Human-human dyadic learning enhanced by error augmentation

Little is known about how two people could work together as a dyad to physically perform tasks, and how robotic devices could make the process simpler. This work is a study designed to test how physically coupled healthy people learn to reach to a target and stop: the first group, composed by 7 dyads, performed the experiment while challenged with a 30 degree visuomotor rotation whereas the latter, composed by 7 dyads, in addition to the visual distortion, experienced an augmentation of the error (orthogonal distance from the best line trajectory) by a factor of 2. We employed the Pantograph investigational device that haptically couples partners movements while providing cursor feedback, and we measured the amount and speed of learning to test a prevailing hypothesis: training with error amplification would provide greater benefit for dyads in terms of learning rather than performing the task without it. Moreover, results from our study were compared to a group of solo who conducted the same experiment in solo-modality in order to evaluate if subjects could benefit from the dyadic interaction when learning physical tasks. In our research, we found significant straightening of movements for dyads in terms of amount of learning (2.59 ± 0.22 cm and 2.91 ± 0.38 cm for the control and *2 Error-Augmentation groups) at rapid rates (time constants of 21.55 ± 2.895 and 16.17 ± 1.463 movements), which was nearly half the learning time as solo individuals' studies. We found that error enhancement influenced the time constant of learning in dyads (One-way ANOVA: statistic = 16.5, p = 0.0016). Moreover, we found that the dyadic interaction influenced the amount and rate of learning during training, because dyads reduced their error more and faster than single users. This study demonstrates new opportunities to investigate the advantages of partner-facilitated learning with solely haptic communication which and can lead to insights on control in human physical interactions and can guide the design of future human-robot-human interaction systems.

Si conosce ancora poco riguardo a come due persone riescano a lavorare insieme come una diade per eseguire attività fisiche e su come i dispositivi robotici possano rendere il processo più semplice. L’obiettivo di questo lavoro è testare come due persone sane fisicamente imparino in coppia a raggiungere un obiettivo e a fermarsi una volta raggiunto l’obiettivo stesso.: il primo gruppo di persone, composto da 7 diadi, ha eseguito l'esperimento mentre era presente una rotazione visuomotoria di 30 gradi; il secondo, anche esso composto da 7 diadi, oltre alla distorsione visiva, ha sperimentato un aumento dell'errore (distanza ortogonale dalla migliore traiettoria) di un fattore 2. Abbiamo utilizzato il dispositivo di indagine, chiamato Pantograph, che accoppia apticamente i movimenti dei partner fornendo un feedback visivo del cursore, e abbiamo misurato la quantità e la rapidità di apprendimento per testare un'ipotesi prevalente: l’esercizio con l'amplificazione dell'errore fornisce un vantaggio maggiore alle diadi in termini di apprendimento piuttosto che svolgere il compito senza di esso. Inoltre, i risultati del nostro studio sono stati confrontati con un gruppo di persone che hanno condotto lo stesso esperimento in modalità individuale per valutare se i soggetti possano trarre beneficio dall'interazione diadica durante l'apprendimento di compiti fisici. Nel nostro lavoro, abbiamo riscontrato un significativo miglioramento dei movimenti per le diadi in termini di quantità di apprendimento (2,59 ± 0,22 cm e 2,91 ± 0,38 cm per i gruppi di controllo e * 2 Error-Augmentation) a velocità rapide (costanti di tempo di 21,55 ± 2,895 e 16.17 ± 1.463 movimenti), che era quasi la metà del tempo di apprendimento degli studi su singoli individui. Abbiamo scoperto che il miglioramento dell'errore ha influenzato la costante di tempo dell'apprendimento nelle diadi (One-way ANOVA: statistic = 16.5, p = 0.0016). Inoltre, abbiamo scoperto che l'interazione diadica ha influenzato la quantità e la velocità di apprendimento, perché le diadi hanno ridotto il loro errore più significativamente e più velocemente dei singoli soggetti. Questo studio dimostra come sia necessario approfondire i vantaggi dell'apprendimento facilitato dalla collaborazione con un partner grazie alla sola comunicazione aptica. Questa ultima può aiutare a comprendere meglio come avvengano le interazioni fisiche umane e può guidare la progettazione di futuri sistemi di interazione uomo-robot-uomo.