Telepresence Robot Design for Presence in Mediated Communication

Abstract

Communicating with people across distances is commonplace nowadays. We use a number of mediated communication systems to stay in contact, from e-mails, text messages, and phone calls to videoconferencing. Recently, significant developments have been made in mediated communication systems through advances in robotics by merging videoconferencing systems with robotic platforms, also known as telerobotics. These robotic platforms and telepresence robots have a rich design space and offer a wide range of features that promise to bring us closer to the sensation of being there. Although research in telerobotics has shown the usefulness of telepresence robots, much of the work conducted till date has shown scope for increasing user participation to meet the challenges of implementing these systems or for in situ investigations on how they are received in organizations. However, how the specific design elements contribute to the feelings of presence, such as telepresence, and provide the remote sender’s presence to the receiver are yet to be fully explored. Since telepresence robots are designed to facilitate interpersonal communication between a remote sender and a receiver, the presence of the remote sender as perceived by the receiver is an important aspect of the interactions. Thus, the theoretical and empirical foundations of telepresence robot design guidelines for enriching remote sender’s presence in mediated communication should be explored. Furthermore, it would be possible to propose a new design direction that will enrich the fields of design, robotics, as well as mediated communication. The aim of this study is to understand the perspectives on presence and to establish design knowledge applicable to telepresence robots. This study sought to address the following two questions: How can users identify presence in robot-mediated communication? How should designers design telepresence robots to leverage presence in robot-mediated communication? First, this dissertation attempted to identity the roles of telepresence robots in mediated communication by exploring paradigms of embodied telepresence and the operational and social aspects of robot-mediated communication. Then, three perspectives on presence in robot-mediated communication were investigated: telepresence, co-presence, and social presence. Second, this dissertation analyzed the design factors of telepresence robots shaping presence in mediated communication. The design factors shaping presence in robot-mediated communication were determined through a literature review and the grounded theory method. They were as follows: remote sender’s features, robot’s features, and receiver’s cognitive process. The remote sender’s features and receiver’s cognitive process depend considerably on individuals and are unchangeable, while the robot’s features are objectively observable and designable. In this regard, we focused on robot design features, form and interaction design, which can be designed for enhancing presence in robot-mediated communication. Although telepresence robots are developed as media in mediated communication, robots can act exclusively as social agents with physical embodiments unlike other media. Considering these unique characteristics of telepresence robots, we determined the factors causing the presence with two main dimensions: remote sender’s identity and robot’s identity. With the concept of the identities of the remote sender and robot, we further broke down the perspectives on presence and reconstructed them into three concepts: telepresence, remote sender’s presence, and robot’s presence. Thereafter, in this study, we carried out the measurements of the three new concepts of presence in robot-mediated communication. Third, focusing on the form design of telepresence robots, this study tried to understand the way of leveraging presence in robot-mediated communication. On the basis of existing telepresence robot examples, we identified the form types of telepresence robots, and applied it to the telepresence robot form design. Then, their effects on presence were evaluated. Fourth, focusing on the interaction design of telepresence robots, this study attempted to determine an approach for enhancing presence in robot-mediated communication. This dissertation examined the effects of interaction design with respect to two situations: during mediated communication and during the disconnection of mediated communication. During mediated communication, the remote sender’s identity is relatively high, whereas when the remote sender is disconnected to mediated communication, the robot’s identity is considerably high. Thus, we have divided the interaction design factors into two, and examined them on presence for either the remote sender’s identity or the robot’s identity. To do this, we isolated the specific form and interaction design variables and systemically tested their effects on presence in a series of five controlled laboratory studies. We found that from a user’s perspective, the remote sender’s presence is mediated to telepresence while the robot’s presence is not. In addition, there is a tradeoff between the remote sender’s presence and the robot’s presence. By creating a separation between the concepts of remote sender’s presence and robot’s presence, designers and developers may gain a more nuanced understanding of the effects that various features have, thereby aiding them in creating future telepresence robots that match the user needs with contexts more effectively. Each designed form and interaction variable has a different effect on different aspects of presence. From a designer’s perspective, our findings provide them with the insight that in context, form and interaction design factors should be carefully considered followed by the developed design guidelines of telepresence robots. Finally, this dissertation distills our overall efforts into the design guidelines of telepresence robots. These guidelines allow us to understand the concept of shaping presence in robot-mediated communication by schematizing dimensions of presence, constructs of design factors, and their relationships. This dissertation emphasizes the necessity of design research in robot-mediated communication. In particular, it paves the way for understanding the concepts of presence by employing the previous perspectives on presence in mediated communication and reconstructing it for robot-mediated communication. This study reveals that form and interaction design factors of telepresence robots affect presence in robot-mediated communication. The results from experimental studies provide some evidence to support the proposed design guidelines and suggest several design solutions under the given constraints to the complex design problem. Most of all, this dissertation forms a theoretical base for future research works that can result in practical guidance for designers and developers. Based on this dissertation, we hope to expand the design research on telerobotics.;오늘날 우리는 다른 공간에 있는 사람들과 소통을 한다. 이메일, 문자메시지, 전화통화에서부터 화상통신에 이르기까지, 우리는 수많은 매개 의사소통 기술들을 통해 원거리에 있는 상대방과 원활하게 소통한다. 최근, 이러한 매개 의사소통 기술은 로봇 기술 발달로 인해 확장되었다. 기존 화상통신 시스템과 로보틱 플랫폼이 결합된, 텔레로보틱스는 다양한 디자인 요소들을 통해 보다 원활한 사용자간의 상호작용을 제공해 줄 수 있는 가능성을 지니고 있다. 텔레로보틱스 내 기존 연구들은 텔레프리젠스 로봇의 유용성에 대해 평가했다. 해당 연구들은 대부분 텔레로보틱스 기술이 어떻게 기업 내에서 수용되고, 어떻게 사용자의 참여를 높일 수 있을지에 대해 중점적으로 이루어져왔다. 텔레로보틱스 내, 소통을 위해 개발된 로봇인 텔레프리젠스 로봇의 어떠한 디자인 요소가 매개 의사소통 상황에서 원격 현존감에 기여하고, 발신자의 실재감을 수신자에게 효과적으로 전달하는지에 관한 연구는 제한적이다. 텔레프리젠스 로봇은 원격 발신자와 수신자 간의 소통을 원활하게 제공하기 위해 개발된 로봇이므로 수신자가 인지하는 원격 발신자의 실재감은 로봇 매개 의사소통에서 중요한 측면을 차지한다. 따라서, 로봇 매개 의사소통 상황에서 원격 발신자의 실재감을 높여주는 텔레프리젠스 로봇 디자인 가이드라인에 대한 이론적, 경험적 토대를 구축하고자 한다. 이는, 매개 의사소통뿐 아니라 디자인 및 로보틱스 분야를 더욱 풍성하게 만들어줄 새로운 디자인 방향을 제안할 것이다. 본 연구의 목적은 실재감을 이해하고 텔레프리젠스 로봇에 적용 가능한 디자인 지식을 구축하는 것이다. 이를 위해 다음의 두 가지 연구 질문이 제시되었다. 첫째, 로봇 매개 의사소통 상황에서 사용자들은 어떻게 실재감을 파악하는가? 둘째, 로봇매개 의사소통 상황에서 디자이너들은 실재감을 높이기 위해 어떻게 텔레프리젠스 로봇을 디자인해야 하는가? 본 연구는 로봇 매개 의사소통상황에서 실재감의 개념을 이해하고, 디자이너들이 어떻게 텔레프리젠스 로봇을 디자인 할 수 있는지 살펴봄으로써 이 질문에 대한 답을 제시하였다. 첫째로, 본 연구에서는 외형을 지닌 매개 의사소통 기술들에 대해 이해하고, 로봇 매개 의사소통 기술 내 원격제어 로봇과 텔레프리젠스 로봇을 분류 및 이들의 개념과 역할에 대해 고찰했다. 이를 바탕으로 매개 의사소통 상황 내 텔레프리젠스 로봇의 가능성을 탐색했다. 또한, 로봇 매개 의사소통 상황에 적용 될 수 있는 실재감의 세 가지 구성요소인 원격 현존감, 공존감 및 사회적 실재감을 분류하고, 이들의 개념에 대하여 이해했다. 두 번째 단계에서는, 로봇 매개 의사소통 상황 내 실재감을 형성하는 핵심 디자인 구성요소들을 파악하고 추출했다. 기존 문헌 연구와 사용자 참여 연구를 통해, 로봇 매개 의사소통 상황 내 실재감 형성 요소로 크게 원격 발신자의 속성, 로봇의 속성, 그리고 수신자의 인지를 도출했다. 발신자의 속성과 수신자의 인지는 개인의 주관에 관련되며 비교적 변화하기 힘든 요소인 반면 로봇의 속성은 객관적으로 관찰 및 디자인이 가능한 요소라는 점에서 본 연구에서는 로봇의 외형 및 인터랙션 디자인을 디자인 요소로 제시했다. 텔레프리젠스 로봇은 다른 매개 의사소통 매개체들과 다르게 발신자를 전달하는 매개체 역할 이외에도 외형을 지닌 사회적 객체로 인식되기도 한다. 이러한 두 가지 개념을 바탕으로 본 연구에서는 실재감에 영향을 주는 관점을 발신자의 정체성과 로봇의 정체성으로 분류했다. 또한 분류된 개념을 바탕으로 실재감의 세 가지 관점을 원격 현존감, 원격 발신자의 실재감 및 로봇의 실재감으로 재구성함으로써, 로봇매개의사 소통 상황 내 실재감 연구를 위한 연구방향을 제시했다. 세 번째 단계에서는, 텔레프리젠스 로봇의 외형 디자인방법에 초점을 두어 디자인방법을 모색했다. 기존 텔레프리젠스 로봇의 외형디자인 사례들을 분석하고, 외형 디자인 구성요소를 선정하여, 이가 실재감에 미치는 영향에 대한 연구를 실시했다. 다음 단계에서는, 텔레프리젠스 로봇의 인터랙션 디자인방법을 모색했다. 매개 의사소통 상황은 발신자가 연결된 소통상황과 발신자와의 연결이 끊긴 상황으로 분류될 수 있다. 발신자가 연결된 소통상황에서는 발신자의 정체성 형성이 상대적으로 중요한 반면, 발신자와의 연결이 끊긴 상황에서는 로봇의 정체성 형성이 상대적으로 중요하다. 본 연구에서는 두 가지 상황에 근거하여, 발신자의 정체성 또는 로봇의 정체성을 높이기 위한 인터랙션 디자인 구성요소를 선정하고, 이들이 실재감에 미치는 영향에 대한 연구를 실시하였다. 분석 결과, 원격 현존감에 대해 원격 발신자의 실재감은 매개효과가 있었으며, 로봇의 실재감은 그렇지 않음을 발견하였다. 또한, 원격 발신자의 실재감과 로봇의 실재감은 상충관계임을 발견하였다. 이처럼 본 연구에서는 로봇 매개 의사소통 상황 내 원격 발신자의 실재감과 로봇의 실재감을 명확하게 구분했으며, 로봇의 외형 및 인터랙션 디자인 요소들이 각 실재감에 주는 효과를 검증했다. 이러한 연구 결과를 바탕으로, 텔레프리젠스 로봇을 디자인 할 때 상황에 맞는 실재감 유형을 고려한 후 이에 맞는 로봇 디자인방법을 모색해야 함을 제안한다. 마지막으로, 본 연구에서는 도출된 텔레프리젠스 로봇의 외형 및 인터랙션 디자인 요소들과 그들간의 구성관계를 도식화함으로써 로봇 매개 의사소통 상황 내 실재감 형성에 대한 이해를 돕는 텔레프리젠스 로봇 디자인 가이드라인을 제안했다. 특히, 실재감의 개념을 로봇 매개의사소통 상황에 맞춰 재구성함으로써 실재감에 대한 이해의 기틀을 마련하였으며, 텔레프리젠스 로봇의 디자인 외형 및 인터랙션 디자인 요소들이 이에 영향을 미침을 발견했다. 본 논문을 구성하는 다섯 가지 실험연구의 결과들은 텔레프리젠스 로봇 디자인 가이드라인의 타당성을 입증하며, 디자이너가 실재감을 높이기 위해 어떻게 텔레프리젠스 로봇을 디자인해야 하는가라는 문제에 대한 디자인 방안을 제시한다. 본 논문은 디자이너나 로봇개발자들이 활용할 수 있는 실용적인 텔레프리젠스 로봇 디자인 가이드라인 개발을 통해, 향후 연구들에 대한 이론적인 초석을 세웠으며, 본 연구 성과를 기반으로 텔레로보틱스에 대한 디자인 연구가 확장되기를 기대해본다.