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Child-Robot Communication and Collaboration: Edutainment, Behavioural Modelling and Cognitive Development in Typically Developing and Autistic Spectrum Children

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Robot come mediatori per lo sviluppo e l’apprendimento delle competenze

Un team di ricercatori finanziato dall’UE ha introdotto nuovi meccanismi e algoritmi di apprendimento robotico che massimizzano il coinvolgimento dei bambini e migliorano le loro competenze cognitive e sociali.

Tecnologie industriali
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Nel fornire il contesto per il lavoro del progetto, il suo coordinatore, il dott. Costas Tzafestas, osserva: «Un prerequisito per realizzare una comunicazione di successo è essere in grado di decodificare lo stato cognitivo delle persone che ci circondano (comprensione dell’intenzione altrui) e instaurare un clima di fiducia». BabyRobot ha pertanto seguito un paradigma di comunicazione umana per modellare l’interazione uomo-robot come un processo a tre fasi: condivisione dell’attenzione, creazione di un terreno comune e formazione di obiettivi condivisi. In particolare, il team di ricerca ha sviluppato nuovi moduli software in grado di elaborare e analizzare segnali multimodali provenienti da svariati sensori audiovisivi. Questi sensori acquisiscono azioni ed eventi in un ambiente di interazione uomo-robot. Essi hanno evidenziato prestazioni superiori in diversi campi, tra i quali la modellizzazione e il riconoscimento di stati umani a livello sociale, cognitivo e affettivo, soprattutto per quanto concerne l’interazione tra bambini e robot.

Coinvolgere i bambini

I meccanismi e algoritmi di apprendimento robotico sviluppati da un team di ricerca di BabyRobot consentono di adattare le azioni e le reazioni di un robot al fine di massimizzare il coinvolgimento del bambino in uno scenario interattivo. «Ciò potenzia il potenziale effetto che un ambiente del genere potrebbe esercitare nell’ottimizzare specifiche (mirate) competenze cognitive e sociali (di tipo comunicativo e collaborativo) nel bambino», spiega il dott. Tzafestas. Questo sviluppo è particolarmente significativo se consideriamo la principale popolazione bersaglio dei robot, ossia i bambini affetti da disturbi dello spettro autistico (ASC, autism spectrum conditions). La ricerca svolta nell’ambito del progetto ha inoltre coinvolto bambini con sviluppo tipico (TD, typically developing) di età compresa tra i 6 e i 10 anni. Tutti i bambini interagivano nella propria lingua madre, ovvero inglese, danese, greco o svedese.

Studi sull’interazione bambino-robot (CRI, child-robot interaction)

Il lavoro di BabyRobot si è incentrato su tre casi d’uso di CRI. Il primo verteva su scenari di CRI naturali, mentre il secondo ha approfondito lo sviluppo delle competenze comunicative e l’apprendimento mediante i giochi. Il terzo caso d’uso era invece incentrato sullo sviluppo delle competenze collaborative e sull’apprendimento tramite interazione diadica e triadica grazie all’impiego del robot come mediatore. «Questi studi sono stati effettuati in parallelo da diversi partner di BabyRobot e hanno coinvolto un totale di 40 bambini con sintomi di ASC, nonché più di 150 bambini TD», riferisce il dott. Tzafestas. Un obiettivo comune di questi studi era quello di valutare una varietà di competenze cognitive e socio-affettive, particolarmente per quanto riguarda i bambini affetti da ASC. Essi, inoltre, intendevano valutare il potenziale impatto che scenari di gioco interattivo uomo-robot (come quelli concepiti e implementati nell’ambito di BabyRobot) potrebbero esercitare nell’ottimizzare tali competenze in questa popolazione bersaglio. I risultati del progetto sono molto promettenti e mostrano il grande potenziale di queste tecnologie innovative. «Il potenziale impatto sociale di sviluppare queste tecnologie nel campo generale della robotica sociale e di sfruttarle ulteriormente per attuare efficaci scenari di gioco interattivo e collaborativo uomo-robot è presumibilmente immenso», afferma il coordinatore.

I risultati ispirano la strada da seguire

Al di là della scienza, il dott. Tzafestas parla della motivazione alla base dell’essenza stessa di questa ricerca. «Il modo in cui il comportamento di questi bambini si è evoluto nel corso del tempo, dimostrando ad esempio segnali di empatia verso il robot… o applicando gradualmente competenze collaborative è l’ispirazione per la nostra ricerca e ci indica la strada da seguire», dichiara.

Quali sono i vostri prossimi piani? Come proseguirete il vostro lavoro?

I programmi futuri hanno l’obiettivo di sviluppare e valutare ulteriormente le tecnologie e i moduli di BabyRobot. Al tempo stesso diversi quesiti di ricerca rimangono aperti, soprattutto quelli che riguardano una migliore comprensione dei meccanismi relativi all’attenzione e all’apprendimento in un contesto di interazione multipla. «Istituire un quadro di CRI in grado di manipolare tali meccanismi in modo efficiente può consentirci di affrontare efficientemente diversi aspetti riguardanti i deficit di apprendimento nei bambini», conclude il dott. Tzafestas.

Parole chiave

BabyRobot, robot, bambino, sviluppo delle competenze, comunicazione, collaborazione, apprendimento robotico, interazione uomo-robot, interazione bambino-robot, spettro autistico

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