Ein Bild von einem Roboter: Der Care-O-bot 4 als Gentleman

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1 H. Fischer, A. Endmann & M. Krökel (Hrsg.): Mensch und Computer 2015 Usability Professionals, Berlin: De Gruyter, S Ein Bild von einem Roboter: Der Care-O-bot 4 als Gentleman Einblicke in den Entwicklungsprozess Johannes Schäfer, Sven Feustel, Ralf Kittmann Johannes Schäfer Phoenix Design GmbH + Co. KG Kölner Str Stuttgart johannes.schaefer@phoenixdesign.com Ralf Kittmann Phoenix Design GmbH + Co. KG Kölner Str Stuttgart ralf.kittmann@phoenixdesign.com Sven Feustel Phoenix Design GmbH + Co. KG Kölner Str Stuttgart sven.feustel@phoenixdesign.com Abstract Gestatten: Care-O-bot 4. Darf ich Ihnen einen Blick hinter die Kulissen geben, wie man einen Best of the Best Roboter gestaltet? Wir geben Einblicke in den Entwicklungsprozess des Gentleman Roboters, den Phoenix Design zusammen mit dem Fraunhofer IPA und Partnern aus der Industrie entwickelt hat. Mit Bildern zeigen wir den Weg von den ersten Ideen über Funktionsanalyse, Mood- Charts, Skizzen und Konzepten über die Materialauswahl, Emotional Design und dem Einbetten in Szenarien bis hin zum Red Dot Award Best oft he Best. Der Care-O-bot 4 ist nun bereit, in vielen Anwendungsszenarien und der Forschung eine emotionale User Experience zu ermöglichen. Keywords Human-Robot Interaction, Emotional Design, UCD-Prozess, UX Design, User Experience Einleitung Die Entwicklung des Care-O-bot war anfangs geprägt von der technischen Machbarkeit, in Version 3 kam eine bewusste Gestaltung der äußeren Erscheinung hinzu (IPA 2015a, Reiser et al. 2013). Für den Care-O-bot 4 arbeiteten in einem multi-disziplinären Team Designer, Psychologen und Ingenieure zusammen, um einen einzigartigen Roboter zu schaffen.

2 Ein Bild von einem Roboter: Der Care-O-bot 4 als Gentleman 145 Wir stellen mit vielen Momentaufnahmen aus dem Entwicklungsprozess vor, wie der Care- O-bot 4 entstanden ist. Dabei gehen wir auf Funktionsanalyse, Szenarien, Formfindung und Emotional Design ein. Der Beitrag gibt einen Blick hinter die Kulissen, wie ein Best of the Best Roboter entsteht, der für viele Anwendungsszenarien geeignet ist. Der Care-O-bot 4 ist ausgezeichnet gestaltet und bestens ausgestattet, so dass für jede Anwendung eine ideale User Experience entstehen kann. Wie sein Vorgänger der Care-Obot 3 soll er auch der Forschung im Bereich der Mensch-Roboter-Interaktion dienen und bedarf immer der Anpassung an den jeweiligen Einsatzzweck. Abbildung 1: Übersicht zum Care-O-bot 4 mit Skizzen aus verschiedenen Phasen des Entstehungsprozesses Funktionsanalyse Zu Beginn des Projekts wurden die Anforderungen an den Care-O-bot 4 gesammelt und bewertet: Es wurden Funktionen aus den Bereichen Reisen, Hospitalität und Wohnen betrachtet, um das Leistungsspektrum abzudecken. Diese wurden den folgenden Bereichen zugeordnet: Transport, Greifen, Interaktion/Kommunikation und Präsenz (siehe Abbildung 2). Abbildung 2: Funktionsbereiche für den Care-O-bot 4 (Farbkodierung, siehe Abbildung 6)

3 146 Johannes Schäfer, Sven Feustel, Ralf Kittmann So findet sich bspw. für Transport auf Reisen die Funktion als Gepäckträger, bei Hospitalität etwa die Begleitung beim Gang zur Toilette und in der Wohnung der Wäschetransport. Für viele Aktivitäten ist das Greifen notwendig, etwa beim Gepäck, dem Tisch decken oder dem Servieren von Getränken. Die Interaktion tritt beim Spielen oder als persönlicher Trainingspartner in den Vordergrund. Der Präsenz des Roboters wurde besondere Bedeutung beigemessen, da er sich zwar im Hintergrund halten soll, aber dennoch spürbar zur Verfügung stehen soll. Über die Präsenz definiert sich zum einen der erste Eindruck, den der Care-O-bot 4 hinterlässt: Dieser soll die Nutzer anziehen und zur Interaktion einladen. Zum anderen vermittelt sie zwischen dem reinen Anwesend-Sein und der Interaktion mit dem Nutzer. Insgesamt bildet sie auch eine emotionale Schnittstelle auf der viszeralen Ebene (Norman, 2004, siehe auch Abschnitt Emotional Design ). Die Funktionalität wurde im Team diskutiert und priorisiert und leitete damit das Erstellen der Szenarien, die Formfindung und diente immer wieder der Bewertung des Designs. Szenarien Als Grundbild für den Care-O-bot 4 diente der Archetyp des Gentleman (Abbildung 3), der stets zuvorkommend präsent ist, wenn man ihn wünscht, aber nie aufdringlich wird oder zum reinen Befehlsempfänger verkommt. Abbildung 3: Entwicklung des Archetyps für den Care-O-bot 4 Früh im Prozess wurden basierend auf der Funktionsanalyse verschiedene Szenarien festgelegt und per Handskizzen veranschaulicht (Abbildung 4). Anhand dieser Szenarien wurden die Vor- und Nachteile sowohl aus technischer als auch aus Nutzersicht diskutiert und durchgespielt. Hierbei wurden auch potenzielle Nutzer außerhalb des Projektteams hinzugezogen, die halfen, die Szenarien zu bewerten und zu verfeinern. Es entstanden erste Weißmodelle (aus Styropor), mit denen die Größenverhältnisse und die Erreichbarkeit von Display bzw. anderer Bedienelemente durch Nutzer getestet wurden.

4 Ein Bild von einem Roboter: Der Care-O-bot 4 als Gentleman 147 Abbildung 4: Frühe Skizzen für verschiedene Anwendungsszenarien (Servieren, Unterhaltung, Training, Transport) Durch diese frühen Skizzen wurden die funktionalen Anforderungen besser erfahrbar und dienten so als Grundlage für die weiteren Iterationen im Projekt (Formfindung, Materialwahl und das UX Design); sie wurden im Laufe des Projekts weiter entwickelt, detaillierter ausgearbeitet und dargestellt (Abbildung 10, bis hin zum Film, z.b. IPA 2015b). Formfindung Ausgehend von unterschiedlichen funktionalen Schwerpunkten wurden vier Konzepte für die Gestaltung entwickelt und anhand der Szenarien visualisiert (Abbildung 5). Dabei spielten Interaktionsdesigner die einzelnen Situationen und Abläufe im Detail durch, z.b. Wie zeigt der Roboter im Ruhezustand seine Bereitschaft an: Pulsierendes Licht? Größenänderung? Wie laufen Bewegungen bei einzelnen Aktionen ab: Entgegenkommen und Nicken? Natürliche Gesten? Was ist die Hauptinteraktion: Tablet, integriertes Display, Projektion? Abbildung 5: Vier Konzepte im Vergleich eines Interaktionsszenarios (Kaffee servieren) Anhand dieser Analyse und Visualisierung nahm das Team eine explizite Bewertung der vier Konzepte anhand der vorab definierten Kriterien vor (Abbildung 6). Bei der Formfindung entwarfen die Designer deutlich verschiedene Konzepte, um Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Ansätze einschätzen zu können. Wie man deutlich sieht, zeigen die Konzepte verschiedene Schwerpunkte.

5 148 Johannes Schäfer, Sven Feustel, Ralf Kittmann Abbildung 6: Bewertung der Konzepte im Funktionsvergleich (Schwerpunkte in Farben, siehe Abbildung 2), von links nach rechts; tailliert, segmentiert, kompakt und skulptural Über die funktionale Analyse hinaus betrachteten die Ingenieure die technischen Details: Wie ist die Kinematik der Bewegungsabläufe? Welche Greifräume ergeben sich? Welche Gelenke können zum Einsatz kommen? Wo kann die erforderliche Technik untergebracht werden? Dazu kommen Fragen, die sich zwischen Anmutung und Technik bewegen: Lässt sich mit den gewählten technischen Mitteln das Gesamtbild eines Gentleman erreichen? Wirken Bewegungen flüssig und natürlich? Sind die Proportionen stimmig und erscheinen vertraut? In der multi-disziplinären Zusammenarbeit entstand so ein Gesamtbild aus funktionalen und nicht-funktionalen Anforderungen, technischer Machbarkeit und emotionaler Wirkung. Das Konzept tailliert zeichnet sich durch Stärken beim Transport und den großen Greifraum aus. Hinzu kommt ein großer Bildschirm als Interaktionsfläche. Das Konzept skulptural vermittelt eine große Präsenz durch das schlanke Erscheinungsbild und die durch die Segmentierung gegebenen eleganten Bewegungen. In die Stele können unauffällig vielfältige Interaktionsmöglichkeiten integriert werden, z.b. Sensoren, die Bewegungen oder Gesten erkennen, Mikrofone für die Spracherkennung. Am Ende entschieden wir uns für eine Weiterentwicklung basierend auf diesen beiden Konzepten (Abbildung 7). Hier ist das Display in den Kopf integriert, mit dem sich einfach interagieren lässt; zusammen mit dem Hals bietet er Raum für die vielfältigen Interaktionsmechanismen, die der Care-O-bot 4 bietet. Die Form ist symmetrischer geworden, die Arme an die Seiten gewandert; die Beweglichkeit wird durch zwei Kugelgelenke an zwischen Kopf und Körper und zwischen Körper und Basis ermöglicht.

6 Ein Bild von einem Roboter: Der Care-O-bot 4 als Gentleman 149 Abbildung 7: Zwischenschritt in der Formfindung (Skizzen) Diese Gelenke sind eine Besonderheit: Sie stellen eine technische Innovation dar (inzwischen patentiert), die durch das Zusammenspiel von Design und Technik auf der Suche nach anmutigen Bewegungen und einer eleganten Form zustande kam. Emotional Design Wichtig für die emotionale Wirkung des Care-O-bot 4 sind neben der Form auch Material, Farbgebung, ein nicht zu technisches und gleichzeitig nicht zu menschliches Erscheinungsbild (z.b. Mori, MacDorman & Kageki, 2012). Dazu kommen die Posen, die er einnehmen und die Gesten, die er ausführen kann sowie die Mimik, mit der er den Nutzern entgegentritt. Um die allgemeine Ausstrahlung des Roboters als Gentleman zu erreichen, sollte die Materialwahl hochwertig, vielseitig und elegant wirken; Formen und Übergänge fließend und gleichzeitig organisch. Hier haben wir viel mit Mood-Bildern gearbeitet (Abbildung 8), die ähnlich wie die funktionalen Kriterien und die Szenarien immer wieder im Entwicklungsteam und darüber hinaus zur Bewertung und Verfeinerung der Entwürfe herangezogen wurden. Abbildung 8: Auswahl der verwendeten Mood-Bilder im Design-Prozess Viel Sorgfalt floss in die Gestaltung der Gesten und Posen, die der Care-O-bot 4 einnehmen kann (Abbildung 9). Diese sollten einladen, auf den Roboter zuzugehen und mit ihm zu interagieren. Hierzu wurden z.b. die Arme durch die Farbgebung mit einer Innen- und Außenseite versehen, um möglichst elegante Bewegungen zu erzeugen, bei denen dem Nutzer möglichst immer die Außenseite zugewandt ist.

7 150 Johannes Schäfer, Sven Feustel, Ralf Kittmann Abbildung 9: Skizzen und (finales) Rendering für verschiedene Posen des Car-O-bot 4; natürliche Bewegungen und Posen sind ein essenzielles Mittel der User Experience des Care-O-bot 4. Greifraum und Bewegungsmuster sollten vertraut wirken, ohne humanoid zu werden. Ganz charakteristisch für den Care-O-bot 4 ist die leichte Verbeugung (in der Abbildung rechts außen). Hier kommt die Haltung, die Bewegungsmöglichkeiten an Hüfte und Hals sowie das Display am Kopf sehr gut zur Geltung. Für die Mimik griffen wir auf eine sehr reduzierte Darstellung mittels der Augen zurück, wie sie z.b. im Charakter der EVE oder der Holzfigur Bløk zu finden sind (Walt Disney 2015; Berendsohn, 2015). Hiermit lassen sich im Ruhezustand vielfältige Emotionen zeigen, ohne aufdringlich zu werden. Die Mimik macht Platz für ein großes Touch-Display, sobald dies erforderlich ist (Übergang zum behavioral level nach Norman, 2004). Fazit Die Gestaltung des Care-O-bot 4 lief in iterativen Zyklen, in denen ein multi-disziplinäres Team ausgehend von den funktionalen Anforderungen über Szenarien und vielfältige Visualisierung das Design immer weiter verfeinert hat. Dabei war es äußerst fruchtbar, von Anfang an sowohl Ingenieure als auch Designer in einem Team zusammen zu haben. Die Schritte Funktionsanalyse, Szenarien, Formfindung und Emotional Design wurden keineswegs linear durchlaufen, sondern in jeder Phase neu betrachtet, da sie sich gegenseitig bedingen und beeinflussen. Durch konsequentes Erfahrbar-Machen der einzelnen Schritte, sei es durch Skizzen, Modelle oder Funktionsstudien, entstand eine neue Generation des Care-O-bot, der sich durch ein nahbares emotionales Erscheinungsbild auszeichnet und die technischen Möglichkeiten für vielfältige Interaktionen bietet. Der Care-O-bot 4 ist wie seine Vorgänger ein general-purpose Roboter, der auf das jeweilige Anwendungsszenario angepasst werden muss (Abbildung 10). Mit seinem Auftreten und den vielfältigen Interaktionsmöglichkeiten, die er bietet, hängt es nun nur noch an der Kreativität der Designer, Ingenieure und Entwickler, eine faszinierende User Experience für die jeweilige Anwendung zu schaffen.

8 Ein Bild von einem Roboter: Der Care-O-bot 4 als Gentleman 151 Abbildung 10: Zwei mögliche Anwendungsszenarien für den Care-O-bot 4 Literatur Berendsohn AG (2015). Blue Line Kollektion Bløk, zeigen Sie Ihre Gefühle. (letzter Zugriff 29. Mail 2015). IPA 2015a: Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation). Care-O-bot History. (letzter Zugriff 29. Mai 2015). IPA 2015b: Fraunhofer (Institute for Manufacturing Engineering and Automation). Videos Handtasche: Rose: (letzter Zugriff 29. Mai 2015). Mori, M., MacDorman, K.F., Kageki, N. (2012). The Uncanny Valley. IEEE Robotics & Automation Magazine, 19(2), Norman, D. (2004). Emotional design: Why we love (or hate) everyday things. New York: Basic Books. Reiser, U., Jacobs, T., Arbeiter, G. Parlitz, C. & Dautenhahn, K. (2013). Care-O-bot 3 Vision of a Robot Butler. In R. Trappl, (Ed.): Your Virtual Butler (p ). Heidelberg: Springer. The Walt Disney Company (2015). WALL-E der Letzte räumt die Erde auf: Charaktere. (letzter Zugriff 29. Mai 2015).