研究报告: 人类-机器人交互中行为预测的心理尺度

主要作者与机构

本研究由 Tatsuya Nomura (Ryukoku University)、Takayuki Kanda (ATR Intelligent Robotics and Communication Laboratories)、Tomohiro Suzuki (Toyo University) 和 Kensuke Kato (Kyushu University of Health and Welfare) 共同完成。研究成果发表于《IEEE Transactions on Robotics》期刊（2008年4月，第24卷第2期）。

学术背景

本研究属于机器人学与人类情感心理学的交叉领域。随着机器人技术的快速发展，通信型机器人（communication robots）在日常生活中被期望广泛应用于娱乐、教育、精神治疗等领域。然而，部分人类对机器人可能存在负面情绪和态度，如焦虑和回避，这或将显著影响人类与机器人的交互过程。

尽管以往的研究大多聚焦于人类-机器人交互（Human-Robot Interaction, HRI）的正面影响，涉及机器人外观、任务匹配、人类个性与行为之间的关系等，但对于哪些因素导致人类难以接受机器人以及负面情绪如何影响交互行为的研究仍较少。本研究旨在通过实验探讨人类对机器人的负面态度与情绪（如焦虑和沟通回避行为）之间的关系，并显著关注性别对这些关系的潜在影响，旨在为通信型机器人设计提供启示。

研究工作流程详述

1. 研究对象与心理测量工具 研究采用了两种自研心理测量工具：
- NARS (Negative Attitudes toward Robots Scale)：用于测量人类对机器人的负面态度，具体分为三个子量表（与机器人互动的负面态度、对机器人社会影响的负面态度、对机器人情感互动的负面态度）。 - RAS (Robot Anxiety Scale)：用于测量与机器人交互中产生的焦虑情绪，分为三类（机器人沟通能力相关焦虑、机器人行为特性相关焦虑、与机器人对话相关焦虑）。

此外，还引入了STAI (State-Trait Anxiety Inventory) 测量通用焦虑水平。

2. 实验设计与流程 实验于2005年12月进行，实验对象为38名日本大学生（男女各占22名和16名，平均年龄21.3岁）。研究设计了一个短时简单的交互场景，实验机器人为“Robovie”。其身高120厘米，具有两只机械臂及头部、眼睛与移动平台，通过Linux系统控制，具备多种传感器感知能力。

实验室环境布局（见原文图示）中，视频设备记录了被试的行为指标（如与机器人的距离、发言延迟、触碰机器人时间等）。具体流程如下： 1. 被试进入实验室前填写包括NARS、RAS、STAI在内的问卷。 2. 被试在实验室内单独与Robot进行约3分钟的互动，包括以下环节： - 初次见面（标准的问候行为）。 - 在机器人的提示下进行自我披露（如谈论最近发生的事情）。 - 与机器人发生肢体接触的行为（受机器人语言提示）。
3. 实验结束后，再次测量RAS的变化，并分析焦虑水平以及其他相关行为数据。

3. 数据分析与研究变量 通过回归分析探讨NARS、RAS分量表得分与行为指标（如与机器人互动耗时、接触延迟等）之间的关系。特别分析了性别对这些关系可能存在的调节作用。此外还探讨了被试回答内容中的情绪成分对焦虑、态度的影响。

研究主要结果与支持数据

1. 负面态度和焦虑与行为之间的关系

• 对话延迟时间显著受与机器人对话相关焦虑（RAS-S3）的正向影响。
  
• 被试触碰机器人所需时间与机器人沟通能力焦虑（RAS-S1）呈正相关。
  
• 对机器人社会影响的负面态度（NARS-S2）与触碰延迟时间呈负相关。

上述结果表明，焦虑与负面态度均可预测个体在HRI中的沟通回避行为。

1. 性别差异 在对数据进行性别细分后，发现男性和女性的行为模式与心理因素关系各异：

   • 男性：显示出更强的沟通回避行为，特别是对与机器人互动负面态度（NARS-S1）、机器人行为特性相关焦虑（RAS-S2）的回避显著性较高。
   • 女性：与男性不同，表现出距离回避行为（保持与机器人较大的物理距离），并倾向于回避自我披露（含情绪表达）。

2. 实验前后情绪变化

• 交互实验期间，与机器人对话焦虑（RAS-S3）显著上升；这进一步支持了机器人对人类情绪的显著影响。

1. 情绪表达内容的作用 意外地发现，表现出高焦虑和负面态度的被试反而更可能在与机器人互动时进行情绪化表达。这一发现与实验前假设相悖，可能表明焦虑个体对沟通机会的潜在渴望仍需进一步研究。

2. 相关性分析 NARS 与 RAS 分量表间存在显著相关，且部分指标与STAI得分呈正相关（如NARS-S1与STAI-S相关性高达0.671）。性别在这些相关模式上也表现出一定差异。

研究结论与意义

1. 科学价值 本研究首次明确了负面态度、焦虑与HRI中沟通回避行为之间的量化关联。这些发现为改进机器人交互设计提供了理论依据，指出焦虑和负面态度可能导致对机器人沟通能力质疑、行为上的犹豫和拒绝接触等问题。

2. 应用意义 针对高焦虑人群，设计能缓解焦虑情绪并降低回避行为的机器人是未来的重要研究方向。进一步的研究还可能揭示文化差异与年齡层次在HRI中的重要作用。

研究亮点与创新

• 开发并验证了两种心理量表（NARS与RAS），为HRI研究提供了首创性工具。
• 短时交互实验设计不仅确保结果的可重复性，还揭示了情绪动态变化。
• 性别因素对负面态度与行为关系的调节作用为机器人设计提供了潜在方向。

研究局限性与展望

尽管本研究验证了工具的有效性，但由于样本局限（日本大学生群体）以及实验机器人类型的单一性，结果的广泛适用性尚不确定。此外，宠物型机器人等非语言交互场景可能会产生完全不同的用户反应，这需要更多类型机器人测试与跨文化实验来补充研究发现。

总结

通过本研究，作者为理解负面情绪如何影响人类-机器人交互行为提供了新的视角，也为未来通信型机器人设计者提供了重要的实证依据。长期来看，这将有助于开发出更加人性化和包容性的智能设备，更好地融入人类社会。