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Form follows function: challenging the effectiveness and desirability of anthropomorphism in human-robot interaction

Roesler, Eileen

Robots and humans are encountering each other in a plethora of professional and everyday situations. With increasing direct collaboration of both entities, new design challenges arise to enable a pleasant and smooth interaction. A popular approach to achieve this is the application of anthropomorphic design features to robots. The basis for the effectiveness of this design feature is the activation of well-known interaction schemes and expectations from human-human interaction. This is assumed to increase the intuitiveness, and consequently facilitate the interaction. However, current research apart from the social domain shows that triggering human-like expectations entails not only advantages. So far, though, it is still largely unclear under which circumstances anthropomorphism is beneficial, ineffective or even detrimental. Therefore, the objective of this thesis was to gain insights into the effectiveness of anthropomorphism. Importantly, this thesis wanted to broaden the view on anthropomorphism beyond the often focused social human-robot interaction to more task-related settings. In this effort, not only the question of effectiveness but also that of desirability should be answered. Moreover, as anthropomorphic design triggers reactions comparable to those towards other humans, social issues like gender categorization play an important role. In particular, the different application domains in which robots are implemented in might foster the transfer of occupational stereotypes. This thesis aimed to challenge the approach of implementing anthropomorphism to robots in regard to effectiveness, desirability, and the social issue of gendering robots. To answer the question of effectiveness, a meta-analysis was conducted as the first study. This analysis established a theoretical framework of the effectiveness of anthropomorphism with possible moderators and different outcome variables. This framework was quantitatively investigated. The results of this analysis provided supporting evidence that anthropomorphism depends on various moderators. Most prominently, only the social field of application consistently profited from anthropomorphism. Based on this insight, the second study investigated whether the effect of application domain also influences people’s preferences for anthropomorphic robot design. Moreover, as application domains are linked to existing occupational stereotypes, the possible transfer of these stereotypes to robots was examined. The results were consistent with the findings of the meta-analysis, as high anthropomorphic robots were preferred in the social domain only. For the industrial domain, a clear preference for low anthropomorphic robots occurred, and for the service domain the results were mixed. Interestingly, the results showed that robots are overall connected with more functional, than gendered associations. However, if they were perceived gendered, a male-robot bias occurred independently of the domain. To rule out the possibility that this result was mainly related to our methodology rather than an existing male-robot bias, the third study was conducted. At this point, it was unknown whether this bias was induced via a male appearance of higher anthropomorphic robots even if they did not incorporate obvious gender cues. Moreover, the native language of participants might have been an influencing factors, as in German the word robot is grammatically masculine gendered. Robots with a higher degree of anthropomorphism were perceived as significantly more male than neutral or even female. The results indicated no differences in the ascription of gender to robots between grammatically gendered (i.e., German) and gender-neutral (i.e., English) languages. However, the second experiment of this study revealed that masculine grammatical gender tends to reinforce a male ascription whereas neuter grammatical gender can lead to a reduction of the male-robot bias for gender-neutral robots. As no difference between English and German participants was found and the second study used a neuter grammatical gender for describing robots, the results illustrated that the male-robot bias found in the second study was mainly associated with the appearance of most anthropomorphic robots. For this reason, the fourth study investigated the preferred degree of anthropomorphism and possible occupational gender stereotypes with clearly gender-neutral robots. In addition, the possible influence of task sociability generally associated with the social domain and not with the industrial domain was investigated as extension of the second study. The results showed an overall preference for low anthropomorphic robots in the industrial domain for tasks requiring both low and high sociability. In comparison, task sociability mattered for the social domain, where low anthropomorphic robots were preferred for tasks requiring low task sociability. Again, the results indicate a more functional than gendered association of robots. However, in the industrial domain a male-robot bias was found, whereas no such bias was revealed in the social domain. From a practical point of view, the results of this thesis question the current trend of implementing anthropomorphism to robots in all domains. Moreover, even gender-neutral robots might lead to a transfer of gender stereotypes, especially if referred in a grammatically masculine gendered manner and in the industrial domain. Since this domain does not clearly benefit from decorative anthropomorphism in terms of effectiveness and desirability, this design approach should be refrained. From a theoretical point of view, the studies incorporated in this thesis extend the current body of research by a systematic overview of the effectiveness of anthropomorphism and preference in different domains. In addition, the presented research opens up multiple avenues for future research, in particular by investigating the considerable research gaps revealed in the meta-analysis and the still under researched effects of gender-neutral robot design.
Roboter und Menschen begegnen sich in einer Fülle von beruflichen und alltäglichen Situationen. Mit zunehmender direkter Zusammenarbeit beider Entitäten entstehen neue Designherausforderungen, um eine angenehme und reibungslose Interaktion zu ermöglichen. Ein beliebter Ansatz, um dies zu erreichen, ist die Implementierung von anthropomorphen Designmerkmalen bei Robotern. Grundlage für die Wirksamkeit dieser Gestaltungsmerkmale ist die Aktivierung bekannter Interaktionsschemata und Erwartungen aus der Mensch-Mensch-Interaktion. Es wird angenommen, dass dies die Intuitivität erhöht und somit die Interaktion erleichtert. Aktuelle Forschung außerhalb des sozialen Bereichs zeigt jedoch, dass das Auslösen von menschenähnlichen Erwartungen nicht nur Vorteile mit sich bringt. Bislang ist jedoch noch weitgehend unklar, unter welchen Umständen Anthropomorphismus vorteilhaft, ineffektiv oder sogar schädlich sein kann. Ziel dieser Arbeit war es daher, differenzierte Erkenntnisse über die Wirksamkeit von Anthropomorphismus zu gewinnen. Ein wichtiger Aspekt dieser Arbeit war es, die Betrachtung des Anthropomorphismus über die häufig im Mittelpunkt stehende soziale Mensch-Roboter-Interaktion hinaus auf aufgabenbezogene Situationen auszuweiten. Dabei sollte nicht nur die Frage nach der Wirksamkeit, sondern auch nach der Erwünschtheit beantwortet werden. Da anthropomorphes Design Reaktionen auslöst, die mit denen gegenüber anderen Menschen vergleichbar sind, spielen zudem soziale Fragen wie die Geschlechterzuordnung eine wichtige Rolle. Insbesondere die unterschiedlichen Anwendungsbereiche, in denen Roboter eingesetzt werden, können die Übertragung von Berufsstereotypen begünstigen. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Implementierung von Anthropomorphismus bei Robotern hinsichtlich der Effektivität, der Erwünschtheit und der sozialen Frage der Geschlechtszuschreibung zu Robotern zu hinterfragen. Zur Beantwortung der Frage nach der Effektivität wurde als erste Studie eine Metaanalyse durchgeführt. In dieser Analyse wurde ein theoretisches Modell für die Effektivität von Anthropomorphismus mit möglichen Moderatoren und verschiedenen Ergebnisvariablen aufgestellt. Dieses Modell wurde quantitativ untersucht. Die Ergebnisse dieser Analyse lieferten Belege dafür, dass Anthropomorphismus von verschiedenen Moderatoren abhängt. Am auffälligsten war, dass nur der soziale Anwendungsbereich durchgängig von Anthropomorphismus profitierte. Basierend auf dieser Erkenntnis wurde in der zweiten Studie untersucht, ob der Anwendungsbereich auch die Präferenzen der Menschen für anthropomorphes Roboterdesign beeinflusst. Da Anwendungsdomänen mit bestehenden Berufsstereotypen verknüpft sind, wurde außerdem die mögliche Übertragung dieser Stereotypen auf Roboter untersucht. Die Ergebnisse stimmen mit den Erkenntnissen der Metaanalyse überein, da anthropomorphe Roboter nur im sozialen Bereich klar bevorzugt wurden. Im industriellen Bereich wurden eindeutig Roboter mit geringem Anthropomorphismus bevorzugt, und im Servicebereich waren die Ergebnisse gemischt. Interessanterweise zeigten die Ergebnisse, dass mit Robotern insgesamt mehr funktionale als geschlechtsspezifische Assoziationen verbunden werden. Wurden sie jedoch als geschlechtsspezifisch wahrgenommen, kam es unabhängig vom Bereich zu einem Male-Robot-Bias. Um auszuschließen, dass dieses Ergebnis hauptsächlich auf die angewandte Methodik und nicht auf einen generellen Male-Robot-Bias zurückzuführen ist, wurde die dritte Studie durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt war nicht bekannt, ob die Befunde durch ein männlich wahrgenommenes Aussehen höher anthropomorpher Roboter hervorgerufen wurde, auch wenn diese keine offensichtlichen Hinweise auf ein Geschlecht enthielten. Außerdem könnte die Muttersprache der Versuchspersonen ein Einflussfaktor gewesen sein, da das Wort Roboter im Deutschen grammatikalisch männlich ist. Roboter mit einem höheren Grad an Anthropomorphismus wurden signifikant mehr als männlich wahrgenommen als neutral oder sogar weiblich. Zudem deuten die Ergebnisse darauf hin, dass es zwischen grammatikalisch geschlechtsspezifischen (Deutsch) und geschlechtsneutralen (Englisch) Sprachen keine generellen Unterschiede bei der Zuschreibung von Geschlecht zu Robotern gibt. Das zweite Experiment dieser Studie zeigte jedoch, dass die Verwendung eines männlichen grammatikalischen Geschlechts tendenziell eine männliche Zuschreibung verstärkt, während das sächliche grammatikalische Geschlecht bei geschlechtsneutralen Robotern zu einer Verringerung des Male-Robot-Bias führen kann. Da kein Unterschied zwischen englischen und deutschen Versuchspersonen gefunden wurde und die zweite Studie ein sächliches Geschlecht für die Beschreibung von Robotern verwendete, zeigten die Ergebnisse, dass der in der zweiten Studie gefundene Male-Robot-Bias hauptsächlich mit dem Aussehen der meisten anthropomorphen Roboter zusammenhängt. Aus diesem Grund untersuchte die vierte Studie den bevorzugten Grad des Anthropomorphismus und die beruflichen Geschlechterstereotypen mit eindeutig geschlechtsneutralen Robotern. Zusätzlich wurde der mögliche Einfluss der Soziabilität der Aufgabe, die im Allgemeinen mit dem sozialen Bereich und nicht mit dem industriellen Bereich assoziiert wird, als Erweiterung der zweiten Studie untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine allgemeine Präferenz für wenig anthropomorphe Roboter in der industriellen Domäne für Aufgaben, die sowohl geringe als auch hohe Soziabilität erfordern. Im Vergleich dazu spielte die Soziabilität der Aufgabe im sozialen Bereich eine entscheidende Rolle. Hier wurden Roboter mit geringem Anthropomorphismus für Aufgaben bevorzugt, die eine geringe Soziabilität der Aufgabe erforderten. Erneut deuten die Ergebnisse auf eine eher funktionale als geschlechtsspezifische Zuordnung von Robotern hin. Im industriellen Bereich wurde jedoch Male-Robot-Bias gefunden, während dies im sozialen Bereich nicht der Fall war. Aus praktischer Sicht stellen die Ergebnisse dieser Arbeit den derzeitigen Trend infrage, Robotern in allen Anwendungsdomänen mit anthropomorphen Merkmalen auszustatten. Darüber hinaus könnten selbst geschlechtsneutrale Roboter zu einer Übertragung von Geschlechterstereotypen führen, insbesondere wenn sie in einer grammatikalisch männlichen Weise bezeichnet und in der industriellen Domäne implementiert werden. Da diese Domäne nicht eindeutig von dekorativem Anthropomorphismus in Bezug auf Effektivität und Einstellungen profitiert, sollte von diesem Designansatz Abstand genommen werden. Aus theoretischer Sicht erweitern die in dieser Arbeit einbezogenen Studien den derzeitigen Forschungsstand um einen systematischen Überblick über die Wirksamkeit von Anthropomorphismus und Präferenz für dieses Design in verschiedenen Anwendungsdomänen. Darüber hinaus eröffnet die vorgestellte Arbeit zahlreiche Möglichkeiten für zukünftige Forschung, insbesondere durch die Untersuchung der erheblichen Forschungslücken, die in der Meta-Analyse aufgedeckt wurden, und den noch zu wenig erforschten Auswirkungen von geschlechtsneutralem Roboterdesign.