Human-Machine Cooperative Decision Making

Diese Dissertation beschäftigt sich mit der gemeinsamen Entscheidungsfindung in der Mensch-Maschine-Kooperation und liefert neue Erkenntnisse, welche von der theoretischen Modellierung bis zu experimentellen Untersuchungen reichen. Zunächst wird eine methodische Klassifikation bestehender Forschung zur Mensch-Maschine-Kooperation vorgenommen und der Forschungsfokus dieser Dissertation mithilfe eines vorgestellten Taxonomiemodells der Mensch-Maschine-Kooperation, dem Butterfly-Modell, abgegrenzt. Darauffolgend stellt die Dissertation zwei mathematische Verhaltensmodelle der gemeinsamen Entscheidungsfindung von Mensch und Maschine vor: das Adaptive Verhandlungsmodell und den n-stufigen War of Attrition. ... mehrBeide modellieren den Einigungsprozess zweier emanzipierter Kooperationspartner und unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Ursprünge, welche in der Verhandlungs- beziehungsweise Spieltheorie liegen. Zusätzlich wird eine Studie vorgestellt, die die Eignung der vorgeschlagenen mathematischen Modelle zur Beschreibung des menschlichen Nachgebeverhaltens in kooperativen Entscheidungsfindungs-Prozessen nachweist. Darauf aufbauend werden zwei modellbasierte Automationsdesigns bereitgestellt, welche die Entwicklung von Maschinen ermöglichen, die an einem Einigungsprozess mit einem Menschen teilnehmen können. Zuletzt werden zwei experimentelle Untersuchungen der vorgeschlagenen Automationsdesigns im Kontext von teleoperierten mobilen Robotern in Such- und Rettungsszenarien und anhand einer Anwendung in einem hochautomatisierten Fahrzeug präsentiert. Die experimentellen Ergebnisse liefern empirische Evidenz für die Überlegenheit der vorgestellten modellbasierten Automationsdesigns gegenüber den bisherigen Ansätzen in den Aspekten der objektiven kooperativen Performanz, des menschlichen Vertrauens in die Interaktion mit der Maschine und der Nutzerzufriedenheit. So zeigt diese Dissertation, dass Menschen eine emanzipierte Interaktion mit Bezug auf die Entscheidungsfindung bevorzugen, und leistet einen wertvollen Beitrag zur vollumfänglichen Betrachtung und Verwirklichung von Mensch-Maschine-Kooperationen.

The research reported in this thesis focuses on the decision making aspect of human-machine cooperation and reveals new insights from theoretical modeling to experimental evaluations. In a first step, the thesis provides a methodical classification of work on human-machine cooperation and circumscribes its research scope by means of a newly presented taxonomic model of human-machine cooperation called butterfly model. Thereafter, the thesis introduces two mathematical behavior models of human-machine cooperative decision making: the adaptive negotiation model and the n-stage war of attrition. ... mehrBoth mathematically model the engagement of two emancipated cooperation partners in a cooperative decision making process with different modeling backgrounds which lie in negotiation theory and game theory. Furthermore, this thesis reports on the models' suitability to represent human concession behavior in cooperative decision-making scenarios and subsequently provides two model-based automation designs capable of participating in a cooperative decision making process with a human. Finally, the thesis presents two experimental evaluations of the proposed automation designs in the contexts of teleoperated mobile robots in a search-and-rescue scenario and of highly automated driving. The experimental results provide empirical evidence of the model-based automation designs' superiority compared to state-of-the-art approaches in terms of objective cooperative performance, user satisfaction and human trust in the interaction. Hence, this thesis reveals the insight that humans prefer a truly cooperative interaction with respect to decision making and therefore advances research towards the comprehensive consideration and realization of human-machine cooperation.