Auf unserem Meetup Roboter im Alltag: Spielgefährte & Haushaltshilfe am 7. Juli 2021 durfte ich schon die Ergebnisse meiner Masterthesis vorstellen. Für alle, die nicht dabei waren oder noch einmal nachlesen wollen, was genau ich mit Pepper im Kindergarten gemacht habe, dient dieser Artikel. Zusätzlich beantworte ich am Ende noch einmal schriftlich die Fragen, welche am Ende des Meetups gestellt wurden.
Ich selbst habe Angewandte Informatik mit dem Schwerpunkt Human-Computer-Interaction studiert und in meiner Abschlussarbeit geht es in erster Linie auch um diese (Sorry an alle, die einen eher technischen Artikel erwartet haben).
Soziale Roboter haben durch technische Weiterentwicklungen und Innovationen beste Chancen, immer mehr in der Mitte der Gesellschaft anzukommen und Teil unseres Alltags zu werden. Kinder nehmen Roboter anders als Erwachsene wahr. Außerdem sind Kinder naturgemäß ungebildet, naiv und beeinflussbar. Wenn wir in Zukunft Roboter im Kindergarten z. B. zur Unterstützung des Personals vor Ort einsetzen wollen, ist es wichtig, die Roboter-Vorstellungen von Kindern sowie die Kind-Roboter-Interaktion besser zu verstehen.
Im Rahmen meiner Masterarbeit habe ich zwei Kindergärten besucht, um mit den Vorschulkindern zusammen Roboter zu malen und über Roboter zu diskutieren (soweit das mit ca. 5-Jährigen geht). Anschließend bin ich zusammen mit Pepper erneut zu Besuch gewesen, dieses Mal stand der Roboter im Mittelpunkt. Anhand einer prototypischen Anwendung habe ich dabei die Interaktion zwischen Roboter und Vorschulkindern untersucht.
Malen mit den Kindern: Roboter-Vorstellungen der Kinder
Um von den Kindern zu erfahren, welche Vorkenntnisse sie über Roboter haben und wie das allgemeine mentale Bild von Robotern der Kinder aussieht, habe ich zwei Gruppendiskussionen durchgeführt, bei denen die Kinder und ich parallel zusammen Roboter gemalt haben. Insgesamt haben 13 Kinder im Alter von fünf bis sieben Jahren teilgenommen. Die von den Kindern gemalten Bilder unterscheiden sich in Kreativität, Verwendungszweck und Roboter-typischen Merkmalen zwischen den Kindern stark.
Von allen an der Untersuchung beteiligten Kindern haben lediglich zwei einen Roboter gemalt, dessen Form keinem Lebewesen nachempfunden ist. Alle anderen Bilder sind an Menschen oder Tiere angelehnt. Zur Unterscheidung von Lebewesen haben die meisten Kinder Antennen, Knöpfe, Hebel oder Lampen zu ihren Kreationen ergänzt.
Ein Gesicht war für die Kinder ebenfalls Voraussetzung für einen Roboter. Der Versuch, den Horizont der Kinder mit einem von mir gemalten Bild eines klassischen Industrieroboterarms zu erweitern, wurde weitestgehend mit Hohn bestraft: „Der hat ja gar kein Gesicht, das ist doch kein Roboter“.
Die Gespräche mit den Kindern ergaben, dass die Bilder und Vorstellungen hauptsächlich durch Film und Fernsehen sowie Spielzeuge geprägt sind. Ein interessantes Beispiel hierfür ist ein Mädchen, welches, als sie von dem geplanten Besuch von Pepper im Kindergarten erfahren hat, zunächst panische Angst bekam. Als ihre Erzieherin sie tröstete, stellte sich heraus, dass die einzige Erfahrung mit Robotern des Mädchens ein Film war, bei dem der Roboter den Antagonisten bildet. Das Kind war davon ausgegangen, dass alle Roboter böse sein müssen.
Die Mehrheit der Kinder hat diverse Anzeichen für Animismus gezeigt. Einige der Kinder glauben, dass ein Roboter Gefühle und Vorlieben bzw. Abneigungen hat. Außerdem sind sie der Meinung, dass Roboter eine Familie haben und etwas essen müssen. Gleichzeitig wissen die Kinder aber auch, dass Roboter nicht aus Fleisch und Blut, sondern aus hauptsächlich „Elektroteilen“ bestehen. Auch dass ein Roboter nicht wächst oder atmet, ist den Kindern bekannt.
In den Kindern scheint teilweise ein innerer Konflikt zu herrschen. Obwohl sie eigentlich wissen, dass zwischen Roboter und Lebewesen erhebliche Unterschiede existieren, finden sie keine andere Erklärung, als dass auch Roboter leben. Anders scheinen sie sich diese technischen Relikte nicht erklären zu können.
Es ist außerdem zu beobachten gewesen, dass, je mehr unterschiedliche Vorerfahrungen die Kinder haben, desto realistischer die Vorstellungen über Roboter von Funktionsweise und Zweck ausfallen. Zwei Jungs, welche zu Hause unter anderem Zugang zu einem Lego-Technik-Roboter hatten, waren den restlichen Kindern mit ihren Vorstellungen um Längen voraus. Die beiden waren so ziemlich die Einzigen, die nicht davon überzeugt waren, dass Roboter Gefühle haben.
Insgesamt kann man sagen, dass die befragten Vorschulkinder soziale Roboter als Lebewesen wahrnehmen und nur vereinzelt als soziale Technik. Meine Beobachtungen unterstützen damit den wissenschaftlichen Konsens der Roboter-Vorstellungen von Kindern.
Aktuell scheinen diese verzerrten Vorstellungen irrelevant, da die Berührungspunkte zwischen Kindern und sozialen Robotern verschwindend gering sind. Ich finde, das Ganze ist vergleichbar mit der Lüge vom Weihnachtsmann, die den meisten von uns als Kindern erzählt wird. Keine:r behält bleibende Schäden, wenn er/sie die Wahrheit erfährt.
Was passiert aber, wenn solche Roboter immer präsenter im Alltag der Kinder werden und sie regelmäßig Kontakt zu diesen haben?
Was, wenn Kinder dann einseitig gerichtete Beziehungen zu Robotern eingehen oder Roboter Werbung machen und so die Kinder beeinflussen?
Ich glaube, hier kommen einige aktuell teils noch unbekannte Herausforderungen und Probleme auf die Kinder zu. Frühkindliche Aufklärung und Bildung in diesem Bereich scheint dann auf einmal wichtig und notwendig.
Der Roboter Pepper
Der humanoide Roboter Pepper von der Firma SoftBank Robotics wurde speziell für die Kommunikation und Interaktion mit Menschen entwickelt. Mit seinen 1,20 Metern ist er ungefähr so groß wie die Kinder, mit denen er während der Evaluation interagiert hat. Die Programmierung erfolgte über die QiSDK für Android.
Für Personen, die dem inovex Blog folgen, ist Pepper wahrscheinlich kein Unbekannter. In diversen Artikeln haben Kolleg:innen die Möglichkeiten des Roboters untersucht und vorgestellt (wie zum Beispiel hier, hier oder hier). Aus diesem Grund möchte ich an dieser Stelle darauf verzichten, den kleinen Roboter erneut detailliert vorzustellen.
Auch ich habe mich auf die Fähigkeiten des Roboters verlassen und ihn für die Evaluation mit den Kindern für meine Masterarbeit verwendet.
Die Kommunikation zwischen Roboter und Kindern erfolgt ausschließlich via Sprache. Das Tablet auf der Brust von Pepper wird unterstützend zur Präsentation mit genutzt.
Die App
Das Konzept der App ist auf Grundlage des Feedbacks von Fachpersonal aus unterschiedlichen Kindergärten aus Schleswig-Holstein und Baden-Württemberg, sowie einer Hamburger Vorschule, entwickelt worden. Ziel war die Entwicklung einer kindgerechten Anwendung, welche unterschiedliche Arten der Interaktion ermöglicht.
Die App setzt sich aus insgesamt vier Teilbereichen zusammen:
Einführungsdialog
Nach einer einfachen Begrüßung der Kinder reagiert der Roboter mit einem Winken und startet in die Konversation. Der Roboter fragt die Kinder zunächst nach ihren Namen und ihrem Alter. Der dem Roboter genannte Name wird in die Antwort mit integriert. Anschließend beginnt Pepper damit kindgerecht über seine Funktionsweise zu erzählen. Dabei verwendet er den Kindern bekannte technische Vergleiche, um seine Sensorik zu beschreiben (z.B. „Ich höre über ein Mikrofon, wie das bei einem Telefon, in das man hineinspricht und der andere hört, was man gesagt hat“, „Ich sehe euch über Videokameras, mit denen ich ein Video aufnehme“).
Die vom Roboter vermittelten Informationen werden zusätzlich durch Gesten unterstützt, indem Pepper auf eine der Kameras oder eines der Mikrofone zeigt, während er darüber spricht. In regelmäßigen Intervallen fragt Pepper immer wieder nach, ob die Kinder mehr zu einem Thema wissen wollen und überlässt ihnen damit, wie ausführlich er z. B. über die Sensoren spricht. Anschließend erklärt der Roboter kurz, welche Aktivitäten die Kinder mit ihm ausüben können und überlässt ihnen die Wahl, in welcher Reihenfolge, wie ausführlich und wie oft sie diese ausführen.
Geschichtenerzähler
Bei diesem Modul nimmt der Roboter die Rolle eines Geschichtenerzählers ein und präsentiert den Kindern ein interaktives Bilderbuch mit Zwischenfragen an vordefinierten Stellen. Nach einer kurzen verbalen Einweisung beginnt Pepper mit dem Vortragen der Geschichte und greift dabei auf sein gesamtes Repertoire an Gestik und Mimik zurück. An besonders emotionalen Stellen in der Geschichte werden zusätzlich komplexere Animationen ausgeführt. Zusätzlich wird die Stimme, je nach Charakter, der spricht, verstellt (Kinder: schneller und höher; Erwachsene: langsamer und tiefer). Auf dem Tablet auf der Brust sind die jeweiligen Bilder zu den Textpassagen zu sehen.

An vordefinierten Stellen unterbricht der Roboter das Vortragen der Geschichte und leitet eine Zwischenfrage ein. Dabei wird eine eindeutige Geste (Arme hinter dem Rücken, Oberkörper leicht nach vorne gebeugt, ein Blick von links nach rechts) ausgeführt und Pepper richtet sich sprachlich an sein Publikum. Diese Animation taucht ausschließlich für diesen Kontext auf und dient als wiederkehrendes Zeichen dafür, dass der Roboter mit der Geschichte gestoppt hat und die kommende Sprache direkt an die Zuhörer gerichtet ist. Die Fragen an die Kinder stehen im direkten Zusammenhang mit der Geschichte und fordern auf, sich mit dem zuvor Gehörten reflektierend auseinander zu setzen.
Je nach Antworten der Kinder versucht Pepper dann auf diese einzugehen und kommentiert die Antwort. Bei einer unerwarteten nicht implementierten Antwort wird auf eine Standardantwort zurückgegriffen, damit der Flow der Geschichte möglichst nicht unterbrochen wird. Nach Beendigung der Geschichte schlägt Pepper eine der noch nicht ausgeführten Aktivitäten vor. Entscheiden können jedoch die Kinder, womit sie weitermachen wollen.
Zählspiel „Obstsalat“
Bei dem Zählspiel mit dem Namen „Obstsalat“ handelt es sich um eine gamifizierte Möglichkeit, das Zählen und Erfassen von Mengen zu üben. Dafür ist auf dem Tablet auf der Brust des Roboters ein comichaftes Bild von einer bis zu vier verschiedenen Obstsorten in unterschiedlicher Anzahl zu sehen. Die Bilder des Obstes variieren in Rotation und Skalierung, überlagern sich teilweise oder sind nur teilweise auf dem Bild zu sehen. Bei dem Start dieser Aktivität erklärt Pepper zunächst den Ablauf. Beim Spielen erscheint nun auf dem Tablet ein Bild und gleichzeitig fragt der Roboter nach der Anzahl einer Obstsorte. Die Bilder sind in vier verschiedene Schwierigkeitsgrade unterteilt, welche durch Faktoren wie Anzahl des insgesamt abgebildeten Obstes, Überlappungen oder Anzahl des zu zählenden Obstes definiert sind.

Beantworten die Kinder ein Rätsel korrekt, wird zufällig keine oder eine von vier positiv konnotierten Animationen ausgeführt (angedeutetes Klatschen in die Hände, Luftküsse oder rhythmisches Hin-und-her-Wackeln von Armen und Kopf in zwei Varianten) und gleichzeitig spricht der Roboter ein Lob aus. Bei einer falschen Antwort weist Pepper darauf hin und versucht das Kind zu motivieren erneut zu zählen. Das Spiel läuft so lange weiter, bis dem Roboter verbal vermittelt wird, dass eine andere Aktivität ausgeführt werden soll.
Tanz-Companion
Für dieses Modul wurde Pepper eine Choreografie zu dem bekannten Kinderlied „Was müssen das für Bäume sein“ einprogrammiert. Zu Beginn fragt der Roboter die Kinder, ob sie das Lied und den zugehörigen Tanz kennen. Dann animiert er die Kinder, mit ihm zusammen zu singen und zu tanzen, macht jedoch auch klar, dass niemand mittanzen muss, wenn er sich dabei nicht wohlfühlt. Anschließend fragt Pepper, ob alle bereit sind. Wird dies bejaht, startet die Musik und der Roboter beginnt mit der Choreografie, welche insgesamt über vier Strophen geht.
Nach dem Lied deutet Pepper ein Händeklatschen an und fragt die Kinder, wie ihnen der Tanz gefallen hat. Anschließend schlägt er die nächste noch fehlende Aktivität vor. Wieder sind jedoch die Kinder diejenigen, die entscheiden, womit sie fortfahren möchten.
Pepper im Kindergarten – Kind-Roboter-Interaktion
Beim Besuch von Pepper im Kindergarten ging es um die Beobachtung der Kind-Roboter-Interaktion im Rahmen der Nutzung des Prototyps sowie darüber hinaus. Insgesamt elf Kinder haben an der Evaluation teilgenommen. Vor Beginn des Experiments wurde der Roboter zwar eingeschaltet, blieb aber zunächst still und passiv. Die Kinder konnten Pepper in aller Ruhe untersuchen und bekamen die Möglichkeit mir Fragen zu stellen.

Sobald der erste „Schock“ überwunden war, habe ich die App gestartet und die Kinder aufgefordert, Pepper zu begrüßen. Sobald dies geschah, begann dieser mit dem Einführungsdialog. Ab dem Moment habe ich mich weitestgehend zurückgehalten und der weitere Verlauf des Experiments lag damit unter der Kontrolle der Kinder bzw. des Roboters.
Von der Neugier angetrieben haben sich die Kinder alles angehört, was Pepper im Einführungsdialog zu erzählen hatte. Alle Nachfragen seitens des Roboters, ob er mehr erzählen soll, wurden bejaht.
Die Informationen zur Funktionsweise von Pepper wurden von den Kindern genauestens überprüft, indem sie entweder selbst genau hinschauten, ob z. B. die Kameras wirklich dort sind, wo Pepper beschreibt oder sie mir im späteren Verlauf des Experiments weiterführende Fragen zu Dingen, die Pepper zuvor erklärt hatte, stellten.
Die Fragen von Pepper wurden von den Kindern meist kurz und knapp beantwortet. Und die Antworten selbst schienen teilweise aus dem Kontext gerissen bzw. waren nicht vorhersehbar. Bei der Gestaltung von VUIs sollte aber generell darauf geachtet werden, diese robust anzulegen, denn Nutzer:innen werden immer genau das sagen, an das man als Entwickler nicht gedacht hat. Dies gilt nicht nur für Kinder.
Zwischen den verschiedenen Aktivitäten sind die Kinder in den meisten Fällen bereitwillig den Vorschlägen von Pepper gefolgt. Erst nachdem sie alles gesehen hatten, haben sie angefangen, dem Roboter zu widersprechen und selbst auszusuchen, worauf sie noch Lust haben.
Bei anschließender Befragung der Kinder hat eine große Mehrheit angegeben, dass ihnen das Tanzen am besten gefallen hat. Während des Experiments wurde teilweise viermal hintereinander das selbe Lied wiederholt und dazu getanzt, wobei die Kinder von Mal zu Mal selbstbewusster und sicherer wurden. Weitere körperlich-aktive Use Cases scheinen für die Kinder besonders spannend zu sein.
Auch die Geschichte und das Zählspiel wurden von den Kindern weitestgehend aufmerksam verfolgt und vereinzelt als „am besten“ bewertet. Das Kindergartenpersonal äußerte besonderes Interesse an Anwendungen aus dem Edutainment-Sektor. Es sei vorstellbar, dass Pepper mit einzelnen Kindern oder mit Gruppen beispielsweise Vorschulübungen durchführt. Auch gezielte Sprachförderung mit Hilfe von Pepper sei vorstellbar.
Das Verhalten der Kinder war zu Beginn und zum Ende der Evaluation kaum vergleichbar. Während sie zunächst zurückhaltend und schüchtern agierten, sind die Kinder im Verlauf der Begegnung immer mehr aufgetaut, neugieriger geworden und haben mit Pepper experimentiert. Als die Kinder beispielsweise herausgefunden hatten, dass Pepper auf ein Drücken einer der Knöpfe am Fuß fast schon humoristisch mit einem schnellen Blick in die Richtung reagiert, haben sie sich über mehrere Minuten damit beschäftigt und darüber amüsiert. Dass die Kinder schon so einfach zu begeistern sind, habe ich nicht vorhergesehen.
Fazit
Die Beobachtungen aus den Gruppendiskussionen mit den Kindern stützen den wissenschaftlichen Konsens über die Roboter-Vorstellungen von Kindern. Kinder neigen zu Animismus und haben damit oft ein falsches Bild von Robotern. Medien für Kinder verstärken durch unrealistische Darstellung von Robotern diesen Umstand.
Aktuell ist dieser Umstand irrelevant. Zukünftig, wenn soziale Roboter eine größere Rolle in unserem Alltag einnehmen, wird sich das meiner Meinung nach ändern und eine frühkindliche Aufklärung/Bildung in diesem Bereich notwendig werden, um zu verhindern, dass Kinder enttäuscht oder manipuliert werden oder andere negative Erfahrungen machen müssen.
Bei Peppers Besuch im Kindergarten haben die Kinder große Neugierde gezeigt und mit viel Spaß und Freude an der Evaluation teilgenommen. Unterschiedliche Kinder hatten unterschiedlich viel Spaß mit den verschiedenen Aktivitäten. Einigen gefallen körperlich aktive Dinge wie das Tanzen am besten. Andere hatten am meisten Spaß bei dem Lernspiel und wieder andere beim Zuhören der Geschichte. Es scheint ein breites Spektrum an möglichen Use Cases für die Interaktion zwischen Kindern und sozialen Robotern zu existieren.
Der Roboter Pepper eignet sich aufgrund seiner einfachen Programmierung via Android hervorragend für Forschungsarbeiten wie diese. In kurzer Zeit können Prototypen entwickelt und getestet werden. Für den regelmäßigen Einsatz mit Kindern würde ich ihn nicht unbedingt empfehlen. Bei der Evaluation kam es immer wieder zu Problemen bei der deutschen Spracherkennung und die Kinder wurden nicht verstanden. Das lag zum einen daran, dass die Kinder oft gleichzeitig und durcheinander gesprochen haben. Zum anderen lag es aber auch daran, dass Pepper mit den hohen Stimmen der Kinder Probleme hatte. Teilweise führte dies zu Frust bei den Kindern.
Außerdem ist Pepper nicht wirklich multitaskingfähig. Entweder er spricht oder er hört zu. Beides gleichzeitig geht nicht. Auch die detaillierte Wahrnehmung der Interaktionspartner ist nicht out-of-the-box möglich. Ob die Kinder zuhören oder z.B. Quatsch machen bekommt Pepper nicht mit. Ein pädagogisch wertvolles Eingehen auf die Bedürfnisse der Kinder ist somit schwer. Diese Umstände haben dazu geführt, dass die Interaktion nicht so natürlich und flüssig abläuft, wie wir es von der Mensch-Mensch-Interaktion gewohnt sind.
Mir persönlich hat es super gut gefallen mit den Kindern zusammenzuarbeiten. Das alle auch noch Spaß mit Pepper hatten finde ich um so schöner. Die Kinder haben zum Ende der Evaluation mehrfach nachgefragt, wann Pepper und ich denn wieder zu Besuch kämen. Von einem der Kindergärten bekam ich unerwartet Post mit Briefen und gemalten Bildern von Pepper im Urlaub. All diese Dinge lassen mich darauf schließen, dass der Besuch von Pepper den Kindern eine Erinnerung geschaffen hat, welche sie so schnell nicht vergessen. Und vielleicht konnte ich mit dem Besuch sogar das Interesse an Robotik oder einem MINT-Beruf erwecken.
Fragen aus dem Meetup
Ist der sprachliche Dialog ein eingebettetes Feature in der entsprechenden App oder musst du parallel VUI und GUI beide entwickeln?
Antwort: Beim Arbeiten mit Pepper muss man sich nicht um die Spracherkennung und -synthese kümmern, STT und TTS übernimmt die SDK des Roboters. VUI und GUI hingegen müssen beide entwickelt werden. Standardmäßig wird für das VUI die Scriptsprache QiChat verwendet. Alternativ kann bei der Einrichtung des Dialogs auch andere Chatbots, wie z.B. DialogFlow, angebunden werden.
Bei der Entwicklung von Apps für Pepper ist es ebenfalls empfehlenswert, eine Navigation durch die App sowohl über Sprache, als auch über das Tablet zu gewährleisten.
Kann man bei inovex eine Masterarbeit schreiben?
Antwort: Ja, definitiv! Die Untersuchung mit Pepper im Kindergarten ist Teil meiner Masterarbeit, bei der inovex mich nicht nur mit Hardware und finanziell, sondern auch mit Expertise durchgehend unterstützt hat.
Auch für Bachelorarbeiten gibt es durchaus die Möglichkeit, diese bei inovex zu schreiben. Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass inovex nicht nur diverse Themenvoerschläge für Abschlussarbeiten bereitliegend hat, sondern auch offen für interessante Ideen ist. Bei konkreten Fragen meldet euch am besten direkt bei jobs@inovex.de.
Gibt es Studien zum Einfluss des Roboter-Sprachduktus auf Kinder? D.h. besteht die Gefahr, dass Kinder bei viel Kontakt mit Computerstimmen diese Aussprache auch teilweise übernehmen?
Antwort: Konkrete Studien zu dem Thema sind mir nicht bekannt. Die Mehrheit der Studien zwischen Kindern und Robotern geht selten über einen längeren Zeitraum, so dass solche möglichen Langzeitfolgen noch weitestgehend unerforscht sind.
Nichtsdestotrotz habe ich im Rahmen meiner Thesis über genau dieses Thema mit dem Fachpersonal aus dem Kindergarten gesprochen und um deren Einschätzung gebeten. Die Erzieherinnen und Sozialpädagoginnen konnten sich nicht vorstellen, dass, solange die Kinder nicht ausschließlich mit Robotern sprechen, Veränderungen in der Aussprache stattfinden. Dass die Kinder im Spiel diese Art zu sprechen übernehmen, halten sie hingegen für vorstellbar.
Ist die Gestik beim Tanzen hart programmiert oder kann Pepper selbst die Gestik je nach der Melodie selbst gestalten?
Antwort: Die für diese Untersuchung durchgeführte Choreografie ist hart programmiert und folgt dabei „streng“ dem zugrundeliegenden Kinderlied. Um die Bereitschaft der Kinder mit dem Roboter tanzen zu wollen zu erhöhen, wurde gezielt ein Lied mit einer Choreografie ausgewählt, welche den Kindern bekannt ist, damit sie einfacher mitmachen können.
Rein technisch halte ich es nicht für unmöglich, Pepper spontan zu einer Melodie tanzen zu lassen. Den Rahmen meiner Abschlussarbeit hätte dies jedoch gesprengt und war so auch gar nicht vorgesehen.