恒挚分享 | 利用多模态的方法测量不同拟人程度的服务机器人对用户情感体验的影响

服务机器人是为人类或设备执行有用任务的机器人。当与服务机器人互动时，它的外观会给用户留下第一印象（K.Li et al.，2020)[1]。不难想象下面的场景：当你在商场里选择服务机器人时，一个具有特征外观（如面部宽高比）的机器人会吸引你的注意力，让你感到兴趣和兴奋，产生获取进一步信息的欲望（Song and Luximon，2021）[2]。一般来说，服务机器人的外观可以分为四类：拟人化、动物化、漫画化和功能性，根据 Fong、Nourbakhsh 和 Dautenhahn 对社交机器人的分类（2003) [3]，拟人化机器人通过人类内部归因来解释机器人外观和行为设计的合理性，使其符合人类的期望并促进人机交互（Chiang，Trimi和Lo，2022) [4]。以前的研究提供了证据，证明产品的拟人化外观会引起积极的情绪并增加其对客户的吸引力（Cao et al., 2022）[5]。然而，关于机器人拟人化外观的效果存在相互矛盾的观点，一项关于拟人化设计特征对人类相关结果影响的荟萃分析显示，机器人的拟人化外观对感知产生了积极影响（Roesler、Manzey 和 Onnasch，2021) [6]。相反，以恐怖谷现象为代表的研究表明非常高水平的拟人化外观会引起用户的恐惧、不信任和其他怪异的感觉。并且情绪反应很复杂，至少由三个方面组成：自我报告、表达行为和生理反应（Gross and Levenson，1993) [7].机器人拟人化外观对情感的影响尚未通过心理生理学测量进行足够的研究。因此研究服务机器人的拟人化程度对于用户情感体验的影响是有意义的。

1、实验设计

2、招募被试

3、实验流程

为了评估被试最初的情绪，参与者首先被要求完成PANAS量表，接下来由主试人员为其佩戴眼动仪和生理记录仪。

在正式试验阶段将21个机器人图像以随机顺序逐一呈现在显示屏中央，每张图像显示15秒，当所有图像都呈现完毕后，移除电极并摘下眼动仪。然后，参与者填写了一份问卷，包括 SAM 量表和态度量表。

最后，他们得到了感谢，并在采访时问及他们对三类机器人的感受，整个流程如下。

1、主观情绪体验及态度

2、眼动结果

单因素方差分析结果显示，在三种条件（AL、AM、AH）下，被试的瞳孔直径、注视次数、扫视次数以及扫视速度均存在显著差异。具体而言，与AL和AH条件相比，AM水平的拟人化机器人导致被试的瞳孔直径更大，注视次数更多，扫视次数也更频繁，且扫视速度也更快。

此外，热点图和注视轨迹图为探索参与者的注视和扫视状况提供了视觉证据。如下图所示，参与者的视觉注意力分布分别用红色和绿色来表示。热点图显示，面部特征对参与者更具吸引力，其次是身体。除此之外，视觉注意的顺序通过注视轨迹图上圆圈上的数字标记。注视轨迹图表明，被试首先注意到的是面部特征，随后是身体和其他部位。

3、生理结果

EMG信号方差分析表明，被试在三种条件下的肌电水平差异显著。具体来说，AM机器人比AL和AH机器人引起更显着的RMS和MPF。

EDA信号方差分析表明，拟人化对SCL有显著影响，AM机器人比AH和AL机器人诱 发更大的SCL。

HRV信号方差分析结果显示，拟人化对平均HR有显著影响。配对比较结果显示，AM机器人引起的平均心率（MeanHR）大于AH和AL。

本研究的目的是了解服务机器人的拟人化外观如何影响用户的情感体验和态度。我们采用多模态测量方法分析主观情绪体验（愉悦、唤醒）、眼球运动、生理唤醒（fEMG、EDA和HRV）和态度，为人机交互中的情感反应提供了整体洞察。

本研究也存在一些局限和不足，为了缩小研究范围，我们选择了服务机器人，并按不同程度的拟人化对它们进行聚分类。值得注意的是，根据ISO 8373：2012给出的定义，服务机器人还可以细分为个人服务机器人和专业服务机器人，他们分别用于不同的工作场景并具有不同功能。因此，未来的研究应该根据使用属性（个人或专业）对拟人化服务机器人进行分类。

此外，实验的参与者是年轻的大学生，这在一定程度上限制了研究结果的普适性。实际上，中老年群体在情绪体验方面同样值得关注，尤其是老年人群体，他们可能因行动不便和认知能力下降而更加依赖服务机器人来辅助日常生活。因此，将老年人纳入研究范围，探讨他们与服务机器人互动时的情感体验和态度变化，将是一个重要的研究方向。

本研究的主要目的是探讨服务机器人拟人化外观对用户主观情绪体验、态度、眼球运动和生理唤醒的影响。

首先，研究结果证实了多模态测量指数可用于测量机器人拟人化外观的情绪影响，这些指标包括：主观情绪体验（愉悦和唤醒）、眼动（情况）数据和生理活动指标。

其次，研究证明：随着机器人拟人化视觉特征的增加，情感体验和态度发生了非线性变化。具体而言，AM机器人比AH和AL机器人给被试带来了更积极的情感体验。（第三，AM机器人比AH和AL机器人显著促进了更积极的主观情感体验和态度。）

最后，眼球运动和生理唤醒的测量结果进一步证实了具有中等拟人化外观的机器人的积极效果。