The deployment of technical systems in complex and unstructured everyday environments has become an essential direction of robotic research, where the limited computation capacity and the real-time requirements become the bottleneck of the system development. Cognitive abilities to interpret and select essential information from a large amount of sensory data are important and necessary, especially for a mobile robotic system. From the extensive works in biology, cognitive psychology, and neuroscience, visual attention is considered to be one of the most powerful cognitive processes dealing with visual information selection. Considering the challenges arising in the aforementioned context, both biologically plausible and technically applicable robot visual attention strategies should be developed to bridge the gap between fundamental studies and specific technical realizations. This thesis focuses on the investigation of goal-directed visual attention strategies for autonomous mobile robots, explored from three different perspectives: the stimulus-dependent aspect, the task-relevant spatial aspect, and the task-relevant temporal aspect. Two information-based metrics are proposed to enable well-timed perception of temporal and spatial stimuli, which is a critical factor for awareness of unexpected events and for ensuring the working order of robots. Integrated approaches to top-down and bottom-up attention selection are elaborated, where the determination of robot spatial attention allocation for task-relevant information is investigated. A human-inspired temporal attention control strategy is proposed, considering the challenge of a limited field of view in multi-object tasks. Evaluation and demonstration are carried out in simulations and experiments. The main contributions are qualitative improvements of sensitive awareness of environment dynamics, efficient, flexible, and adaptable enhancement of task-relevant information, as well as significant reduction of the overall perception uncertainty through temporal attention planning. In this work, application-oriented attention control considering characteristics of mobile robots functioning in dynamic environments is studied in a general and integrated manner for the first time. The contributions advance the state of the art in cognitive robot design and provide valuable insights for future research.     «

The deployment of technical systems in complex and unstructured everyday environments has become an essential direction of robotic research, where the limited computation capacity and the real-time requirements become the bottleneck of the system development. Cognitive abilities to interpret and select essential information from a large amount of sensory data are important and necessary, especially for a mobile robotic system. From the extensive works in biology, cognitive psychology, and neur...     »

Eine wesentliche Forschungsrichtung im Bereich der Robotik ist der Einsatz von technischen Systemen in komplexen, unstrukturierten, alltäglichen Umgebungen, in denen die begrenzte Rechenleistung und die Echtzeitanforderungen die Engpässe der Systementwicklung darstellen. Kognitive Fähigkeiten spielen eine Schlüsselrolle, um die wesentlichen Informationen aus umfangreichen Sensordaten zu extrahieren und zu interpretieren, insbesondere für mobile Robotersysteme. In zahlreichen Arbeiten in Biologie, kognitiver Psychologie und Neurowissenschaft wird die visuelle Aufmerksamkeit als eine der mächtigsten kognitiven Prozesse für die Auswahl visueller Information angesehen. Unter Berücksichtigung der obengenannten Herausforderungen, sollen biologisch plausible und technisch anwendbare visuelle Aufmerksamkeitsstrategien für Roboter entwickelt werden, um die Lücke zwischen den fundamentalen Forschungen und spezifischen technischen Realisierungen zu schließen. Der Fokus dieser Arbeit befasst sich mit der Entwicklung zielgerichteter visueller Aufmerksamkeitsstrategien für mobile Roboter, die aus drei verschiedenen Perspektiven untersucht wird: der reizbasierte Aspekt, der aufgabenorientierte räumliche Aspekt und der aufgabenorientierte zeitliche Aspekt. Zwei informationsbasierte Metriken werden vorgeschlagen, um eine rechtzeitige Wahrnehmung der räumlichen und zeitlichen Reize zu ermöglichen, die einen kritischen Faktor für die Erkenntnis unerwarteter Erreignisse und Garantie des Arbeitszustandes eines Roboters darstellt. Integrierte Konzepte für top-down und bottom-up basierte Aufmerksamkeitsselektion sind entwickelt, wobei die räumliche Bestimmung der Roboteraufmerksamkeit für aufgabenrelevante Objekte betrachtet wird. Eine Strategie zur zeitlichen Koordination der Aufmerksamkeitssteuerung inspiriert vom menschlichen Verhalten wird vorgeschlagen, die die Problematik begrenzter visueller Sichtfelder in Multi-Objekt-Aufgaben berücksichtigt. Evaluierung und Demonstration erfolgen in Simulationen und Experimenten. Beiträge sind die qualitative Verbesserung der Empfindlichkeit für Wahrnehmung einer dynamischen Umgebung, effiziente, flexible und anpassungsfähige Performanzsteigerung der aufgabenrelevanten Informationsselektion, sowie eine signifikante Reduktion der gesamten Wahrnehmungsunsicherheit durch die zeitliche Aufmerksamkeitsplanung. In dieser Arbeit werden erstmalig anwendungsorientierte Aufmerksamkeitssteuerungen, die Eigenschaften von Robotern berücksichtigen, in einer integrierten und allgemeinen Form untersucht. Die Beiträge verbessern den Stand der Technik im Design kognitiver Roboter und liefern wertvolle Einblicke für die zukünftige Forschung.     «

Eine wesentliche Forschungsrichtung im Bereich der Robotik ist der Einsatz von technischen Systemen in komplexen, unstrukturierten, alltäglichen Umgebungen, in denen die begrenzte Rechenleistung und die Echtzeitanforderungen die Engpässe der Systementwicklung darstellen. Kognitive Fähigkeiten spielen eine Schlüsselrolle, um die wesentlichen Informationen aus umfangreichen Sensordaten zu extrahieren und zu interpretieren, insbesondere für mobile Robotersysteme. In zahlreichen Arbeiten in Biolog...     »