, industrieller Roboter analysiert. In diesem Zusammenhang wurde ein kontext-spezifischer Fragebogen mit 12 Items (ACIR-Q) entwickelt. Die Studie zeigt Zusammenhänge zwischen Einstellungen und organisationalen Konstrukten auf, sowie Unterschiede zwischen Unternehmen. Drittens zeigt diese Dissertation durch die Diskussion von meta-wissenschaftlichen Erkenntnissen aus den Studien Verbesserungspotenziale für die wissenschaftliche Untersuchung von Mensch-Roboter Interaktion hinsichtlich Theorie, Methodik und Forschungspraxis auf, die auch im Rahmen der Replizierbarkeitskrise in der Sozialpsychologie diskutiert wurden. Daher sind die daraus resultierenden Reformen der Sozialpsychologie auch für die Forschung zur Mensch-Roboter Interaktion empfohlen. Die Forschung zur Mensch-Roboter Interaktion steht immer noch am Anfang und ist mit vielen Herausforderungen konfrontiert. Eine sozialpsychologische Betrachtungsweise der Mensch-Roboter Interaktion unter Einbezug verschiedener Analyseebenen kann daher nicht nur bei der sozial-verträglichen Gestaltung der Mensch-Roboter Interaktion wertvolle Unterstützung sein, sondern das Feld auch in seiner methodischen und theoretischen Ausrichtung voranbringen.

The successful implementation of new robotic technology in contexts with human users requires a socially acceptable human-robot interaction and needs to consider the socio-technical system holistically. Human-robot interaction is embedded in a social system and shapes but also is shaped by this social context. Research in human-robot interaction thus needs to take into consideration the social matrix in which the interaction is embedded on multiple levels of analysis. One scientific field that can enhance human-robot interaction research in achieving socially acceptable designs of systems is social psychology. Based on these assumptions, this dissertation has three major contributions: First, it is conceptually shown how socially acceptable human-robot interaction can be studied holistically by applying social-psychological theories, methods, and research practices on multiple levels of analysis. In doing so, a framework with two layers is proposed, a layer of phenomena, on which the human-robot interaction as a social phenomenon is analyzed, and a meta-scientific layer, on which philosophical foundations, theories, methods, and research practices of human-robot interaction as a discipline are critically reflected. Furthermore, on the layer of phenomena, human-robot interaction is analyzed on three different levels, an individual level focusing on social thinking, a situational level focusing on social relations and contextual effects, and a higher system level describing social impact emerging from social system dynamics.Second, in order to contribute to a better understanding of human-robot interaction on each level of analysis, four empirical studies are presented addressing research gaps on different topics of human-robot interaction. Social thinking is analyzed in a laboratory experiment on the social desirability bias with N = 107 participants. This experiment is a conceptual replication of a classic study by Nass, Moon, and Carney (1999) stating that technological devices are perceived as social actors. However, the results failed to show such an effect indicating that the social desirability effect is overestimated. Social relations are analyzed by studying personal space in human robot interaction. A systematic literature review and meta-analysis including k = 27 studies with N = 1299 participants, as well as theoretical considerations, show that knowledge on personal space in human-robot interaction is limited due to mixed effects and many problems in theory, methods, and research practices. An additional laboratory experiment with N = 72 participants on the effect of contextual factors on personal space is presented to address a research gap. However, neither room size nor working memory load had significant effect on users’ comfort distance toward an approaching manufacturing robot. In order to understand the social impact of robots, attitudes toward the implementation of a new cooperative industrial robot were analyzed based on data of N = 556 workers from manufacturing companies using factor and network analysis. In doing so, a new, context-specific 12-item questionnaire (ACIR-Q) had been developed. This study shows how workers’ attitudes toward robots are influenced by organizational variables and differ between organizations.A third contribution of this dissertation is based on meta-scientific conclusions. Throughout the dissertation, it is demonstrated how human-robot interaction research can be improved in terms of theory, methods, and scientific practices. Human-robot interaction is facing the same problems that have been discussed in context of social psychology’s replicability crisis. Therefore, the reforms in social psychology are also recommended for human-robot interaction research.Human-robot interaction is still in its infancy and the results in this dissertation show that it is facing many challenges. Social-psychology can not only help to design social-acceptable human-robot interaction on different levels of analysis, but also enhance the human-robot interaction discipline’s research methods and theory.

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