In this paper, we analyzed how 5-year-old children perceive a robot's ability to attribute mental states to oneself and to others, which shall hereafter be referred to as a robot's theory of mind (RToM). A total of 34 5-year-old children were given two typical false-belief tasks, an 'unexpected-cont...
In this paper, we analyzed how 5-year-old children perceive a robot's ability to attribute mental states to oneself and to others, which shall hereafter be referred to as a robot's theory of mind (RToM). A total of 34 5-year-old children were given two typical false-belief tasks, an 'unexpected-contents task' and a 'change-of-location task', in order to evaluate whether a child's perceived RToM was connected to their own ToM. In addition, we investigated whether a child's perception of RToM was influenced by either a priori experience with robots or that child's gender. The results are as follows. Firstly, the 5- year-old preschool children universally recognized robots as beings that have a human-like mind both in 1st order and 2nd order perspectives, which indicates that children perceive robots as beings distinct from mechanical toys. Secondly, a priori child-robot interaction experience was found to have a positive influence on a child's perceived RToM. Thirdly, the gender of children did not significantly affect their perceived RToM. This study serves to add to the macroscopic results of prior research, which indicate that children perceive robots as intermediate beings between living and inanimate objects: significantly, it analyzes the children's perception of robots through the lens of theory of mind, which is one of the key elements of cognitive development. This research lays the foundations for designing effective child-robot interactions, in situations in which robots serve as peers or assistants for educational purposes.
In this paper, we analyzed how 5-year-old children perceive a robot's ability to attribute mental states to oneself and to others, which shall hereafter be referred to as a robot's theory of mind (RToM). A total of 34 5-year-old children were given two typical false-belief tasks, an 'unexpected-contents task' and a 'change-of-location task', in order to evaluate whether a child's perceived RToM was connected to their own ToM. In addition, we investigated whether a child's perception of RToM was influenced by either a priori experience with robots or that child's gender. The results are as follows. Firstly, the 5- year-old preschool children universally recognized robots as beings that have a human-like mind both in 1st order and 2nd order perspectives, which indicates that children perceive robots as beings distinct from mechanical toys. Secondly, a priori child-robot interaction experience was found to have a positive influence on a child's perceived RToM. Thirdly, the gender of children did not significantly affect their perceived RToM. This study serves to add to the macroscopic results of prior research, which indicate that children perceive robots as intermediate beings between living and inanimate objects: significantly, it analyzes the children's perception of robots through the lens of theory of mind, which is one of the key elements of cognitive development. This research lays the foundations for designing effective child-robot interactions, in situations in which robots serve as peers or assistants for educational purposes.
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문제 정의
예를 들면, 아이스크림 상자를 제시하고 상자의 표면적인 형태 및 특성과 다른 내용인 지우개로 교체하여두는 것이다. 그리고 그 과정을 보지 않은 타인이 내용물을 무엇으로 생각할지, 연구 참여자의 응답을 분석하는 것이다. 점수가 높을수록 ToM 능력이 높은 것으로 판단한다.
본 논문에서는 ToM을 기반으로 RToM에 대한 유아의 인식, 즉, 로봇을 타인의 생각이나 믿음을 파악할 수 있는 존재로 인지하는지에 대하여 조사하였다. 특히 유아의 ToM 능력이 RToM 인식에 영향을 미치는지, 로봇과의 선행 상호작용 경험 여부 및 성별에 따라 RToM 인식에 차이가 있는지 확인하고자 하였다.
본 논문에서는 친밀감 등 정서적 요인을 넘어 인지발달의 중요 요소인 마음(mind)을 기반으로 로봇에 대한 유아들의 인식을 살펴보고자 시도했다는 점에서 의의가 있다. 또한 본 연구결과는 유아용 로봇 제작 시, 다양한 영역에서 활용가치가 있음을 시사한다.
둘째, 유아의 RToM 인식에 있어 로봇과의 상호작용 경험은 통계적으로 유의한 변인이 되었다. 본 연구에서는 로봇과의 상호작용 활동으로 로봇 강아지와의 사회적 상호작용이 포함된 활동[34]을 제공했는데, 해당 연구를 통해 로봇 강아지와 친사회적 관계를 형성한 유아들의 경험이 RToM을 높게 평가하는 데에 영향을 미친 것으로 판단된다. 선행연구들에서도 로봇과의 상호작용을 경험한 유아들의 사회적 상호작용기술 및 정서 능력 향상이 보고된 바 있고, 로봇과의 친밀감도 증가도 관측되었다[26,39].
이상의 연구들은 유아와 로봇의 상호작용 가능성에 긍정적인 역할을 하는 데 기여하고 더 나아가 유아교육 현장에 로봇을 활용한 교육 내용, 교육 방법 그리고 발달 및 교육적 효과를 밝히는 다양한 연구를 시도하는 데에 발판을 마련했다. 그러나 이와 같은 연구들이 진행된 것에 비해 로봇을 유아교육에 도입하기 이전에 선행되어야 할 유아의 로봇 인식 및 인식에 미치는 변인 연구들은 상대적으로 많지 않다.
이에 본 연구에서는 유아의 마음이론(ToM) 수준이 유아들의 로봇마음이론(RToM) 인식에 영향을 미치는지, 그리고 유아의 로봇마음이론(RToM) 인식에 유아-로봇의 상호작용 경험 유무와 성별이 유의한 요소가 되는지 살펴보고자 한다.
본 논문에서는 ToM을 기반으로 RToM에 대한 유아의 인식, 즉, 로봇을 타인의 생각이나 믿음을 파악할 수 있는 존재로 인지하는지에 대하여 조사하였다. 특히 유아의 ToM 능력이 RToM 인식에 영향을 미치는지, 로봇과의 선행 상호작용 경험 여부 및 성별에 따라 RToM 인식에 차이가 있는지 확인하고자 하였다. 이를 위해 잘 알려진 ToM 평가 과제들을 근간으로 유아의 ToM을 평가하는 과제와 유아의 RToM 인식을 평가하는 과제를 시행하여 그 결과를 분석하였다.
가설 설정
1) 유아의 ToM이 RToM 인식에 영향을 미칠 것인가?
2) 유아의 ToM 수준에 따라 1차 및 2차 RToM 인식에 차이가 있을 것인가?
3) 유아-로봇 상호작용 경험유무에 따라 1차 및 2차 RToM 인식에 차이가 있을 것인가?
4) 유아의 성별에 따라 1차 및 2차 RToM 인식에 차이가 있을 것인가?
제안 방법
점수가 높을수록 ToM 능력이 높은 것으로 판단한다. ‘위치이동과제’는 물건을 일정한 장소에 두었다가 다른 장소로 이동시키되 이 과정을 보지 못한 타인이 그 물건을 어디서 찾을 것인지 연구 참여자의 응답을 분석한다.
RToM에 대한 유아의 인식을 알기 위해 내용교체과제인 ‘상자 속 초콜릿’ 과제를 진행하였다. 실험에서는 약 1분 정도 로봇이 과제를 진행하고 있는 동영상을 시청한 후 유아들에게 질문을 시작하였는데 동영상의 시나리오는 [Table 4]에 제시하였다.
내용교체 과제는 밴드상자 속의 지우개와 필통 속의 치약으로 총 2개의 과제인데 각 과제당 1, 2차 ToM을 확인하는 질문에 대한 답변과 답변의 이유를 물어 유아의 반응이 ToM에 준한 답인지를 확인하였다. [Table 2]는 밴드상자와 지우개를 이용한 내용교체과제 시나리오와 채점 기준이 제시되어 있다.
먼저 유아들의 ToM 수준을 측정하기 위하여 내용교체과제 및 위치이동과제를 실시하였다. 두 번째 단계에서는 RToM 인식 조사를 진행하였는데, 유아들에게 내용교체과제를 수행하고 있는 로봇의 영상을 보여준 후, 유아들의 RToM 인식을 평가하는 문답을 실시하였다. 각 단계에서는 구조화된 면접 절차를 진행함으로써집단별, 면접자별 차이를 최소화하였다.
본 면접은 2020년 1월7일부터1월14일까지 어린이집에서 일대일 면접 형태로 이루어졌다. 로봇과의 선행 상호작용 경험이 RToM 인식에 미치는 영향을 분석하는 연구문제 2를 위하여, ROBO-RANG을 통해 로봇과의 상호작용을 경험한 어린이집 재원 유아 17명을 실험집단(이후 A집단으로 표기)으로, 이를 실시하지 않은 어린이집 재원 유아 17명은 통제집단(이후 B집단으로 표기)으로 설정하였다. 연구 문제1과 3은 A집단 및 B집단 전체 34명을 대상으로 실시하였다.
유아의 면접 검사는 크게 두 단계로 구성하였다. 먼저 유아들의 ToM 수준을 측정하기 위하여 내용교체과제 및 위치이동과제를 실시하였다. 두 번째 단계에서는 RToM 인식 조사를 진행하였는데, 유아들에게 내용교체과제를 수행하고 있는 로봇의 영상을 보여준 후, 유아들의 RToM 인식을 평가하는 문답을 실시하였다.
본 면접은 2020년 1월7일부터1월14일까지 어린이집에서 일대일 면접 형태로 이루어졌다. 로봇과의 선행 상호작용 경험이 RToM 인식에 미치는 영향을 분석하는 연구문제 2를 위하여, ROBO-RANG을 통해 로봇과의 상호작용을 경험한 어린이집 재원 유아 17명을 실험집단(이후 A집단으로 표기)으로, 이를 실시하지 않은 어린이집 재원 유아 17명은 통제집단(이후 B집단으로 표기)으로 설정하였다.
본 연구의 진행을 위해, 2020년 1월 6일, 각 집단과의 라포 형성이 되어있는 담임교사에게 연구 취지를 설명하고 검사도구에 대한 면접자 사전훈련 즉, 문항 내용 이해, 인형 사용방법, 면접 점수 기록 방법 등을 교육하였다.
ToM 과제 특성상, 과제 내용 파악이 정확히 되었는지 확인하기 위해 확인질문을 넣었고 이는 1, 2차 ToM과 직접적인 연관이 없는 질문이므로 점수화하지 않았다. 실험에서는 4점 만점의 내용교체 과제를 2세트 진행하여 총 8점으로 구성하였는데, [Table 2]에 제시된 밴드상자와 지우개와 같은 형태로 필통 속에 치약을 넣어 내용교체과제를 한 번 더 진행하였다.
ToM 과제 특성상 과제 내용 파악이 정확히 되었는지 확인하기 위해 확인 질문을 넣었고 이는 1차, 2차 ToM과 직접적인 연관이 없는 질문이므로 점수화하지 않았다. 실험에서는 4점 만점의 위치이동과제를 2세트 진행하여 총 8점으로 구성하였는데, [Table 3]에 제시된 마이쭈 옮기기 이외에, 그림책을 가방에서 옮기는 시나리오를 이용하여 위치이동과제를 한 번 더 진행하였다.
RToM에 대한 유아의 인식을 알기 위해 내용교체과제인 ‘상자 속 초콜릿’ 과제를 진행하였다. 실험에서는 약 1분 정도 로봇이 과제를 진행하고 있는 동영상을 시청한 후 유아들에게 질문을 시작하였는데 동영상의 시나리오는 [Table 4]에 제시하였다. 질문지 점수는 총 10점으로, 1차 및 2차 RToM에 대하여 각각 세 가지 질문으로 구성하였다([Table 5] 참조).
유아의 ToM 수준에 따라 RToM 인식에 차이가 있는지 확인하고자 유아의 ToM 점수를 상, 중, 하 수준으로 구분하여 그룹별 1차 및 2차 RToM 인식 평균을 비교하였다. [Table 6]과 같이, 유아의 ToM 수준에 따른 1차 RToM 인식 차이는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.
특히 유아의 ToM 능력이 RToM 인식에 영향을 미치는지, 로봇과의 선행 상호작용 경험 여부 및 성별에 따라 RToM 인식에 차이가 있는지 확인하고자 하였다. 이를 위해 잘 알려진 ToM 평가 과제들을 근간으로 유아의 ToM을 평가하는 과제와 유아의 RToM 인식을 평가하는 과제를 시행하여 그 결과를 분석하였다. 이를 요약하면 다음과 같다.
실험에서는 약 1분 정도 로봇이 과제를 진행하고 있는 동영상을 시청한 후 유아들에게 질문을 시작하였는데 동영상의 시나리오는 [Table 4]에 제시하였다. 질문지 점수는 총 10점으로, 1차 및 2차 RToM에 대하여 각각 세 가지 질문으로 구성하였다([Table 5] 참조). 산출된 측정치를 대상으로 평정자 간 신뢰도를 계산한 결과 평정자 간 일치도 계수(Cronbach‘s α)는 .
각 단계에서는 구조화된 면접 절차를 진행함으로써집단별, 면접자별 차이를 최소화하였다. 총소요 시간은 15분에서 20분 정도이며 모든 진행은 녹취하여 데이터재확인에 활용하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사전 로봇 경험을 위해 실시된 활동은 2019년 국가 수준 교육과정인 개정 누리과정의 사회관계 영역에 중심으로 개발된 「ROBO-RANG」이다[20]. 본 활동은 유아교육 전공 박사 2인과 로봇 관련 전문가 1인에게 적합성 검토를 받아 구성된 놀이로서 로봇을 매개로 하여 또래와 놀이하는 과정에서 능동적인 상호작용이 발현되도록 구성되어있고 유아의 정서능력과 사회적 기술을 향상하는 데 긍정적인 영향을 주는 것으로 검증되었다.
본 활동은 유아교육 전공 박사 2인과 로봇 관련 전문가 1인에게 적합성 검토를 받아 구성된 놀이로서 로봇을 매개로 하여 또래와 놀이하는 과정에서 능동적인 상호작용이 발현되도록 구성되어있고 유아의 정서능력과 사회적 기술을 향상하는 데 긍정적인 영향을 주는 것으로 검증되었다. 본 연구에서 사전 로봇 경험이 있는 집단 A의 경우 2019년 8월 19일부터 2019년 9월 27일까지 약 6주 동안 총 18회기(6주×3회) 참여한 유아들이다.
본 연구의 대상은 S시 K구 동일지역의 중소형 아파트 밀집지역에 거주하여 생활 수준이 유사한 만 5세 유아로서 총 34명이다. 두 집단 모두 국가 수준 교육과정인 누리과정(과학기술부, 2012)에 따라 같은 생활주제를 중심으로 교육과정을 편성·운영한 원이며 일과 운영 및 흥미 영역 배치가 유사하다.
대신 동물에 대한 유아의 개별 취향이 반영되었다[25,26]. 본 연구의 대상인 로봇은 곰의 형태를 보이고 있다. 그러므로 유아가 RToM을 인식하는 데에 성별 차이보다는 곰에 대한 유아의 개별적 생각이 반영될 것으로 추정한다.
본 연구의 예비조사는 2020년 1월 6일에 실험에 참여하지 않는 유아 3명을 대상으로 진행하였다. 이는 검사 도구의 적절성, 실험소요 시간 및 문제점 등을 확인하기 위한 것으로 실시 결과, 특별한 문제가 발견되지 않고 유아로서 면접에 참여하는 소요 시간도 적합하여 모든 절차를 수정 없이 그대로 수행하기로 하였다.
로봇과의 선행 상호작용 경험이 RToM 인식에 미치는 영향을 분석하는 연구문제 2를 위하여, ROBO-RANG을 통해 로봇과의 상호작용을 경험한 어린이집 재원 유아 17명을 실험집단(이후 A집단으로 표기)으로, 이를 실시하지 않은 어린이집 재원 유아 17명은 통제집단(이후 B집단으로 표기)으로 설정하였다. 연구 문제1과 3은 A집단 및 B집단 전체 34명을 대상으로 실시하였다. 유아의 면접 검사는 크게 두 단계로 구성하였다.
위치이동과제는 유아들이 좋아하는 스낵 ‘마이쭈’와 그림책을 소재로 구성하였다. [Table 3]에는 상세 시나리오와 채점기준이 제시되어 있다.
데이터처리
여기에서 유아의 ToM 과제 점수 결과 분포에 준해 최고점수(15점) 중간점수(9-14점), 최저점수(0-8점)로 상·중·하 집단으로 구분하였다. 둘째, A집단과 B집단의 종속변수에 대한 가설검정은 t-test, 일원 변량분석, 단순회귀분석으로 분석하였다. 셋째, 측정 도구의 신뢰도 검정은 Cronbach’s Alpha 계수로 산출하였다.
둘째, A집단과 B집단의 종속변수에 대한 가설검정은 t-test, 일원 변량분석, 단순회귀분석으로 분석하였다. 셋째, 측정 도구의 신뢰도 검정은 Cronbach’s Alpha 계수로 산출하였다. 마지막으로 모든 통계의 유의수준은 p<.
유아의 ToM 수준이 RToM 인식에 미치는 영향을 검증하기 위해 유아의 ToM 수준을 독립변수로, RToM 인식을 종속변수로 설정한 회귀모형을 단순회귀분석방법을 적용하여 분석하였다. 그 결과 유아의 ToM 수준이 RToM 인식에 영향을 미치는 변인(p<.
0 Win Program을 이용하여 분석하였으며 주요 방법은 다음과 같다. 첫째, 집단별 일반적 특성과 종속변수에 대한 동질성 검증을 위해 Chi-square test, t-test를 사용하였다. 여기에서 유아의 ToM 과제 점수 결과 분포에 준해 최고점수(15점) 중간점수(9-14점), 최저점수(0-8점)로 상·중·하 집단으로 구분하였다.
이론/모형
RToM에 대한 유아의 인식을 연구하기 위하여, [Fig. 1]에 보인 바와 같은 자체 제작한 교육용 로봇 모카(MOCCA: My Own Cognitive Communication Agent)를 이용하였다. 모카는 유아들에게 친근한 동물 형태로 3D 프린터를 이용하여 제작되었으며, 머리, 양팔 움직임 및 표정을 이용하여 의도와 감정을 표현하고 바퀴를 이용한 이동도 가능하다.
본 연구에서 유아의 ToM 수준을 파악하기 위해 사용한 검사지는 ‘틀린 믿음 과제(false-belief task)’를 바탕으로 사용하였다. 틀린 믿음 과제는 Perner, Leekam, Wimmer가 고안한 ‘내용교체 과제’[36]와 Wimmer와 Perner가 고안한 ‘위치이동과제’[38]로 구성되어 있다.
성능/효과
유아의 ToM 수준이 RToM 인식에 미치는 영향을 검증하기 위해 유아의 ToM 수준을 독립변수로, RToM 인식을 종속변수로 설정한 회귀모형을 단순회귀분석방법을 적용하여 분석하였다. 그 결과 유아의 ToM 수준이 RToM 인식에 영향을 미치는 변인(p<.05)으로 나타났으나, 선형회귀모형과 데이터와의 정합성을 나타내는 설명력1)은 5.7%에 머물렀다. 또한, 표준화 회귀계수는 .
둘째, 유아의 RToM 인식에 있어 로봇과의 상호작용 경험은 통계적으로 유의한 변인이 되었다. 본 연구에서는 로봇과의 상호작용 활동으로 로봇 강아지와의 사회적 상호작용이 포함된 활동[34]을 제공했는데, 해당 연구를 통해 로봇 강아지와 친사회적 관계를 형성한 유아들의 경험이 RToM을 높게 평가하는 데에 영향을 미친 것으로 판단된다.
그러나 동물형태의 로봇을 대상으로 한 연구에서는 성별 차이가 없었다[25]. 따라서 본 연구에서 활용한 곰돌이 형태의 로봇은 특정 성별에 편향된 형태가 아니며 동물에 대한 개인적 선호가 영향을 주었다고 설명할 수 있다.
. 본 활동은 유아교육 전공 박사 2인과 로봇 관련 전문가 1인에게 적합성 검토를 받아 구성된 놀이로서 로봇을 매개로 하여 또래와 놀이하는 과정에서 능동적인 상호작용이 발현되도록 구성되어있고 유아의 정서능력과 사회적 기술을 향상하는 데 긍정적인 영향을 주는 것으로 검증되었다. 본 연구에서 사전 로봇 경험이 있는 집단 A의 경우 2019년 8월 19일부터 2019년 9월 27일까지 약 6주 동안 총 18회기(6주×3회) 참여한 유아들이다.
셋째, 유아의 RToM 인식에 있어 유아의 성별은 통계적으로 유의한 변인이 되지 않았다. 선행연구결과를 보면 로봇에 대한 유아의 인식에 있어 성별의 영향은 일관되지 않으며 로봇의 외형이 영향을 미치는 것으로 판단된다.
첫째, 유아의 ToM 수준과 이들의 RToM 인식 사이에 통계적으로 유의한 상관관계가 검증되었다. 즉, 유아가 타인의 생각이나 믿음을 잘 이해할수록 로봇도 인간의 생각이나 믿음을 잘 이해하는 존재라고 생각하는 경향이 있고, ToM이 인간됨(humanness)을 가장 잘 설명하는 속성이라는 점에서[32] 유아는 로봇을 인간과 흡사한 생명체에 가까운 존재로 인지한다고 설명할 수 있다[8,15,16].
후속연구
본 논문에서는 친밀감 등 정서적 요인을 넘어 인지발달의 중요 요소인 마음(mind)을 기반으로 로봇에 대한 유아들의 인식을 살펴보고자 시도했다는 점에서 의의가 있다. 또한 본 연구결과는 유아용 로봇 제작 시, 다양한 영역에서 활용가치가 있음을 시사한다. 즉, 로봇은 국가수준 교육과정인 누리과정, 특히, 사회관계영역에서 자신과 타인의 마음을 이해하는 공감 능력을 기르는 데에 교육매체로서 유용하게 사용될 수 있고, 더 나아가 문제행동 유아를 다루는 아동상담, 놀이치료 등 임상현장에서도 로봇을 내 마음을 읽어주는 또래친구 역할자로서 충분히 사용가능함을 증명한다.
즉, 로봇은 국가수준 교육과정인 누리과정, 특히, 사회관계영역에서 자신과 타인의 마음을 이해하는 공감 능력을 기르는 데에 교육매체로서 유용하게 사용될 수 있고, 더 나아가 문제행동 유아를 다루는 아동상담, 놀이치료 등 임상현장에서도 로봇을 내 마음을 읽어주는 또래친구 역할자로서 충분히 사용가능함을 증명한다. 향후 연구에서는 유아의 ToM 수준과 RToM 인식을 더욱 정교하게 분석할 수 있도록 인지적, 정서적 요인에 대한 모형을 수립하고 검증할 계획이다.
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