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문제 정의
- ASD를 가진 아동의 사회성 기능을 보다 효과적으로 개선하기 위하여, 본 연구에서는 응용행동분석(ABA)의 과학적 근거를 기반으로 한 불연속 개별시도훈련(DTT: Discrete Trial Teaching)[12] 이론을 바탕으로 ASD를 가진 아동이 사회성 훈련을 수행할 수 있는 로봇보조의 행동적 중재 시스템을 고안하였다. 여기서, DTT는 목표하는 행동을 이끌어내기 위한 전제자극(Sd), 아동의 반응(Ra), 후속자극(Sc)으로 구성되며, 아동이 원하는 후속자극을 얻기 위한 반응을 보이도록 전제자극을 통해 유도함으로써 치료 목표를 달성하게 된다.
- 여기서, 멜로디는 훈련요소의 시작과 종료를 알려주며, 아동은 두 가지 훈련요소를 지정된 횟수 동안 반복적으로 수행하게 된다. 그 이후, 훈련 프로그램 마지막 단계에서 로봇은 참가 아동에게 치료사와의 눈맞춤을 요청(Attempt)함으로써, 로봇의 중재가 인간-인간 상호작용 형태에 영향을 줄 수 있는지의 가능성을 탐색하고자 하였다.
- 관측공간에는 훈련공간 내 참가자의 행동을 인식할 수 있는 Kinect 센서를 설치하고, 훈련공간에 대한 관측과 로봇 제어상태를 동시에 모니터링 할 수 있도록 구성하였다. 그리고, 본 연구에서는 임상실험을 위해 제안한 시스템을 두 종류의 상호작용 로봇에 적용하였는데, 이는 앞서 제시한 인터랙션 아키텍처의 호환성을 점검하고 로봇 플랫폼 의존성을 줄이는데 그 목적을 두고 있다. 먼저, 모바일 휴머노이드 로봇인 iRobiQ는 ㈜유진로봇에서 개발한 상용제품으로 매력적인 외형에 음성발화, 얼굴 표정 및 바디 율동 구동, 응시 제어, 립싱크, LED표시 기능 및 상당 수의 어린이 동요 콘텐츠 구동을 수행할 수 있다.
- 이를 위해 중재시스템은 검증된 치료 프로토콜에 따라 아동에게 구성된 두 가지 훈련을 시도하고, 행동반응 인식으로부터 대응전략에 따라 자동화된 훈련강화 절차를 수행할 수 있는 인터랙션 아키텍처를 디자인 하였다. 그리고, 시스템 관점에서 아동의 행동반응에 대한 인식 정확도와 훈련 참여의 동기부여를 위해 구성된 로봇자극의 효과를 점검하고, 임상실험에서 ASD를 가진 아동을 대상으로 반응 정도에 대한 정량적 평가를 수행함으로써, 제안하는 로봇시스템의 효용성을 검증하고자 하였다.
- 눈맞춤 검출과 관련하여, 본 연구에서는 지난 임상실험과 관련한 예비연구결과[24]를 토대로 로봇과 아동간의 눈맞춤 상황판별 과정에서 발생 가능한 아동의 행동 특징(얼굴을 비스듬히 기울임)을 발견하게 되었고, 이를 개선하기 위해 다음과 같은 인식 절차를 구성하였다. 우선, 대상자의 기울임에 대응하기 위해 로봇의 헤드부분에 장착된 카메라로부터 입력받은 영상과 이를 ±15°씩 회전시킨 영상으로 세분화 한 후, Haar-cascade 분류기[25]에 의해 정면얼굴과 한 쌍의 눈이 검출되면 아동이 로봇과 눈맞춤을 수행하고 있으며, 두 조건을 만족하지 못하면 눈맞춤 상태가 아니라고 결과를 출력하게 된다.
- 본 논문에서는 ASD를 가진 아동을 대상으로 행동적 중재를 수행하는 로봇시스템을 제시하였다. 특히, ASD를 가진 아동의 행동 특성분석을 토대로 눈맞춤과 얼굴표정읽기에 대한 훈련 프로그램을 구성하고, DTT이론을 바탕으로 한 훈련강화절차와 로봇 상호작용기술을 포함하는 인터랙션 아키텍처를 구축하였다.
- 본 연구에서는 로봇을 이용하여 ASD를 가진 아동의 눈맞춤과 얼굴표정인식 기능을 향상시키기 위한 행동적 중재 시스템을 제안하고 그 적용 가능성을 탐색하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 중재시스템은 검증된 치료 프로토콜에 따라 아동에게 구성된 두 가지 훈련을 시도하고, 행동반응 인식으로부터 대응전략에 따라 자동화된 훈련강화 절차를 수행할 수 있는 인터랙션 아키텍처를 디자인 하였다.
- 본 연구에서는 분당서울대병원의 유희정교수와 봉귀영 선생의 통찰력 있는 논의와 임상실험에 대한 협력 및 지원에 감사드린다.
- 우선, 보상모드는 로봇이 아동의 긍정적 훈련 반응에 대해 미리 설정한 칭찬 멘트를 발화하도록 구성하여, 아동 스스로 성취감을 가지도록 하는데 그 목적이 있다. 그리고, 연속적인 정답반응에 대한 차별화된 보상자극을 제공하기 위해 LED를 깜빡임 조절(RW1), 기쁨을 주는 로봇 행동(RW2: 끄덕이기, 다가가기, 두 손 들기, 웃음 이미지 표시등), 및 아이들이 즐거워하는 동요 동영상이나 로봇 율동 형태(RW3)의 훈련 강화 자극요소를 단계별로 구성하여 제공한다.
- 임상실험에서 앞서 평가한 인식모듈을 포함한 로봇시스템의 자극효과를 검증하기 위해, 본 논문에서는 먼저 두 가지 훈련 요소에서 보인 아동의 훈련반응 정도를 측정하였다. Figure 6은 임상실험의 회기 진행에 따른 아동-로봇간 눈맞춤과 얼굴표정읽기 훈련에 대한 아동의 평균 정반응 비율을 표시한다.
- . 특히, 본 연구에서는 사회성 기능요소를 훈련함에 있어서 대상 아동의 적극적인 참여를 유도하기 위해 친밀감 형성과 집중력 향상을 목적으로 하는 로봇 자극 구성요소를 설계하였다. 먼저, 아동과의 친밀감을 형성하기 위한 요소는 대상자를 응시하며 인사하기, 이름 부르기 및 개인별 관심사 질의하기, 불빛이나 음향효과로 신속하게 반응하기, 다가가기 형태의 친숙한 행동반응과 물질적 보상의 조합으로 구성한다.
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