日本ロボット学会誌 No. xx, pp.1∼4, 200x Vol. xx 1 事例紹介 幼児教育環境におけるソーシャルロボット研究とその応用 Social Robotics Research and its Application at the Child Education Environment 中 文 英∗ 田 Fumihide Tanaka∗ ∗ ∗ 筑波大学 大学院システム情報工学研究科 / JST さきがけ Graduate School of Systems and Information Engineering, University of Tsukuba / JST PRESTO 1. は じ め に ソーシャルロボットの研究は，本質的に何のためにある のであろうか？ おそらく目的は大別して二つの方向性があ り，第一に人間を支援するロボット技術開発に知見をつな げようとする向き（工学的有用性）と，第二に人間を知る ための手段としてロボットを用いようとする向き（科学的 学術性）があるものと思われる．本論文では，子どもの教 育現場という筆者らの研究フィールドにおける，こうした 図 1 カリフォルニア州サンディエゴの保育所における，子ども たち（1∼2 歳）とロボットの長期的なインタラクション観 察研究．[1]∼[3] PNAS/National Academy of Sciences ソーシャルロボット研究の事例を紹介する． 2. 研究事例１：探索型の基礎研究 [1]∼[3] (Copyright 2007) 最初に紹介する事例は，筆者らが 2004 年から 3 年間にわ たり米国カリフォルニア州サンディエゴの保育所にて行っ 室に導入したのは 6ヶ月弱の期間であったが，ここで撮影さ た探索型研究（exploratory study）である．ここでは，小 れた実験映像の分析には 1 年半以上の時間を要した．分析 型の二足歩行人型ロボットを日々継続的に教室に導入し，自 から得られた知見はロボットのハードウェアに関わるもの 律動作／遠隔操作による様々な行動パターンを試しながら， からソフトウェアや運用面など多岐にわたる（詳細は [1]∼ 子どもたち（月齢 1∼2 歳）との間で起こるインタラクショ [3] 参照）が，ここでは特に，次章以降で説明する教育支援 ンを観察した（図 1 参照）．当初，筆者らはロボット技術を 研究につながった知見について説明する．まず，教室内に 用いて子どもたちの教育支援を行いたいという漠然とした おける子どもたちの行動分析から判明したのは，ここで導 目的は有していたものの，具体的にどのような技術を用い 入したロボットが，教室内にある他の玩具と際立って異な てどのような場面を対象とするかについてはまだ明確には る扱われ方をされていたことである．特に，子どもたちの 判断しかねていた．また，当時研究開発の進められていた 世話欲をかきたてるようなロボットの振る舞いは，子ども エンターテインメント・ロボットの流れからも， 「いかにし たちの興味を長期間にわたり強く引きつけることが分かり， て人間を長く引きつけることのできる（簡単には飽きられ このカテゴリーに属するインタラクションの発生頻度は他 てしまわない）ロボットを作れるか」という問題意識も感 の玩具における頻度と比較して顕著に大きく，かつ長期に じていたが，どこから手を付ければ良いのか分からずにい わたり継続した．こうしたインタラクションの例としては， た．そこで，未だ完全では無いものの当時利用し得る最新 バッテリー残量の少なくなったロボットが（安全停止のた 鋭のロボットを教室に導入して，継続的に子どもたちとの めに）床の上に寝ようとすると子どもたちがロボットの上 間の関わりを観察する中から具体的な教育支援の場面や子 に毛布をかけようとする場面や，教室内でロボットが転倒 どもたちを飽きさせないための必要条件を探すことにした． した際に子どもたちが起き上がりを助けようとする場面な 3 年間の研究期間のうちで実際にロボットを継続的に教 どが挙げられる． こうした探索型研究では，あらかじめ想定していなかっ 原稿受付 キーワード：Child - Robot Interaction, Robotics for Children, Care-receiving Robot, Telerobotics, Learning and Development * 〒 305-8573 茨城県つくば市 天王台 1-1-1 * 1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki, Japan (ZIP: 305-8573) 日本ロボット学会誌 xx 巻 xx 号 た問題も次々と発生し，無秩序さながらに様々な知見が集 結される．これらの知見は無理にまとめるべきものでは無 いのかもしれないが，筆者らは 1 章にて述べたような二つ の方向性で大まかに整理を試みている．第一の方向性は人 —1— 200x 年 xx 月 田 2 中 文 英 間を支援するロボット技術開発につなげようとするもので， Teacher 具体的には，次章以降で説明する子どもたちの学習支援や 教育環境拡張の試みである．第二の方向性は人間理解の手 段としてロボットを用いようとするもので，子どもたちと ロボットの間の社会性発達過程（長期間にわたる共生を通 して子どもたちはどのようにロボットと関わり受容してい くか）を量的／質的双方の分析法により記述しようとした． 代表的な分析結果としては，子どもたちとロボットの間で起 Care-taking こる様々なインタラクションをハプティック行動分析（「触 る」という行動要素を元にインタラクションのパターンを 分類し分析する方法）したものがある．ここでは，子ども Children たちとロボットの間のふれあい（パターン）が，数ヶ月間 にわたる共生を通じて子どもたち同士のふれあいに収束し ていく様子が提案する定量的尺度と共に示されている．ま た，こうした「ロボット−人間」間の分析と，前述の「ロ ボット−玩具」間の分析を並べることによって， 「子どもた ちにとってロボットはどのようなものとして受け入れられ Robot “Learning by Teaching” 図 2 ケアレシーバー型ロボットの枠組：子どもたちの自然な 世話欲を活かし，子どもたちにロボットを教えてもらう ことによって逆に子どもたち自身への学習効果を高めよ うとする．[4] [5] ていったのか？」という問いに対して答えようとした． 3. 研究事例２：ケアレシーバー型ロボットを用いた 子どもの学習支援 [4] [5] 2 章にて述べた保育所に身を置き続け，日々子どもたち 胸部スクリーンの画像提示と共に音声発話する RUBI を導 入したところ，RUBI を導入しない同年齢帯の別の教室の 子どもたちと比較して有意に未知語獲得を促進されるとい う例が示されている． や保護者の方々，教師や保育所スタッフの方々と話してい 一方で筆者らは，別のスタイルのロボットを用いた子ども るうちに，教育環境を充実させて子どもたちの学習を支援 たちの学習支援の試みも始めている．前例における RUBI するためのロボット技術に大きな期待と有望性を感じるに や各種のチャイルドケア・ロボット [8] [9] は，ケアギバー 至った．そして，当初は漠然としていた具体的な寄与の仕 （care-giver）型，つまりロボットから子どもたちに何かを 方についても自然に対象が定まってきた．本章では，2 章 教えようとするものであった．これに対し筆者らは，ケアレ にて述べた探索型の基礎研究から派生した，子どもたちの シーバー（care-receiver）型，つまり逆に子どもたちが教 学習支援に関する研究事例を紹介する． えるタイプのロボット（図 2 参照）に着目している [4] [5]． 筆者らが前述の探索型研究を行なっていたカリフォルニ ここでは，教育者である教師や親が，所望の教育トピック ア大学サンディエゴ校，Machine Perception Laboratory （例：あいさつや感謝の言葉）を定めた上で，子どもたち では，同時に子どもたちの未知語学習を支援するロボット にそのトピックをロボットに対して教えさせる．ロボット を開発している [6] [7]．RUBI と名付けられたこのロボット は子どもたちの自然な世話欲を引きだすよう，当初は容易 は，探索型研究で得られた知見を導入して子どもたちの教 に間違えたり不完全なふるまいをしたりするようデザイン 育支援を目的にゼロから作られたものである．例えば，前 されており，子どもたちの教示と共にトピックを学んでい 述のように探索型研究からハプティックなインタラクショ くようにする．こうした，いわば「Poor な」ロボットの面 ンの有為性が示されていたため，このロボットは胸部に大 倒を見ることにより，結果として子どもたち自身もそのト きなタッチスクリーンを有し，そこで提示されるコンテン ピックに対する学習を深めること（Learning by Teaching） ツプログラムを中心に子どもたちとのインタラクションを が真の狙いである．そして，このケアレシーバー型ロボッ 試みようとする．また，探索型研究時に用いていたロボッ トの着想には，まさに前章で述べた探索型研究の知見（ロ トと比較して単純な自由度構成をしているが，これは探索 ボットは子どもたちの世話欲を強く喚起する）が活かされ 型研究の知見から最有用と判断された少数の可動部（手・ ている． 首など）をより分かりやすく示す意図がこめられている． 現在，筆者らはケアレシーバー型ロボットの導入効果を RUBI は現在も開発が継続中であるが，すでに興味深い 確認・検証する目的で実証実験を行なっている．今回の実 導入効果も報告されている．例えば [7] では，前述の探索型 験フィールドは，つくば市の大型ショッピングセンター内に 研究と同様の月齢 1∼2 歳の教室に，そこの子どもたちが ある子ども向け英会話教室（株式会社こども英会話のミネ 触れたことのない言語体系であるフィンランド語の単語を ルヴァ）であり，とくにマミー Kids クラス（0∼2 歳）と JRSJ Vol. xx No. xx —2— xx, 200x 幼児教育環境におけるソーシャルロボット研究とその応用 3 ンス [11] から近年ではアンドロイド [12] まで，数多くの遠 隔操作ロボットが提案されてきた．こうした高度なロボッ ト技術も近年では一般層にも認知の広がりを見せ，多くの 人々から「もうすこしで手の届きそうな夢の技術」と期待 されている感がある．しかしながら一方で，こうした最新 技術と現実応用の間には，おそらく今なお多くの問題が存 在しているものと思われる．こうした問題を顕在化させて 世に示し，同時に解決への努力を進めるためには，2 章に 図 3 ケ ア レ シ ー バ ー 型 ロ ボット を 実 装 す る Aldebaran Robotics 社製の Nao と，子ども向け英会話教室内で典型 的に用いられる学習教材： （左写真）ボキャブラリーカー ド：動物の絵などが英語名と共に記載されたもの． （右写 真）様々な図形が様々な色で描かれたポスター． て述べた研究事例と同様に，やはり探索型のスタイルを含 んだ実証実験を行なうのが最適であると考えた． そこで筆者らは，前章にて説明した子ども向け英会話教 室を拠点の一つとして，2 章にて述べた米国カリフォルニ ア州の教室を含む各地間のインターネット接続の上に，子 幼児クラス（3∼5 歳）に在籍する子どもたちの中から参加 どもたちが遠隔地に置いたロボットを遠隔操作することに 者を募集し，通常のレッスンとは別の時間に同じ教室にて よって現地の活動に実時間参加することが可能なシステム ロボットを導入したプログラムをテストしている．導入す （図 4 参照）の開発に着手した．本研究は JST さきがけ「情 るロボット機体は Aldebaran Robotics 社の Nao（全長約 報環境と人」研究領域における課題（H21∼H24 年度）と 58cm）を用いており，基本的に教室外部から遠隔操作され して行なわれ，国内拠点間での開発からはじめて最終年度 ている．このロボットが参加している点以外は通常のレッ までに日米間での実証実験を行なうことを目標としている． スンとまったく同等の雰囲気下で進められ，担当教師と数 現在，筆者らは，最初のターゲットタスクを遠隔地間の 人の子どもたち，保護者たちと混じって安全確認を担当す 子どもたち同士での物の受け渡しに設定し，これを行なう る実験者が教室の内部に居る．ロボットは優等生らしくふ ためのロボットインタフェースの開発とテストを実施中で るまったり，逆に意図的に間違いを犯すようにふるまった ある．物の受け渡し（Give and Take）は教室内にて最も りするよう遠隔操作され，それらに対する子どもたちの挙 頻繁に行なわれるインタラクション形態の一つであり，教 動を観測・分析する． 師たちもレッスン内にて頻繁にこの行動要素を取り入れる すでに筆者らは，狙いとする現象，つまりレッスン中に ため，物の受け渡しが遠隔地間の子どもたち同士（あるい 教師が提示する様々な学習タスク（例：カードの絵の名前 は子どもと教師の間）で可能になれば，数多くの教室活動 当てや色形当て：図 3 参照）をうまくクリアできないロボッ に参加可能となる．しかしながら，このタスクには，ロボッ トが，周囲の子どもたちの世話欲をかきたて，子どもたち トハンドの設計といった問題以外にも，ソーシャルなイン からロボットへの自然な教示が発生することを多くの場面 タラクションに特有の重要な問題が含まれていることが明 で観測している．さらに，こうしたケアレシーバー型のロ らかになりつつある．それは，インタラクションにおける ボットを教室に導入することにより，通常，散漫になりや タイミングの問題である．筆者らが行なっている予備実験 すい子どもたちの注意や集中力を，このロボットへのケア の結果，本システムは通常のインターネット上で実装しよ 意識を通じて教師が提示した学習タスクそのものに長時間 うとした場合，数百ミリ秒オーダーの遅延が発生すること 引きつけることが結果的に可能であるという，教育現場に が判明した．この遅延は通信上の伝送遅延，画面上の動き とって有益な効果も見えはじめてきている． を知覚する際の認知的な遅延の双方を含む．システムの仕 4. 研究事例３：世界の子どもたちをつなぐ遠隔操作 ロボットシステム [10] 組を多少なりとも推察できる大人のユーザであれば，ある 程度の遅延があったとしても，それが実験室環境での試行 であればなおさらのこと対応可能であると思われる．しか 次に紹介する研究事例は，遠隔操作ロボット技術（Telerobotics）を用いて，こうした子どもたちの教室空間を拡張 しながら本研究ではユーザは子どもたちであり，かつ，現 し，より魅力的かつ有益な教育環境を提供しようとするも 影響は致命的なものに成りうる． 実の教室活動中という文脈の中で行なわれるため，遅延の のである．近年，Skype 等の普及により遠隔 TV 会話は多 筆者らはこの問題を，発達心理学における社会的随伴性 くの人々が比較的容易に用いることのできる技術となった． （Social contingency）の研究 [13] [14] と結び付けつつ解法 そしてこれらの技術を用いて遠隔教育や異文化交流を行な を模索している．社会的随伴性は人間が発達早期より有す おうとする試みも各所で始められている．一方で，研究分 る原始的コミュニケーション能力の一つであり，自らの行 野においては 1980 年代より進められているテレイグジスタ 動に随伴して起こる外界イベントへの注意志向と関連する． 日本ロボット学会誌 xx 巻 xx 号 —3— 200x 年 xx 月 田 4 中 文 英 謝辞 本研究は，文部科学省グローバル COE プログラ ム「サイバニクス：人・機械・情報系の融合複合」および Japan Side US Side JST 戦略的創造研究推進事業さきがけの支援を受けて行わ れている． 参 考 文 献 [ 1 ] F. Tanaka, A. Cicourel and J.R. Movellan: “Socialization between toddlers and robots at an early childhood education center,” Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Vol.104, No.46, pp.17954–17958, 2007. [ 2 ] 田中：“人間型ロボットと乳幼児の日常インタラクションの研究”，発 達する知能 ∼知能を形作る相互作用∼（共著書）．pp.175–212，シュ プリンガー・ジャパン，2008． [ 3 ] F. Tanaka, J.R. Movellan, B. Fortenberry and K. Aisaka: “Daily HRI evaluation at a classroom environment: reports from dance interaction experiments,” Proc. of the 1st Annual Conf. on Human-Robot Interaction (HRI-2006), Salt Lake City, USA, Mar. 2006, pp.3–9. [ 4 ] 田中，小嶋，板倉，開：“子どものためのロボティクス：教育・療育支 援における新しい方向性の提案”，日本ロボット学会誌，Vol.28 No.4 pp.87–94，2010． [ 5 ] F. Tanaka and T. Kimura: “Care-receiving robot as a tool of teachers in child education,” Interaction Studies, Vol.11 No.2 pp.263–268, 2010. [ 6 ] J.R. Movellan, F. Tanaka, I.R. Fasel, C. Taylor, P. Ruvolo and M. Eckhardt: “The RUBI project: a progress report,” Proc. of the 2nd Int. Conf. on Human-Robot Interaction (HRI-2007), Arlington, USA, Mar. 2007, pp.333–339. [ 7 ] J.R. Movellan, M. Eckhardt, M. Virnes, and A. Rodriguez: “Sociable robot improves toddler vocabulary skills,” Proc. of the 4th ACM/IEEE Int. Conf. on Human-Robot Interaction (HRI2009), La Jolla, USA, Mar. 2009, pp.307–308. [ 8 ] http://www.nec.co.jp/products/robot/childcare [ 9 ] http://www.irobibiz.com/english/index.php [10] 田中：“世界の子ども達をつなぐ遠隔操作ロボットシステム（インフラ 構築）”，第 24 回人工知能学会全国大会（JSAI-2010）予稿集，2010． [11] S. Tachi: Telecommunication, Teleimmersion and Telexistence, IOS Press, 2003. [12] 石黒：アンドロイドサイエンス ∼人間を知るためのロボット研究∼． 毎日コミュニケーションズ，2007． [13] J.S. Watson: “The perception of contingency as a determinant of social responsiveness,” In E.B. Thoman (eds), Origins of the Infant’s Social Responsiveness. pp.33–64, 1979. [14] M. Miyazaki and K. Hiraki: “Delayed intermodal contingency affects young children’s recognition their current self,” Child Development, Vol.77 pp.736–750, 2006. 図 4 日米の教室間にまたがる遠隔操作ロボットシステム：最 初のターゲットでは，日本側の子どもの動きをモーショ ンキャプチャによりとらえ，米国側に置いたロボットを 簡略なマスター・スレーブ制御により動かす．操作者の 利き手には振動モータ付のデータグローブを付けてもら い，モニタースクリーンを見ながら米国サイドの子ども たちと交流する．図 3 に示したカードゲーム等を最初の ターゲットとしており，ロボットがカードをつかむと振 動フィードバックが操作者に伝わる． 例えば，乳児においても自らの行動（発声など）の直後に付 随して外界で何らかのイベントが発生すると，そのイベン トに強く注意が向くことが知られている．つまり，社会的 随伴性が適切に実装されていれば，人間は一定の遅延があっ てもその対象に注意を向けることが可能であると推察する ことができる．しかし，社会的随伴性のデザインパターン は無限に存在するため，適切な社会的随伴性をシステム上 に実装するためには発達心理学における実験的研究の知見 が参考になる．そこで筆者らは現在，発達心理学でこれま で調べられている様々な実験条件を分析しながら，子ども たちがより社会的随伴性を捉えやすく，教示なしに直感的 に操作が可能なインタフェースの条件を調査している．調 査実験は，遅延の程度や条件を柔軟に制御可能な国内拠点 間で行なっており，子どもたちの反応を調べながらシステ ム開発を進めている． 5. お わ り に ロボティクス分野において，人間とのインタラクション 田中 文英（Fumihide Tanaka） 2003 年東京工業大学 大学院総合理工学研究 に関連する知見は着実に増えつつある．そして，人間を対象 にすることによって様々な周辺分野とのつながりが産まれ， 様々な専門性を有する研究者たちの興味を集めはじめてい る．筆者らは，こうした現状において，同時に一般社会と のつながりも盛んなものとしていくことが重要なのではな いかと考えている．本論文で述べてきた幼児教育といった 場面以外にも，介護や高齢者支援をはじめとして，具体的 な場面で社会からの期待が大きい場面は少なくない．環境 条件が制御された研究室／実験室を出てこうした実フィー ルドに出ることは，予期せぬハプニングなどから逆に新た な発見も多く，社会貢献と研究推進の両側面においてプラ スに働く可能性を秘めている． JRSJ Vol. xx No. xx 科 知能システム科学専攻 博士課程修了．博士 （工学）．同年ソニー（株）入社．エンターテ インメント・ロボットの研究開発に従事．2004 年からソニー・インテリジェンス・ダイナミ クス研究所（株）へ出向，同年秋より University of California, San Diego 客員研究員．2008 年から筑波大 学 大学院システム情報工学研究科 知能機能システム専攻 准教 授．2009 年 10 月より JST さきがけ「情報環境と人」領域の 研究員を兼任．研究分野は，人間−ロボット間インタラクショ ン，発達学習，社会的相互作用，教育支援など．2001 年人工知 能学会全国大会 優秀論文賞，2005 年 IEEE 国際会議 RO-MAN Best Paper Award などを受賞．JSAI，SICE 等会員． （日本ロボット学会正会員） —4— xx, 200x
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