Affective robotics for socio-emotional development in children with autism spectrum disorders

Abstract

Autism Spectrum Disorders (ASD) are a group of complex developmental disorders of the brain. Individuals affected by this disorder are characterized by repetitive patterns of behaviour, restricted activities or interests, and impairments in social communication. The use of robots had already been proven to encourage the promotion of social interaction and skills lacking in children with ASD. The main goal of this thesis is to study the influence of humanoid robots to develop socio-emotional skills in children with ASD. The investigation demonstrates the potential benefits a robotic tool provides to attract the attention of children with ASD, and therefore use that focus to develop further skills. The main focus of this thesis is divided into three topics. The first topic concerns the use of a robot to encourage learning appropriate physical social engagement, and to facilitate the ability to acquire knowledge about human body parts. The results show that the robot proved to be a useful tool, attracting the children’s attention and improving their knowledge about human body parts. The second topic regards the process of designing game scenarios to be used with children with ASD, targeting the promotion of emotion recognition skills. Three game scenarios were developed based on the expertise of professionals and they were successfully tested in pilot studies. Finally, the last topic presents two child-robot interaction studies with a large sample. They examine the use of a humanoid robot as a tool to teach recognition and labelling of emotions. The first study focuses on verbal and non-verbal communicative behaviours as measures to evaluate the social interaction and children interacting with the robot displayed more non-verbal behaviours indicating social engagement. The second study analyses the children’s attention patterns, and the children’s performance in the game scenarios previously designed. Along the sessions, the children increased their eye contact with the experimenter and in the study comparing the use of the robot with a traditional intervention, children who performed the game scenarios with the robot and the experimenter had a significantly better performance than the children who performed the game scenarios without the robot. The main conclusions of this research support that a humanoid robot is a useful tool to develop socio-emotional skills in the intervention of children with ASD, due to the engagement and positive learning outcome observed.

As Perturbações do Espectro do Autismo (PEA) são um distúrbio complexo do desenvolvimento do cérebro. Os indivíduos afetados por esse transtorno são caracterizados por padrões repetitivos do comportamento, atividades ou interesses restritos e dificuldades na comunicação social. A utilização de robôs já provou ser um estímulo promovendo a interação social e competências em falta nestes indivíduos. O objetivo principal desta tese é estudar a influência de robôs humanoides para desenvolver competências sócio emocionais em crianças com PEA. A investigação demonstra os potenciais benefícios de uma ferramenta robótica para atrair a atenção de crianças com PEA e utilizar esta atenção para desenvolver outras competências. O foco principal desta tese está dividido em três tópicos. O primeiro tópico consiste na utilização de um robô para incentivar a aprendizagem sobre a interação físico-social apropriada e para facilitar a aquisição de conhecimento sobre partes do corpo. Os resultados mostram que o robô provou ser uma ferramenta útil, atraindo a atenção das crianças e melhorando o seu conhecimento sobre partes do corpo. A segunda parte refere-se ao processo de construção de atividades para serem utilizadas com crianças com PEA, promovendo competências de reconhecimento de emoções. Três atividades foram desenvolvidas com base na opinião de profissionais e foram testadas em estudo piloto com sucesso. Finalmente, o último tópico apresenta dois estudos de interação criança-robô examinando a utilização de um robô humanoide como ferramenta para ensinar reconhecimento e identificação de emoções. O primeiro estudo foca a comunicação verbal e não-verbal como medidas de avaliação da interação social e as crianças que interagiram com o robô mostraram mais comportamentos não-verbais que indicam interação social. O segundo estudo analisa os padrões de atenção e o desempenho das crianças nas atividades concebidas anteriormente. Ao longo das sessões, as crianças aumentaram o contacto ocular com o experimentador e no estudo que comparou a utilização do robô com intervenção tradicional, as crianças que realizaram as atividades com o robô e o experimentador tiveram um desempenho significativamente melhor do que as crianças que realizaram as ativdades sem o robô. As conclusões principais desta investigação suportam que um robô humanoide foi uma ferramenta útil para desenvolver competências sócio emocionais na intervenção de crianças com PEA, devido à interação e resultados positivos de aprendizagem observados.