Wie Menschen mit KI im öffentlichen Raum interagieren

Bahnhöfe, Rathäuser oder Museen sind anspruchsvolle Orte für KI-Systeme: Menschen stehen manchmal unter Zeitdruck, bewegen sich in Gruppen, stellen spontane Fragen und reagieren auf Technik anders als in kontrollierten Laborsituationen. Ein Forschungsteam der TH Köln hat im Projekt „Skilled“ untersucht, wie KI-basierte soziale Roboter und virtuelle Avatare in solchen realen Umgebungen gestaltet sein müssen, damit sie Menschen sinnvoll unterstützen können.

„Beim Start unseres Projekts im Jahr 2021 konnten sozial interaktive KI-Lösungen meist nur einfache Frage-Antwort-Szenarien abbilden. Seitdem haben sich die technologischen Möglichkeiten, insbesondere durch generative KI und verbesserte Sprachverarbeitung, rasant weiterentwickelt“, sagt Projektleiterin Prof. Dr. Anja Richert vom Cologne Cobots Lab (CCL) der TH Köln. „Bislang gibt es jedoch nur wenige belastbare Erkenntnisse darüber, wie verkörperte KI-Systeme – also soziale Roboter oder virtuelle Avatare – im öffentlichen Raum zuverlässig mit Menschen interagieren. Genau hier setzt unsere Forschung an.“

Das interdisziplinäre Team der TH Köln entwickelte ein KI-basiertes Assistenzsystem für Verkehrsknotenpunkte und Museen sowie für eine Stadtverwaltung und den Einsatz in einer Mensa. Allen Einsatzorten gemeinsam war die spontane Begegnung mit heterogenen Nutzer*innen in unkontrollierten Situationen außerhalb des Labors.

Fünf Jahre Feldforschung zu KI im öffentlichen Raum

Im Mittelpunkt standen technische und soziale Herausforderungen gleichermaßen: Die Forschenden untersuchten unter anderem, wie Umgebungslärm, Gruppendynamiken, unterschiedliche Erwartungen und Vorkenntnisse sowie soziale Zuschreibungen die Interaktion mit KI-Systemen prägen. Die Feldstudien zeigten: Reale Umgebungen stellen Anforderungen, die sich im Labor nur unzureichend simulieren lassen – insbesondere dann, wenn mehrere Menschen gleichzeitig mit einem System interagieren oder wenn Zeitdruck und Ablenkung hinzukommen.

Feldtests in Museen, bei einer Stadtverwaltung und an Verkehrsknotenpunkten

Im Ozeaneum Stralsund der Stiftung Deutsches Meeresmuseum erarbeitete das Team die Anforderungen an einen digitalen Museumsbegleiter und entwickelte diesen in enger Kooperation mit dem Personal vor Ort. Dabei flossen nicht nur die Bedarfe der Besucher*innen, sondern auch die Perspektiven der Mitarbeitenden in die Systementwicklung ein. In zwei Versuchen mit insgesamt mehr als 300 Proband*innen wurden zentrale Hürden sichtbar, vor allem die Dynamik von Gruppeninteraktionen. „Die Stralsunder Studien lieferten einen zentralen Befund: KI-Systeme, die ausschließlich auf Einzelpersonen ausgerichtet sind, stoßen in freien Interaktionen strukturell an ihre Grenzen“, erläutert Projektkoordinatorin Dr. Ana Kirschbaum, die anschließend zum Thema KI-basierte Gruppeninteraktionen promovierte.

An der Hamburger U-Bahn-Station Stephansplatz dokumentierten die Forschenden in Langzeitbeobachtungen mehr als 2.000 Interaktionen. Dabei zeigte sich auch, dass weiblich dargestellte virtuelle Avatare sexistischen Reaktionen ausgesetzt sein können. Solche sozialen Dynamiken lassen sich laut Forschungsteam unter kontrollierten Laborbedingungen nur schwer erfassen, da sich Testpersonen dort häufig anders verhalten als im Alltag.

Im Rathaus der Kreisstadt Bergheim im Rhein-Erft-Kreis erarbeiteten die Forschenden gemeinsam mit Mitarbeitenden eine Wissensdatenbank zum Rathausbetrieb – vom Bürgerbüro über das Jugendamt bis zum Standesamt. Auf dieser Grundlage wurde ein KI-System trainiert, das in acht Sprachen Auskunft zu Verwaltungsleistungen geben und das Personal gezielt entlasten konnte. Auch am Frankfurter Flughafen wurden in Kooperation mit der Fraport AG und DB Systel virtuelle Avatare zur Unterstützung des Personals vor Ort erprobt.

Im Deutschen Museum Bonn führte das Projektteam insgesamt fünf Feldstudien mit mehr als 500 Proband*innen sowie vier unterschiedlichen Robotern und virtuellen Avataren durch. Untersucht wurden unter anderem verbale und nonverbale Kommunikation, der Einfluss verschiedener Verkörperungen auf die Akzeptanz von KI-Systemen, die Verarbeitung von Mimik, Gestik und Tonfall zur Verbesserung der Interaktionsqualität sowie die Bindung zwischen Menschen und Maschinen.

Erkenntnisse für Pflege, Bildung und Industrie

Das Projekt zeigt, wie wichtig Feldforschung ist, um die komplexen Anforderungen an empathische KI-Systeme im öffentlichen Raum zu verstehen. Die Erkenntnisse zu verkörperter und kontextsensitiver Interaktion bieten vielfältige Anknüpfungspunkte für andere Anwendungsbereiche – etwa Pflege, Bildung oder Industrie. „Unsere Ergebnisse tragen dazu bei, dass KI-Systeme nicht nur im Labor überzeugen, sondern auch mitten im gesellschaftlichen Leben funktionieren“, sagt Richert.

Über das Projekt

Das Forschungsvorhaben „Skilled – Sozioempathische KI-basierte Dialoge“ wurde unter der Leitung von Prof. Dr. Anja Richert vom Cologne Cobots Lab der TH Köln durchgeführt. Die Projektkoordination lag bei Dr. Ana Kirschbaum. Derzeit bringen Michael Schiffmann und Oliver Chojnowski ihre im Rahmen des Projekts entstandenen Promotionsvorhaben zu Ende. Praxispartner war die DB Systel GmbH, die das Projekt im Rahmen der Förderlinie FH-kooperativ unterstützte. Assoziierte Praxispartner waren die Fraport AG, die Hamburger Hochbahn AG, das Deutsche Meeresmuseum Stralsund, die Kreisstadt Bergheim sowie das Deutsche Museum Bonn. Das Projekt wurde von einem Wissenschafts- und Praxisbeirat sowie von Expert*innen aus Recht und Ethik begleitet, um Datenschutz und ethische Standards sicherzustellen. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt förderte das Vorhaben im Programm „Forschung an HAW“ mit rund drei Millionen Euro über eine Laufzeit von fünf Jahren.

Die TH Köln zählt zu den innovativsten Hochschulen für Angewandte Wissenschaften. Sie bietet Studierenden sowie Wissenschaftler*innen aus dem In- und Ausland ein inspirierendes Lern-, Arbeits- und Forschungsumfeld in den Sozial-, Kultur-, Gesellschafts-, Ingenieur- und Naturwissenschaften. Zurzeit sind über 21.000 Studierende in mehr als 90 Bachelor- und Masterstudiengängen eingeschrieben. Die TH Köln gestaltet Soziale Innovation – mit diesem Anspruch begegnen wir den Herausforderungen der Gesellschaft. Unser interdisziplinäres Denken und Handeln, unsere regionalen, nationalen und internationalen Aktivitäten machen uns in vielen Bereichen zur geschätzten Kooperationspartnerin und Wegbereiterin.

Abbildung: Im Deutschen Museum Bonn führte das Team der TH Köln fünf Feldstudien mit mehr als 500 Proband*innen sowie vier unterschiedlichen Robotern und virtuellen Avataren durch. (Bild: Deutsches Museum/Eric Lichtenscheidt)
Quelle: www.th-koeln.de