Designing more acceptable Mobile Robotic Telepresence systems, a user-centered study

I sistemi Mobile RoboticTelepresence (MRP) consistono essenzialmente in audio,video riprese, reti e servizi che vengono applicati come un’unica tecnologia aggregata. Essa consente ad individui che si trovano in diversi luoghi del mondo di interagire tra loro, sentendosi “presenti” nella località remota di interazione. Questa tecnologia può fornire immagini più realistiche ed una comunicazione più chiara agli utenti rispetto alle tecnologie tradizionali di comunicazione mediata. I sistemi di telepresenza robotizzata hanno anche il valore aggiunto di potersi muovere ed operare da remoto, ovvero controllati a distanza da un utente pilota. Precedenti studi hanno riportato come i robot di telepresenza possano apportare dei benefici nelle interazioni sociali. La maggior parte di essi, però, sono equipaggiati con la minima attrezzatura necessaria per l'interazione sociale come, ad esempio, una telecamera per mostrare il luogo remoto, microfoni ed altoparlanti per condividere il flusso audio, un'interfaccia utente per controllare il sistema e farlo muovere, ed infine una chat vocale. Tali sistemi di telepresenza robotici hanno capacità limitate in materia di mobilità, immersività, e di embodiment. A causa delle limitazioni esistenti, diversi aspetti devono essere ancora indagati per capire se questi sistemi MRP siano davvero utili per un certo tipo di applicazioni. Lo scopo principale per cui i sistemi MRP sono studiati è quello di stimolare una interazione sociale tra le persone; tuttavia, una delle aree di applicazione più promettenti per i sistemi MRP è l’ambiente del museo: infatti i sistemi MRP possono essere utilizzati al loro interno per fornire una serie di servizi aggiuntivi. Recentemente, grazie all’utilizzo dei sistemi MRP, le persone sono in grado di visitare un museo nella comodità delle loro case, mentre in precedenza visitare un museo era possibile solo in qualità di visitatori presenti fisicamente nel luogo di interesse. I musei possono anche fornire una guida robotica per i visitatori locali o utilizzare il sistema per dare loro informazioni sulle possibili direzioni. Nonostante tutti questi vantaggi, l’utilizzo di un sistema MRP potrebbe comportare alcuni problemi per quelle persone che non hanno mai visto o sperimentato l'interazione con telepresenza robotizzati. Per questo motivo i progettisti hanno sempre cercato di fornire sistemi sempre più utili e facili da usare,che siano in grado di fornire un'esperienza più piacevole per i loro utenti. Lo scopo principale di questa tesi è di fornire un contributo alla letteratura esistente, investigando come questo obiettivo possa essere raggiunto. La tesi riporta studi di ricerca incentrati sugli utilizzatori, valuta l'interazione dei potenziali utenti con un robot di telepresenza e fornisce preziose linee guida per i progettisti. Pertanto, l'obiettivo di questo lavoro di tesi è incentrato sulla percezione delle persone circa l'applicazione di sistemi MRP nei musei, con lo scopo di sviluppare sistemi più fruibili e facilmente accettabili. La tesi propone una serie di esperimenti nell’ambito della Human-Robot Interaction (HRI), utili per affrontare l’interrogativo generale: "Quali aspetti dei sistemi MRP, tecnologici e non tecnologici, sono utili per promuovere l'accettazione del sistema da parte degli utenti in modo tale da soddisfare i loro bisogni ed i loro desideri?» La tesi comprende sei capitoli e si compone di tre lavori di ricerca indipendenti, ognuno dei quali mira a valutare alcuni aspetti specifici dell’interazione che potrebbero influenzare l'accettazione della telepresenza robotica da parte degli utenti. L'attenzione di questi studi è per lo più in ambito museale. Tutti questi lavori di ricerca hanno un obiettivo primario comune: fornire una guida per la progettazione di sistemi MRP più utilizzabili e accettabili. Una serie di valutazioni basate su questionari ed interviste retrospettive è utilizzata come strumento per condurre la valutazione sperimentale del sistema MRP. Questi metodi sono stati scelti con cura, tenendo conto delle sfide da affrontare per condurre esperimenti di HRI in ambienti naturali, caratterizzati da diverse tipologie di utenti. In uno degli studi, sono stati testati i due fattori di "opzione di regolazione in altezza" del robot e di "distanza interpersonale", nonché la loro influenza sulla qualità dell’interazione attraverso il sistema MRP. I risultati degli esperimenti hanno dimostrato che la possibilità di variare l'altezza del robot al livello degli occhi dell'utente migliora la qualità dell'interazione, influenzando il senso di presenza sociale dell’utente. Si è anche notato come, ad alcune distanze (tra robot e utenti), una migliore interazione possa avere luogo perchè il senso della presenza sociale è migliorata negli utenti. Un altro studio in questa tesi analizza il sistema MRP quando i partecipanti utilizzano un robot per visitare un museo in modalità remota. In questo studio, alcuni aspetti nontecnologici, quali l'utilità del sistema, la facilità d'uso ed alcuni aspetti tecnologici, come la qualità del video, dell’audio e della navigazione, sono testati. I risultati ottenuti da queste valutazioni mostrano i problemi e le difficoltà insite nell’utilizzare il sistema per una visita virtuale remota, e propone soluzioni e guide che potrebbero essere utili per promuovere l'esperienza degli utenti in futuro. Da ultimo, ma non meno importante, si è concluso che i potenziali elementi (sia tecnologici che non) che influenzano l’accettazione del sistema robotico fanno riferimento non soltanto al robot, ma anche alle caratteristiche degli utenti ed al contesto ambientale in cui il robot deve operare. Il terzo studio si propone di eseguire un esperimento con il sistema MRP in un ambiente di un vero e proprio museo. Questa volta il robot è stato utilizzato per fornire una guida virtuale per i visitatori locali. Ancora una volta, diversi aspetti sono stati considerati nell'esperimento, compreso l'aspetto del robot, l'eventuale ansia generata negli utenti e l'atteggiamento dei visitatori verso il robot. La relativa serie di esperimenti e l'analisi dei dati e dei risultati ottenuti hanno fornito spunti utili per quanto riguarda l'applicazione di sistemi MRP in musei. Si è constatato che il sistema può essere applicato per una varietà di compiti e attività sociali all'interno dei musei e che i visitatori hanno una percezione positiva di robot all'interno di essi.Tuttavia ci sono ancora un sacco di problemi da risolvere prima che grandi investimenti possano essere fatti su questo tipo di tecnologia. I progettisti dei robot devono essere in grado di fornire una progettazione ottimale per creare una confortevole esperienza per gli utenti, supportarli appropriatamente, ed ottenere la loro cooperazione. Possono migliorare l’accettazione degli utenti, facendo in modo che tutti i fattori determinanti siano considerati quando i robot vengono progettati e introdotti. Alcuni ricercatori precedentemente hanno eseguito una serie di esperimenti con diversi tipi di robot nei musei e la maggior parte essi si è concentrata sulle caratteristiche fisiche e tecniche, come l'aspetto, la navigazione e la ricerca di ostacolo. Tuttavia, questo studio ha il valore aggiunto di considerare e valutare una varietà di aspetti, sia dal punto di vista dell’operatore (la persona che guida e controlla il robot) e dell’ utilizzatore presentato (la persona che è nello stesso posto assieme al robot).

Mobile Robotic Telepresence systems (MRP) basically consist of video, audio, networks and services that are applied as an aggregate technology that allows individuals in different places of the world interact with each other while they feel being present in the remote location. This technology can provide more realistic images and clearer communication for the users in compare to traditional mediated communication technologies and comes with the added value of moving and operating in a remote location controlled by a pilot user from a distance. Prior studies have reported a variety of benefits for telepresence robots in social interaction, though, most of these telepresence robots have the least equipment used for a social interaction such as a camera to show a remote site, microphones and speakers to share the audio stream, and a user interface to control the system, move around, and have a voice chat. These robotic telepresence systems have limited capabilities concerning mobility, immersiveness, and embodiment. Due to the existing limitations, some questions still need to be addressed to understand whether these MRP systems are really useful for some type of applications. The main purpose of MRP systems is developing a social interaction among people; however, one of the most promising application areas for MRP systems is museum. MRP systems can be used in museums to provide superior services. Using MRP systems, people are able to visit a museum from the comfort of their homes; while previously, visiting a museum was possible only by the physical presence of the visitors. Museums can also provide robotic tour guide for their local visitors or use the system to give them information about directions. Despite all these advantages, using an MRP system in either ways may pose some challenges for people who have never seen or experienced the interaction with a telepresence robot. However, designers have always tried to provide systems that are more useful and easy to use and are able to provide more pleasant experience for their users. The main aim of this compilation thesis is to make a contribution to the current literature by discovering how this goal can be achieved by designers. The thesis conducts user-centered studies that evaluates the interaction of potential users with a telepresence robot and provides valuable guidelines to designers. Therefore, the focus of the current thesis is on people’s perception about the application of MRP systems in museums with the purpose of developing more acceptable systems. The thesis proposes a set of useful Human-Robot Interaction (HRI) experiments to address the general question of “which aspects of MRP systems, technological and non-technological, are useful to promote the users’ acceptance of the system by fulfilling their needs and desires?” The thesis includes six chapters and consists of three independent research works that each assesses some specific aspects of the HRI that might influence the users’ acceptance of robotic telepresence. The focus of these studies is mostly on museum setting. These three research work all have a common main objective which is providing guides for designing more usable and acceptable MRP systems. Questionnaire-based evaluations and retrospective interviews are used as the tools to conduct the experimental evaluation of the MRP system. These methods were carefully chosen taking into account the challenges of conducting HRI experiments in natural settings with a variety of users who have different organizational background. In one of the studies, the two factors of robot’s “height adjustability option” and the “interpersonal distance” and their influence on the qualification of interaction through MRP system was tested. The results of the experiments showed that the possibility of adopting the height of robot to the eye level of the local user enhances the quality of interaction by influencing the sense of social presence in the local user. It was also found that in some distances (between robot and local users); better interaction takes place as the sense of social presence is improved in local users. Another study in this thesis evaluates the MRP system when the participants use a robot to visit a remote museum. In this study, some non-technical aspects such as system usefulness, ease of use and some technical aspect such as video, audio and navigation are tested. The results obtained from these evaluations show the problems and difficulties to use the system for a remote virtual visit and proposes the solutions and guides that might be useful to promote the experience of users in future. Last, but not the least, it was concluded that the potential technological and non-technological elements that influence robot acceptance do not only relates to robot, but also relates to users’ characteristics and even the environmental setting that the robot is designed to perform. The third study intends to perform an experiment with the MRP in a real museum setting. This time the robot is used to provide a virtual tour guide for the local visitors. Again a variety of aspects are considered in the experiment including the robot’s appearance, the users’ anxiety and the attitude of the visitors toward the robot. The set of experiments and the analysis of the data and the results obtained provided valuable guidelines regarding the application of MRP systems in museums. It was found that the system can be applied for a variety of tasks and social activities inside museums and the visitors have a positive perception about robots inside museums; however there are still plenty of issues to be solved before huge investments can be done on this type of technology. Robot designers should be able to provide an optimal design to create a comfortable experience for users, support proper feedback to them, and obtain their cooperation. They can improve the users’ acceptance by making sure that the determining factors are all considered when robots are designed and introduced. Although, some prior researchers performed a variety of experiments with different types of robots in museums, they mostly have focused on physical and technological features such as appearance, navigation and obstacle seeking. However, in this study, a variety of aspects are evaluated from both an operator user’s (the person/s who drives and controls the robot) perspective and local user’s (the person/s who is in the same place with robot) point of view.