Nonverbal Human-Drone Interaction

Abstract

As robots become increasingly integrated into daily life, it is crucial to ensure their effective and safe interaction with humans. Failure to meet human expectations in their responses can quickly lead to frustration. Poorly implemented verbal and nonverbal communication can sour the acceptance of robots, turning positive encounters into unpleasant experiences. The field of human-drone interaction is dedicated to enhancing the relationship and collaboration between humans and flying robots in various interaction aspects, ultimately improving human-robot encounters in everyday environments. It is essential for robots to comprehend human commands, while humans should intuitively understand a robot's intent. The responsibility lies with robot designers and researchers to craft social robots and provide appropriate interaction methods. There are robots, however, for which the adoption of established forms to communicate their status or mood through visual cues such as displays, is a challenge. Flying robots often encounter significant limitations in payload capacity, frequently requiring them to prioritize equipment essential for flight-related functionalities. But despite their mechanical design, they can be retrofitted with features that enhance human acceptance and interaction experience, such as exploiting possible channels of nonverbal communication. This thesis explores various aspects of human-drone interaction through a series of novel approaches. The challenge of drones appearing overly mechanical is addressed by animating their movements. The human inhibition threshold regarding proximity to mechanically designed drones is studied, aiming to assess the potential for improved interaction in confined spaces. For close proximity interaction, virtual buttons are introduced using onboard sensors, eliminating the need for extra hardware. Finally, as a feedback mechanism, drone trajectories are augmented by acoustically perceivable information, employed to complement and improve the differentiation of aerial gestures.

Mit zunehmender Integration von Robotern in den Alltag wird es immer wichtiger, deren effektive und sichere Interaktion mit Menschen zu gewährleisten. Das Versäumnis menschlichen Erwartungen gerecht zu werden, kann schnell zu Frustration führen. Schlechte Kommunikation kann die Akzeptanz von Robotern beeinträchtigen und Begegnungen in unangenehme Erlebnisse verwandeln. Der Bereich Mensch-Drohnen-Interaktion widmet sich der Verbesserung der Beziehung zwischen Mensch und Drohne in verschiedenen Aspekten der Interaktion, um Begegnungen in alltäglichen Umgebungen aufzuwerten. Es ist wichtig, dass Roboter menschliche Befehle verstehen und dass Menschen die Absichten von Robotern intuitiv erfassen können. Designer und Forscher sind dafür verantwortlich, soziale Roboter zu entwerfen und geeignete Interaktionsmethoden bereitzustellen. Es gibt jedoch Roboter, bei denen die Übernahme etablierter Methoden zur Kommunikation, z. B. durch Visualisierungen auf angebrachten Displays, eine Herausforderung darstellt. Flugroboter stoßen an die Grenzen ihrer Nutzlastkapazität und müssen häufig der Ausrüstung für flugrelevante Funktionen Vorrang einräumen. Trotz ihres mechanischen Aussehens können sie jedoch um Eigenschaften erweitert werden, die die Akzeptanz und das Interaktionserlebnis verbessern, z. B. indem nonverbale Kommunikationskanäle ausgeschöpft werden. Diese Arbeit erforscht verschiedene Aspekte der Mensch-Drohnen-Interaktion durch eine Reihe neuartiger Ansätze. Der Herausforderung, mechanisch wirkenden Drohnen lebendiges Verhalten zu verleihen, wird durch die Animation ihrer Bewegungen begegnet. Die menschliche Hemmschwelle in Bezug auf die Nähe zu mechanisch wirkenden Drohnen wird untersucht, um das Potenzial für eine verbesserte Interaktion auf engem Raum zu bewerten. Für die physische Interaktion in unmittelbarer Nähe werden virtuelle Tasten eingeführt, die mithilfe von Onboard-Sensoren realisiert werden und den Bedarf an zusätzlicher Hardware eliminieren. Abschließend werden Drohnen-Trajektorien durch akustisch wahrnehmbare Informationen erweitert, die als Kommuniktationsmittel und zur besseren Unterscheidung von Fluggesten eingesetzt werden.