研究内容

研究のねらい

ソーシャルロボティクス研究室では、人々と共生するロボットの研究に取り組んでいます。私たちの目標は、ロボットが人と円滑なコミュニケーションを取り、社会に受け入れられる存在になることです。この目標を達成するために、人の心理や行動を理解し、それに基づいたインタラクションの設計と実装を行っています。

研究室代表の飯尾はこれまで、人とロボットの相互作用に関し、認知科学的・工学的・実証的側面から研究に取り組んできました。例えば、人はロボットの言動を自然に模倣する傾向があり[1]、ロボットの言動によって関係性の深まりを感じたり[2]、ロボットに自己開示したりすること[3]、また、人はロボットに褒められると運動技能が向上し[4]、さらには他者を褒めやすくなること[5]なども明らかにしてきました。つまり、人はロボットを社会的存在と捉え、その言動により行動を変容させること、その影響はその人の他者に対する振る舞いにも波及することを見てきました。こうした成果から、ロボットは人々と関係を築き、共生する存在になると考えて、研究を進めています。

最近は「ソーシャルキャピタル」と呼ばれる、地域や職場、学校といったコミュニティにおける人々の信頼関係やつながりを表す概念に着目し、その醸成にロボットを活用する方法を検討しています。ソーシャルキャピタルの理論は、要約すれば「人々が適度に付き合い、助け合いの精神をもって、ゆるやかな信頼関係を広げれば、社会は効率的に回る」ということを主張しています。人間関係の希薄化がもたらす社会問題を緩和し、活力あるコミュニティを実現するには、ソーシャルキャピタルを醸成する仕組み作りが不可欠です。ソーシャルキャピタルの醸成には、直接顔を合わせるつながりが重要と言われています。ロボットは人間と同じ物理空間に存在し、複数の人々を相手に視線や指差しなどの身体動作を用いることで円滑に対話を継続することができます。この特性を生かして、ロボットはコミュニティにおける人々との対話を通じて、自らがゆるやかなネットワークのノードとなり、人々のつながりの橋渡しができるのではないか、さらには人々の助け合いの精神や信頼を高めることができるのではないか、と考えています。

こうしたねらいから、本研究室では、研究成果と社会との接続をできるだけ重視するようにしています。そのために、システムを作って性能を評価するだけ、あるいは、実験室で人に性能を評価してもらうだけ、にとどまらず、できるだけ実環境で一般の人々をロボットとのコミュニケーションを体験してもらうために実証実験やデモを行うことを目指しています。

以下に、これまでに取り組んできた主要なテーマについて紹介します。

参考文献

Iio, T., Shiomi, M., Shinozawa, K., Shimohara, K., Miki, M., & Hagita, N. (2015). Lexical entrainment in human robot interaction: do humans use their vocabulary to robots?. International Journal of Social Robotics, 7, 253-263.
Iio, T., Satake, S., Kanda, T., Hayashi, K., Ferreri, F., & Hagita, N. (2020). Human-like guide robot that proactively explains exhibits. International Journal of Social Robotics, 12, 549-566.
Iio, T., Yoshikawa, Y., Chiba, M., Asami, T., Isoda, Y., & Ishiguro, H. (2020). Twin-robot dialogue system with robustness against speech recognition failure in human-robot dialogue with elderly people. Applied Sciences, 10(4), 1522.
Shiomi, M., Okumura, S., Kimoto, M., Iio, T., & Shimohara, K. (2020). Two is better than one: Social rewards from two agents enhance offline improvements in motor skills more than single agent. PloS one, 15(11), e0240622.
Higashino, K., Kimoto, M., Iio, T., Shimohara, K., & Shiomi, M. (2023). Is Politeness Better than Impoliteness? Comparisons of Robot's Encouragement Effects Toward Performance, Moods, and Propagation. International Journal of Social Robotics, 15, 717-729.

テーマ１：実環境に配備が容易な自律対話ロボットシステムの開発

テーマ1では、実験室でのみ実装可能な複雑かつ固定されたシステムではなく、様々な場面で実装可能な簡易かつポータビリティ性のある自律対話ロボットシステムの開発に取り組んだ。ヒューマンロボットインタラクション研究や一般事業でよく利用されている市販ロボットの一つであるSotaについて、ベンダーから提供されていないロボット制御用のAPIを開発し、ロボット内蔵のマイクロフォンとカメラから音声と映像をローカルネットワーク経由で転送する手法を確立、その方法をGithubで公開した。これまで、ロボット内蔵のマイクロフォンやカメラの情報を取得して独自の認識システムに入力したり、その認識結果に基づいてロボットの動作を制御したりすることは容易ではなかったが、我々の公開した手法を用いることでそれらが可能となった。実際に、実証実験では、本システムを活用したことで、開発の工期は短縮され、実環境への配備も容易になった。本システムはGithubで公開されている。

実環境で人々と対話を行うためには、三次元距離センサ・マイク・カメラなど複数のセンサに加え、人位置向き計測・音声認識・顔認識・視線認識・各種の意図認識を行う複数の認識モジュールと対話制御・音声合成・動作生成を行う複数の行動制御モジュールが非同期に複数の情報をやりとりする、極めて複雑なシステムを実装する必要がある。我々のフレームワークでは、それぞれのモジュールが独立したプロセスとして動作し、各モジュールはデータベース（MongoDB）を仲介して疎結合され、非同期にメッセージを送受信する。これによって、センサや認識器、ロボットの行動ルール、発話内容などの修正や拡張が容易になった。このフレームワークもGithubで公開されており、現在、プログラムの整理と説明資料の準備を進めている。

Social Robotics Lab., Doshisha University (github.com)

テーマ２：複数ロボットが対話に参与することの効果に関する研究

テーマ2では、ソーシャルキャピタルの醸成の支援につながる人間の行動や思考の変容について、対話能力や表現能力が人より劣るロボットにおいても、複数ロボットを対話に参与させることで、より強力な変容の効果を与えられることを示した。特に、様々な参加者（子ども・成年・高齢者）と場面（タイピング練習・読み聞かせ・学習支援・インタビュー対話）で一貫した結果を示してきた点において学術的価値がある。

テーマ2-A：複数ロボットによる褒めが人の技能向上に与える影響の検証

ソーシャルキャピタルの醸成の観点から、人を褒める行為は他者と円滑な関係を構築する上で欠かせない行為である。他人から褒められると人は嬉しいばかりではなく、その人自身に良い効果がもたらされることがある。たとえば、人は運動トレーニングを行った際に他人から褒められると、運動技能を効率的に習得できることが知られている。本テーマでは、人ではなく、人工的な存在であるエージェント（ロボットやCGキャラクターなど）から褒められても、人は上手に運動技能を習得できるかどうかを調べた。さらに、エージェントの数とその身体性の影響についても検証を進めた。その結果、エージェントから褒められた人はそうでなかった人に比べ、運動技能が効率的に習得で来ていることが分かった。また、褒める回数は同じままで、エージェントの数を増やし、複数のエージェントから褒められる状況で運動技能の変化を調べたところ、エージェントが１体より２体の場合に、運動技能の習得がより促進されることが判明した。また、エージェントの種類について、物理的な身体を持つロボットとディスプレイ上に仮想的な身体を持つCGキャラクターの間で褒め効果の違いを調べたところ、どちらでも人の運動技能の習得は促進され、その効果に違いは認められなかった。本成果は、SC醸成の支援に不可欠な褒め行為が、人ではないエージェントによって実施される場合でも、人の行動に影響を与えることを初めて明らかにした点で価値がある。本成果は、オンラインジャーナルPLOS ONE（IF=2.74）に掲載された。

Shiomi, M., Okumura, S., Kimoto, M., Iio, T., & Shimohara, K. (2020). Two is better than one: Social rewards from two agents enhance offline improvements in motor skills more than single agent. PloS one, 15(11), e0240622.

テーマ 2-B：複数ロボットによる褒めが子どもの学習態度に与える影響の検証

Twin robot that reads picture books to children

絵本の読み聞かせは、子どもの言語発達や語彙獲得に良い影響を与えることが知られている。ソーシャルキャピタルの醸成の支援の観点でも、絵本の読み聞かせは子どもの社会的行動の学習と促進に有益である。従来研究では、基本的に１台のロボットによる読み聞かせが行われてきた。本研究では、複数のロボットが読み手と聞き手に別れ、聞き手ロボットが読み手ロボットに質問したり、子どもたちから読み手ロボットへの質問に同意したりするシステムを開発した。そして、このシステムによる読み聞かせが、従来の１台のロボットによる読み聞かせと比べて、どのような効果があるかを調べた。実験の結果、子どもら（年齢3～5歳）は、1台のロボットによる読み聞かせよりも聞き手ロボットがいる読み聞かせを好むことが示された。また、読み聞かせ中の子どもの発話の回数は、2台による読み聞かせにおいて少なくなっており、2台による読み聞かせでは子どもがより読み聞かせに没入していた可能性を示唆した。本成果は、インタラクションに関する専門誌Interaction studies(IF=0.824)に掲載された。

Tamura, Y., Shiomi, M., Kimoto, M., Iio, T., Shimohara, K., & Hagita, N. (2021). Robots as an interactive-social medium in storytelling to multiple children. Interaction Studies, 22(1), 110-140.

Twin robot to help children learn English

読み聞かせの他にも、子どもの学習支援を行うロボットシステムの開発が盛んである。SC醸成の支援という観点では、子どもの学習意欲を高めることは、社会に対して幅広い視野を持つことに繋がるという点で重要である。本研究では、ロボットによる学習支援系の研究でも特に盛んな英語学習の支援に焦点を合わせた。こうしたロボットのほとんどは、子どもとロボットが1対1で学習をすることが想定されている。そこで本研究では、学習支援をメインで担うロボットに加え、子どもに学習の進度に応じて子どもを褒める発話をする陪席ロボットを導入した。単体の学習支援ロボットが褒める場合と、学習支援ロボットと陪席ロボットの両方が褒める場合（褒めの回数は同じになるように調整）で、子どもの学習時間を比較した。結果、陪席ロボットが参加する学習の方において子どもの学習時間が長くなった。この結果は、複数ロボットによる褒めが子どもの学習意欲を高める可能性を示唆した。本成果は、ロボットに関する主要国際論文誌Advanced Robotics(IF=1.699)に掲載された。

Shiomi, M., Tamura, Y., Kimoto, M., Iio, T., Akahane-Yamada, R., & Shimohara, K. (2021). Two is better than one: verification of the effect of praise from two robots on pre-school children’s learning time. Advanced Robotics, 35(19), 1132-1144.

テーマ2-C：高齢者との対話のための複数ロボットによる問いかけ対話モデルの検証

高齢者施設等における高齢者同士または高齢者と介護者の会話の促進はソーシャルキャピタル醸成の支援にとって欠かせない要素の一つである。この観点から、高齢者施設での会話ロボットの実証実験を実施した。会話促進に関して、まずその前段階として、高齢者とロボットがある程度の時間、会話できる必要がある。しかし、高齢者の発話を音声認識することは極めて困難である。そのため、音声認識がうまくいかないことを前提とした上で、会話を継続できるような技術が必要であった。本研究では、音声認識結果が想定された結果ではないときに２台のロボットの発話の掛け合いで対話の破綻を回避する、ロボット主導型質問応答対話モデルを開発した。この手法を利用することで、高齢者の発話の単語認識誤り率が70％以上という厳しい状況でも、約14分の対話を継続できた。この成果は、応用科学に関する国際論文誌Applied sciences (IF=2.217)に採択された。

Iio, T., Yoshikawa, Y., Chiba, M., Asami, T., Isoda, Y., & Ishiguro, H. (2020). Twin-robot dialogue system with robustness against speech recognition failure in human-robot dialogue with elderly people. Applied Sciences, 10(4), 1522.

テーマ2-D: 複数ロボットによる謝罪の効果の検証

人間は失敗をしたとき、相手に対して謝罪する。ロボットもまた人間のように失敗をすることは避けられないため、相手に謝罪を受け入れてもらい、許してもらうための謝罪の方法について検討しておく必要がある。我々は、これまでの研究を踏まえ、失敗をしたロボットが謝罪をする際に別のロボットが一緒になって謝ることで、人がロボットの謝罪をより受け入れるようになる、という仮説を立て、その仮説を検証した。我々は、ロボットが店員となって給仕する際に、注文した商品を落としてしまうという失敗をした状況において、失敗したロボットが1台だけで謝る場合と、別のロボットが一緒になって2台で謝る様子を動画で再現し、WEB上でアンケートを収集する実験を行った。実験の結果、失敗をしたロボットが謝る場合に、2台で謝ったほうが1台で謝った場合よりも謝罪を受け入れてもらえることが判明した。また、ロボットに対する信頼度も増加し、商品を提供する店舗に対する不満が低下した。以上により、謝罪を行うロボットの台数が1台から2台に増加することで、より謝罪を受け入れてもらえることが明らかになった。この結果は、ロボットという人工物であっても、複数台による謝罪を行うことで、より謝罪を受け入れてもらえることを示している。ソーシャルキャピタル醸成の観点からは、人間の店員が失敗した同僚をサポートするように、あるロボットが失敗をした他のロボットをサポートする際の、振る舞いの設計に貢献できると考えられる。この成果は、米国科学雑誌PLoS Oneに掲載された。

Okada, Y., Kimoto, M., Iio, T., Shimohara, K., & Shiomi, M. (2023). Two is better than one: Apologies from two robots are preferred. Plos one, 18(2), e0281604.

テーマ3: 人工物からの褒めが他の人へと伝搬する効果の検証

ソーシャルキャピタルの醸成において、人間とロボットのインタラクションの結果、人間に生じた認知や行動の変化が他者に伝搬するかどうかはとても重要な問題である。もし、ロボットによって生じたある人の行動変容が、その人と他者とのインタラクションにも影響を与えるのであれば、ロボットの効果がコミュニティに広くいきわたることになるためである。我々は、これまでに取り組んでいた褒めによる人間の行動変容の結果を踏まえ、ロボットに褒められたり煽ったりされた人が、その後に他者に対してどのような振る舞いを行うかを検証する取り組みを進めた。実験では、参加者にPCで単純な課題を与えた。ここで、参加者は、ロボットが褒める場合・中立的な情報のみを伝える場合・煽る場合のいずれかを体験した。さらに、同じ参加者に他の参加者の課題を評価するという追加課題を与えた。実際には他の参加者は存在せず、課題の実行状況はあらかじめ本人の課題を記録し再生したものだった。つまり参加者は、自分と同じパフォーマンスでタスクを実行する仮想参加者に対して、自分がロボットから受けたように褒めや煽りをすることができた。実験の結果、ロボットから褒められていた参加者たちは他の参加者をより褒め、ロボットから扇られていた人たちは、他の参加者を褒めなくなることが分かった。この結果は、ロボットという人工物の社会的な態度、褒めた相手の社会的な態度に伝搬することを示している。つまり、ロボットを起点として褒めの伝搬と循環を生み出すことで、ソーシャルキャピタルの醸成に寄与できる可能性を示唆している。この成果は、ロボティクス分野における主要論文誌の1つであるInternational Journal of Social Roboticsに採択された。

Higashino, K., Kimoto, M., Iio, T., Shimohara, K., & Shiomi, M. (2023). Is Politeness Better than Impoliteness? Comparisons of Robot's Encouragement Effects Toward Performance, Moods, and Propagation. International Journal of Social Robotics, 1-13.

テーマ4 実環境でのロボットの声掛けによる人々の行動変容に関する研究

テーマ4では、テーマ1で開発されたロボットシステムを用いて、実際に人々が生活している様々な場面においてロボットからのインタラクションが人々の行動変容に及ぼす影響を明らかにする。ソーシャルキャピタルの醸成の支援という観点から、実環境でロボットシステムを動作させ、技術の改良に取り組むとともに、リアルな人々の反応を収集、分析することによって、ロボットが社会にもたらす影響を検討している。

テーマ4-A：科学館での展示説明ロボットに関する実証実験

我々はテーマ1で開発したロボットシステムが実環境で適切に動作することとどれくらいロボットが人々の注意を引けるかどうかを確認するために、茨城県つくば市にある科学館「つくばエキスポセンター」の協力のもとで実証実験を実施した。具体的には、科学館にある展示の前にその展示の説明を対話的に行うロボットを配備し、そのロボットの有無によって来場者の展示見学時の行動がどのように変化するかを検証した。ロボットがある場合（3時間20分）とロボットがない場合（6時間）をそれぞれ分析した結果、ロボットがある場合には38人（大人32, 子ども6）、ロボットがない場合は167人（大人112, 子ども55）の参加者が展示を見学した。そして、ロボットがある場合にはロボットがない場合と比べて、ほんの短い間（30秒未満）で見学を終える人の割合が13.5ポイント減少し、30秒～1分の見学者が11.1ポイント増加、2分～2分30秒の見学者が7.2ポイント増加していた。すなわち、ロボットの説明によって見学時間が増加する可能性を示唆する結果が得られた。複数のロボットを導入し、普段人が説明しない展示にそれぞれ配備したとすると、科学館全体での展示見学時間は大きく向上することが期待できる結果となった。

テーマ4-B：大学構内でのアンケート回答依頼ロボットに関する実証実験

テーマ4-Aの実験では、人にとってロボットと対話することに対して、展示の説明が聞けるという、僅かではあるがインセンティブがあった。もし、人にとってほとんど利益がない状況でもロボットの声掛けにより特定の行動を促進することができれば、ソーシャルキャピタルの醸成の支援の観点から大変意義がある。こうした考えから、ロボットを用いて実環境を通行する人々にアンケートへの回答を依頼することを考えた。具体的には、筑波大学の食堂前にロボットとアンケート回答用のタブレット端末を配置し、ロボットを遠隔操作して、通行人にアンケートに回答するように声掛けをさせた。ロボットを配置する日としない日で、アンケートの回答率に違いが出るかどうかを検証した結果、ロボットを置いたその日とアンケートを変更した次の日には、アンケート回答率がロボットを配置した日で高くなっていた。しかし、それ以降はロボットがある場合もない場合も回答率がさほど変わらなかった。これは、毎日同じ人が通行する環境であったため、ロボットの声掛けの効果が慣れによって失われたためであると考える。しかしながら、一時的とはいえ、ロボットの声掛けによる回答率の向上が示されたことは、ロボットによるソーシャルキャピタルの醸成の支援の有効性に期待を持たせたといえる。本研究の成果は、人とロボットのインタラクションの主要国際会議Ro-man2020に採択された。

Natori, T., & Iio, T. (2021, August). An empirical study of how much a social robot increases the rate of valid responses in a questionnaire survey. In 2021 30th IEEE International Conference on Robot & Human Interactive Communication (RO-MAN) (pp. 951-956). IEEE.

テーマ4-C：エキスポセンターでのアンケート回収の実証実験の実施

テーマ4-Cでは、現状のロボットシステムでは人々の慣れによってロボットの声掛けの影響が短期間で落ちてしまうことが示された。一方、科学館のように来館者の多くが初めてもしくは久しぶりの訪問であるような状況であれば、現状のロボットシステムでも一定の効果が認められる可能性がある。そこで、科学館（つくばエキスポセンター）にて、課題3-2を拡張した実証実験を実施した。具体的には、ロボットを自律化し、ロボットがアンケート回答を依頼する場合とスピーカーがアンケート回答の依頼をする場合、何もしない場合の３つの条件でアンケート回答率を比較した。各条件で7日間測定をした結果、ロボットがアンケート回答を依頼する場合、アンケートへの回答率が音声のみの場合に比べて、約1.7倍、呼びかけを行わない場合に比べて約3倍上昇した。また、科学館内の場所を変えて、ロボット条件とスピーカー条件のみで追試を行った結果、ロボット条件ではスピーカー条件よりも回答率が約2.5倍上昇した。以上の結果は、人の呼びかけでなくても、ロボットやスピーカーによってアンケートの回答を促すことの有効性を示唆している。特にロボットの場合は音声のみの場合よりも通行者にアンケート回答を促すことができることが明らかになった。全通行者に対した割合はそれほど大きくはないかもしれないが、ロボットもしくはスピーカーを設置して放置することができるために費用対効果としても有効であると考えられる。

テーマ4-D: ロボットとの会話が大学生の気分向上に与える影響の検討

大学生の精神的健康の維持は大きな問題となっている。大学生の大学における休学・退学・留年学生に関する調査においては、精神障害を理由とした休学者が一定数みられる。大学内でのソーシャルキャピタルの醸成を支援するという観点で、学生の精神的健康の問題が悪化する前に予防のための介入を行う重要性は高い。そこで我々は、本研究では学生の精神的健康を維持するロボットの実現可能性を検証すべく、その一環として気分向上に資する対話の内容について調査することを目的とする。具体的には、褒めありと褒めなしの2種類の対話に関して、大学構内の実環境で、道行く学生を対象に、対話を通じてどの程度気分が向上するかを調べる実験を行った。実環境で16日間のフィールドトライアルをWoZ方式で実施した。実験では、会話内容に関して、褒める条件と褒めない条件の2つを設定した。その結果、褒める条件を経験した参加者は、褒めない条件を経験した参加者に比べ、会話の前後で気分（特に混乱や疲れ）が有意に改善されることがわかりました。このことは、大学内での有意義なメンタルヘルス介入の可能性の一つであることを示唆している。

今後の展開

本プロジェクトでは、本研究の成果は、ロボット工学・人工知能・社会科学・情報メディアなど複数の分野に影響を与え、研究の流れを変革する可能性がある。ロボット工学では、人と関わる知能ロボット研究から、人と人をつなぐソーシャルロボット研究への流れを生み、社会実装で得られる対話データは人工知能の発展を促す。社会科学では、仮説検証のテストベッドシステムを提供し、多様な介入実験を可能にする。情報メディアでは、フィジカル空間のつながりの理解を基に、新たな設計論を生みだすと期待される。

また、本研究の成果は、コミュニティのソーシャルキャピタルの欠如に起因する問題緩和に展開できる。例えば、小・中学校でのいじめ問題に新たな解決方法をもたらす可能性がある。いじめの加害者や傍観者への直接的指導はしばしば反発を招くが、本研究成果は、ロボットを通じてコミュニティ内に被害者の声を広げることや加害者や傍観者に被害者との潜在的つながりを気づかせることを可能にする。こうした気づきの連鎖と累積は、コミュニティの構造を、いじめを抑制しやすいものに変えるだろう。また、従来のロボットによる高齢者のコミュニケーション支援では、ロボットと高齢者の関係に閉じており、コミュニティとの関係をつなぐものではなかった。本研究の成果は、高齢者同士や高齢者と介護者の間のコミュニケーションを活性化し、結果的に、介護施設内の高齢者の健康増進が期待される。

フィジカル空間における人とロボットの対話を通じて、人間の認知や行動の変容を扱う本研究は、従来の「AIやロボットによる人の作業の代行」を一歩進め、コミュニティ内の人々への信頼とつながりを育むという、真の意味での「人間中心の社会」の実現に資するものと考える。

同志社大学文化情報学部

ソーシャルロボティクス研究室

〒610-0394

京都府京田辺市多々羅都谷 1-3
同志社大学京田辺キャンパス夢告館

Email: [ tiio@mail.doshisha.ac.jp ]

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