送水机器人系统设计【含CAD图纸+文档】
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Int J Soc Robot (2010) 2: 417429家用机器人生态学建立一个在家长期接受机器人的初步框架JaYoung Sung Rebecca E. Grinter Henrik I. Christensen收录日期:2010年6月21日发表时间:2010年7月7日施普林格科学与商业媒体BV公司2010摘要 人们已经认识到与机器人技术的互动中存在的长期影响。尽管认识到这一点,我们仍然很少知道如何与家用机器人相关的时空效应。为了弥补这一差距,我们进行了长期的实地研究。我们分布的伦巴吸尘机器人30户,使用超过6个月的观察。在这项研究中,横跨超过149家访,我们确定了如何通过预领养、收养、改编、并使用/保留的时间这四个阶段,接受家用机器人成为家庭的一部分。有了这些结果,我们注意到朝着建立一个框架,家用机器人生态学(DRE)的第一步。它显示了一个机器人在家中塑造的关系,全面的观点。此外,它阐明这些关系如何随时间而改变。我们建议,DRE可以成为一个有用的工具,以帮助向长期在家里接受机器人技术的设计。关键词:家用机器人长期的互动1 引言 长期以来,人们一直承认15,17,人们表现出不同的互动模式,随着时间的推移16,23,31中使用的技术中存在的长期影响。尽管承认,我们仍然知道家用机器人相关的长期影响不大。较长期的相互作用的研究是至关重要的,真正发生时,机器人成为人们日常生活的一部分,因为它加深我们的见解,并告知如何使产品超出最初的使用价值8。然而,很少有人探讨如何促进长期在家庭空间的人类和机器人之间的相互作用。随着越来越多的机器人进入家庭,作为宠物、保姆,甚至我们认为这是一个要深入研究的现代学科。 为了解决这个议程,我们进行了纵向领域的研究有30人从未拥有任何种类的机器人家电的家庭。我们给我们的参与者的伦巴吸尘机器人,然后反复走访了六个月内每家每户,以更好地了解他们不断变化的使用模式。总而言之,整个研究跨越了一年多,涉及149个家访。通过学习,我们的目标是:(1)以确定户主如何接受机器人成为家庭的一部分,(2)建立一个理论框架(简称为家用机器人生态学),有系统地阐明了长期的接受成果,以帮助指导家用机器人的交互设计。 通过审查有关的工作,说明我们的研究过程,我们开始这篇文章。下一步,我们提出了一个家用机器人生态学的概述,并介绍如何与机器人长期相处的经验。下面,我们描述了实证数据支持我们如何得出的框架,然后再讨论它如何可以帮助设计师创造与家用机器人长期互动的经验。最后,我们总结报告目前的局限性和加强未来的DRE设计。2 相关工作 在本节中,我们处理两方面的相关工作。首先,我们回顾了机器人通过长期的研究探索在社交场合。然后,我们讨论如何对家用机器人的研究探讨这一议程,并突出我们的研究如何能有助于进一步的研究。2.1人类长期机器人互动的研究 在长期的人类与机器人互动已积极研究在非住宅空间的领域,如办公室12,19、学校13,26、医院17,18等。它们表明,因为他们通过新奇刺激而使人们表现出不同的使用模式。例如,神田等放置机器人在一个教室并观察小学生的参与情况,时间为九个星期13。Robovie从事与儿童个人定制谈话。起初,孩子们很兴奋地想与Robovie玩耍,但随着时间的推移,俏皮的互动频率下降。然而,Robovie的持续互动,让孩子看到它是教室的一部分,而不是一个时间的玩具机器人。在第八周的相处时间后,研究人员发现,孩子们决定分享他们的知识和有关Robovie的信息板,使他们能够更好地了解其特点。帕罗(小海豹机器人)的研究也表明这种的长期影响。马蒂发现,超过三个月的使用给帕罗与智障儿童之间的社会行为带来的变化(即其他人接触和表达情感)17。此外,儿童表现出的情感纽带的行为,如给帕罗的父母写一封信,让他们和机器人相处持续的时间更长。然而,长期与机器人的互动并不总是出现在积极的领域。其他的研究已经证明,随着时间的推移,人们对机器人的兴趣有所下降。在他们的3个月的研究中,田中等试图使机器人(QRIO)跳舞作为一种刺激使保持儿童和机器人之间的互动时间延长,但他们看到了孩子们的兴趣随着时间的推移而下降26。同时,人们也开始忽略一个大的机器人在走道上几天后的引导互动(19),甚至忘记了机器人在一项为期三个月的田间小区试验中的一个任务 12。这些研究人员不仅提供人类和机器人之间的长期相互作用如何发生的经验证据,还提供了设计的影响,使这种关系成为可能。神田等人声明“长期互动能力的各种因素,如视觉处理,语音识别,能够物理化的任务和比赛,内存数量等等组成”13。马蒂 提供了不同的观点,长期互动可以成功地发生,当人们把机器人作为有感情的社会代理,而不仅仅是物体17。Goakley等人注意到环境因素也可能影响长期的互动,如人数(组与个人)和天的时间9。虽然这些研究提供了哪些可能有助于成功的长期相互作用的见解,但是很少有在家庭的空间探索这个议程。2.2家用机器人的研究 最近,越来越多的研究机构(例如,6,8,15,16)也让人看到了希望,了解如何设计用户交互式家用机器人。Forlizzi和迪萨尔沃的伦巴使用的精领域评估中发现,这种清洗机器人通过增加清洁机会和计划,已经影响了家庭清洁工作的方法。此外,他们指出,机器人的使用和帮助(即消除障碍),物理环境起到了重要作用。此外,他们报道的具有认知和情感反应的家用机器人中应用的新颖性,如用伦巴找到丢失的耳环 8。Forlizzi介绍了为什么这种结合可以创建家庭成员之间的社会动态,在她比较伦巴和胡佛的工作之后,一个轻量级的直立式吸尘器 6。据她介绍,使用机器人作为一个清洁器去关注所有的住户而不是一个人。更重要的是,她认为这是一个的长期有效的基础,来描述为何一年之后伦巴仍然使用,而胡佛已被另一吸尘器替换。Kim等进行了一项类似的研究,在韩国的 家庭部署五种不同的吸尘机器人以了解用户使用机器人的趋势 15。从这个经验性的工作中他们发现,清理发生在较小的单位比整个房子,如从他们房间的具体点更容易设计出巡迹的方案。尽管有很多关于机器人在家里和人们相互影响的信息,我们仍然很少知道在一段长的时间里这种影响的作用。在余下的论文中,我们将通过我们的纵向领域的研究探索这一议程。3 研究设计 3.1方法 我们分发了30个伦巴到30家在美国亚特兰大地区的商店。为了了解长期的影响,我们的研究超过六个月。我们选择了研究伦巴,因为他们是分布在大众市场的第一个机器人,并因此成为与人最熟悉而更容易招募。我们参观了每个家庭五次并追踪他们的经验。有一个家庭在第四次采访后退出研究。我们一共进行了149次家访。我们补偿我们的参与者通过允许他们在研究之后继续拥有机器人。在五次家访中,我们使用了多种技术,揭开了长期的经验。进行家访的前后我们鼓励参与者报告他们的经验,如通过电子邮件。我们分别发表在详细研究的过程中24。在这里,我们简单介绍一下我们采用的方法如下。 我们走访了第一次没有伦巴的家庭。我们想记录整体家居空间,包括家居布置和住户之间的社会动态。要了解这点,我们与家长(如父母)做了半结构式访谈。除了采访我们要求他们进行家庭旅游,在这期间我们学习他们的清洁程序,包括清洁的时间、频率和对象。我们用它作为基准来比较机器人的使用。我们完成了第一次面试,要求他们制定了自己的家庭的设计图,并强调他们希望运行的机器人领域。我们把这个设计图与实际使用的区域进行经常性比较。 大约一个星期后,我们进行第二次访问。在这次访问中,我们带来伦巴和观察家庭的初步反应。在此期间,我们要求的所有住户包括儿童在场,因为先前的研究指出最初的参与可能会影响以后的使用8。我们观察他们如何拆装并首次使用伦巴。然后,我们进行了汇报会议,期间与会者评估李克特量表上的7点的第一印象。他们评价了5个,包括“易于使用、有用、感情、娱乐价值、对家庭的影响程度”等类别的用户体验。我们从个别家庭的每位成员收集这方面的经验等级,因为以往的研究表明,户主可以形成不同的看法(如爸爸喜欢的机器人而妈妈决定不使用它25)。我们反复地从这方面的经验等级进行经常性互访。 两个星期后我们找出自伦巴抵达后改变了什么。我们对他们的“伦巴规律”进行半结构式访谈,例如它被使用了多久、谁使用它、以及何时何地他们如何清理。此外,我们问他们是否使用机器人进行非清洁活动,如把它展示给其他人,并介绍名字和个性。然后,我们要求我们的参与者三个活动,以更好地评估他们的经验。首先,我们要求他们重新强调了他们的家园的蓝图显示,正是他们运行并保持机器人的地方。第二,我们重新收集了经验等级。第三也是最后,我们要求参加检查活动,让他们把对伦巴所做的事情列成表格如出租、给伦巴命名、展示给别人以充实我们的伦巴研究体系 6,7,24,25。因为这些研究指出伦巴的活动经常会出现多个住户之间,所以我们要求他们一起检查。然而,我们个别跟进了解细节,如活动的领导者和参与者。我们在余下的采访中重复这个活动清单,使它成为一个好的指标:是否伦巴的用法随时代而改变。 两个月后我们重新了解是否有任何改变,直到我们的最后一次访问。我们保持类似一般的采访形式比较用户体验是如何随时间变化的。我们进行了关于伦巴规律的半结构化访谈,在此期间我们着重于他们如何使用和维护的机器人,因为与会者开始表达有关管理技术问题的困难。然后,我们要求我们的学员完成三项活动:设计图,经验等级,活动清单。 最后一次访问是在伦巴抵达大约六个月后发生的。我们完成了采访,要求参加者陈述整体经验和潜在的进步。3.2参加者 我们采用滚雪球抽样的方法聘请参加我们研究的人,要求我们的参与者介绍给其他可能会表现出兴趣的人。我们限制参与的家庭至少有一个成年人(18岁及以上),而且在六个月内没有旅游计划,因为以前的研究显示家居布局的影响互动模式7。最后,我们有48人(22名男子和26名妇女)分别来自30个家庭。我们总结的人口统计信息如下: 家庭组成:我们试图平衡家庭的组成,因为他们同住与否会影响实验23。我们有17个双家长和13个单家长住户。我们总共有48个成人,在这些家庭成为我们研究的主要采访者(例如设计房子的蓝图并填写评价表格)。他们的年龄介于18至67岁之间(平均42岁)。大多数的双家长家庭(n = 13)和两个单家长的住户家中有儿童。这15户有22名儿童的房子,每个家庭有一个孩子到三个孩子不等。对儿童的平均年龄为9岁,从1个月到18岁不等。给予重点吸尘,我们还邀请有宠物的家庭(N = 16),其中13个家庭有狗和三个家庭有猫。 教育和技术专长:我们收集教育和技术专长的信息,我们的主要参与者(成人)参加所有五次家访。他们中的大多数曾接受大专或以上的学历。其中,研究生学历24人,具有大专以上学历的20人,高中学历2人。超过一半的参与者(n = 19)自报技术,这意味着他们在技术相关领域拥有学历教育、专业培训或爱好。尽管有高水平的技术知识(一个人曾在一家机器人公司),只是两个家庭有一个机器人玩具:欧宝和一个机器人恐龙。没有机器人家电(即斯库巴),因为它是我们的筛选条件之一。我们的参与者是一个职业大阵。其中包括航空安全审核员,软件工程师,医生,律师,猎头,景观设计师,厨师等等。 家庭收入:也许是由于教育和技术知识水平,约一半的家庭(n = 14)年收入超过10万美元。除两个参与者外,这些家庭有双重收入。根据普查数据,格鲁吉亚的家庭每年双收入大约75,000美元(www.census.gov)。基于这个数据,我们估计看似高的平均家庭收入在亚特兰大地区不偏离太多。此外,这一数据表明我们的许多参与者能买得起机器人。事实上在研究过程中,三个参与者购买其他的伦巴作为礼物送给他们的家庭成员。此外,这14户中的七个定期女仆服务,让我们与外包清洗机器人使用。我们还包括收入少的家庭,因为我们认为他们的财政状况可能会塑造他们的家庭生活,我们寻求一个机器人试验的多样性。在这项研究中,我们有8户家庭年收入低于50000美元的。 家居布置:我们的参与者之间不同的房屋布局。最常见的是多层住宅(n = 17),由单一的房间(n = 9),阁楼(N = 2时)和公寓(N = 2时)。房屋面积为550平方英尺(一室公寓)至3900平方英尺(四间卧室,四个卫生间的房子)。房子也各不相同,包括硬木、油毡、瓷砖、地毯(在阁楼彩色混凝土)的楼层。共享空间如客厅和用餐区往往有非地毯的地板,而卧室和楼梯往往有地毯。两套房子没有地毯因家庭成员有严重过敏。3.3分析:确定长期的互动 我们在数据分析中转录所有的采访,并从用户生成的材料,如收视率、活动清单、图纸、扫描和输入数据。分析主要侧重于确定机器人如何被接受,并随着时间的推移成为家庭的一部分。因为我们有一个大容量的数据(例如,超过一千页的访谈记录),我们决定把现有的文献采用的相关技术(例如,1,3,20,21,27,29)和使用结果为指导来编写实时经验。总的来说,我们确定了四个时间步骤使一个机器人被户主接受成为房子的一部分。这些步骤包括: (1)接受前:在此过程中,人们了解的产品并确定其价值。此外,他们形成对对象的期望和态度3,这在很大程度上影响以后的用户满意度8。 (2)接受:它是指在购买时得到的第一印象或最初的相互影响20。 (3)适应:在此期间,人们尝试了解更多的试验在当前环境下的使用和兼容性的复杂性有关的文物,并进行必要的修改,以更好地接受20。通过这个阶段,人们决定重申或拒绝继续使用20。 (4)使用及保留:期间人们开始表现出技术的使用习惯。此外,通过升级或改变下一代模型人们倾向保留使用超越了当前产品的生命周期11。 我们根据这四个步骤重新组织的面试采访录,然后用扎根理论22( 一个新兴的定性分析方法)确定每个时间阶段的互动模式。我们试图在所有四个阶段保持一致,以便更容易地比较和对比的相互影响的效果。例如,我们标记的机器人类型,在互动中扮演如下三种形式之一的角色:完成任务的工具,环境变化的承担者和一个演员引起的社会反应(7启发)。作为扎根理论的结果,我们制作了一个初步框架,假设解释机器人与家庭环境一个长期的相互作用的关系,我们称之为家用机器人生态。在下一节中,我们描述了这个框架的基本概念。4 家用机器人生态学(DRE):构造长期的互动 是一个初步的框架,阐明了机器人产品与周围环境形成动态的关系(直观地描绘在图1)。我们特别选择了这个词“生态”(7的启发),强调的是,我们的框架整体上显示了机器人产品跨越上述所有四个阶段的互动经验。图1上:家用机器人生态学(DRE),长期与机器人互动的整体观。下:DRE显示互动格局的变化,经过一段时间的延长期内(预收养,收养,学习/适应,并使用/保留)。总的来说,这个框架显示的三个关键属性在很大程度上影响所有时间阶段的互动经验。他们包括物理和社会空间,社会行为者,和预期的任务。我们详细解释与每个因素。 A.1物理和社会的空间相互作用发生提供了一个平台。文卡塔斯等人形容今天的家庭包括物理、社会和技术的空间30。物理空间是指室内环境,如楼层、房间和内部家具。社会空间是指家庭的生活方式和活动,构成了 家庭生活的重要组成部分。我们以前的研究表明,机器人可以作用于这种社会空间的人们分享故事、照片和视频的机器人经验25。技术空间表明总的配置和在家庭中的技术组织,如其放置的位置。我们主认为机器人的技术空间几乎与整个物理和社会空间重叠。与基于屏幕的计算技术不同,由于在房子的各部分自主移动机器人拥有无处不在的空间存在 16,31。这就是说,机器人引起的影响存在于更广阔的物理空间。此外,机器人可以智能地回应人类并建立自己的连接,因此可以增加获得参与社会活动的机会14。因此,我们建议,家用机器人技术的空间应完全理解为物理和社会空间。A.2社会行动者是在家里生活的成员,如住户、客人、宠物。现有研究家庭技术用户分为两类:内部成员(例如家庭)和外部成员(如游客和朋友)10,30。然而,有研究表明,家用技术特别是家电的使用内部成员之间是不平等的(最显着的研究是2)。它使我们思考,社会行为者的定义不是居住在房子里面而是积极使用和未使用目标技术的人。这就是说,我们把社会行动者分成两组:“用户”定期与机器人完成交互任务的人,“非用户”不经常使用但在社会活动中从事这项技术的人。我们注意到,宠物也作为社会行为者的一部分在列。类似地,儿童的参与增加了数字技术的采用28,宠物热烈的响应和与机器人积极的互动为户主接受机器人发挥了重要作用。以前的的伦巴研究表明,宠物跟随机器人左右移动,甚至学会了乘坐他们,从而增加人们的积极反应23,25。A.3任务是指机器人设计的服务活动。家用任务是密切相关且界限不清5,因此使用机器人自动化实验可能会带来连接任务的实质性的变化。此外,机器人产品的使用可能会出现和以往不同的新类型的家庭任务。以使用伦巴为一个例子,房子的持有人创造休闲活动,如创建一个与邻居的伦巴的跑道比赛 23。由于机器人长期的互动属性形成了五种典型的关系。机器人形成的关系如下:R.1 执行任务的工具:作为功利工具服务,取代手工劳动,提高生活质量的机器人。R.2 直接影响到周围环境的代理人:机器人诱发物质的影响,如去除在地板上的宠物毛发,在导航中移动较小的物体。R.3 使环境的变化的中介因素的激励人:机器人有时会引起负面影响,如打破了一面镜子和拖线。有限的兼容性与现有的环境调和促使人们进行必要的调整以更好地接受机器人。R.4 提高家庭成员之间的社会关系的调解员:在我们的研究发现,儿童和男子在清洗机器人被接纳后承担了更多的责任。此外,机器人往往成为一个社会活动的新手段。例如,人们把机器人展现给游客,甚至在他们的旅程中给周围的人展示。R.5 从事社会活动的代理人:人类赋予机器人栩栩如生的素质,直接从事社会活动,如提供姓名、性别和个性。总体而言,上图1中的DRE整体阐明了互动过程中可能出现的长期与机器人互动的模式。我们在比较和对比预领养、收养、改编和使用/保留时间的四个阶段发展的互动模式之后,建立了一个具有共同点的整体观念。我们在图1(下)用粗线条突出地直观地描绘每人每个阶段最突出的互动模式。在每个时间阶段的互动模式的可视化描述随着时间的推移用户和机器人体验的类型显示出鲜明的对比。简要说明(详见下一节),人们通过之前的经验所设想的机器人是围绕中心任务。简单地期望机器人作为一个功利的工具,很大程度上是人们第一次在自己的家庭与机器人互动时产生的想法。机器人引起强烈的社会反响,如吸引儿童参与清洁活动,立即在家庭引起变化。初步接纳机器人后,人们继续花时间和精力来了解机器人并做出必要的调整。文卡塔斯把这个阶段作为一个共同发展的过程,一个使家庭接受新技术的重要组成部分28。在此期间,我们看到了物理环境和社会关系中最积极和活跃的变化。在同一时间,人们评估伦巴作为一个有用的清洁工具的作用,这在很大程度上影响他们决定是否继续调整、停止工作或拒绝进一步使用。通过此期间,户主发现机器人适应他们的家庭生活的规律,并因此在物理和社会空间的变化上减少了努力。相反,他们开始从越来越多的战略和复杂的任务角度把机器人作为一个专门的工具来管理清洗。 因此,我们推出了家用机器人生态学,阐明机器人在家中塑造的长期相互作用的框架。更具体地说,我们在此框架内提出了两种类型的意见。首先,我们展示一个整体视图(图1:上),捕捉整体互动机器人所有时间阶段创造的经验。第二,我们展示了时间视图(图1:下),突出了随着时间的推移分别出现的关键互动模式。在下面的章节中,我们将讨论这四个来自我们长期研究领域的具有典型时间观念的经验。5 解析长期接受 6个月的观察,揭示了长期使用家庭机器人的模式。在坚持和积极接受伦巴的家庭,长期互动效果显示的清洁状态如图2。在这里,我们解释了长期模式中存在的四个时间阶段的实证例子:接受前、接受、适应并使用/保留。图2 P15描述的长期使用机器人的影响:这位母亲使用该机器人的动机是给整个房子进行大清洗。机器人保持地板的清洁和有序,她想保持其余的房子达到相同的标准。5.1接受前:形成期望也许由于只有一点机器人的经验,我们的参与者设想一个相当简单的关系。人们大多是把机器人作为一个工具以改善家里的清洁,并最终形成他们目前的生活风格。他们希望最少的人为干预的清洁,并计划增加吸尘频率从每周一次(平均)到每天一次。此外,他们希望机器人管理整个室内的地板清洁工作。当我们要求我们的参与者设计他们的家园的蓝图,并突出他们会运行的伦巴的地区,他们都标志着整个室内区域。例如, 图3(上)中的P25强调所有三个楼层需要伦巴运行,除了车库他们没有考虑作为室内面积的一部分。 图3 上:P25:突出预期的整个家庭使用伦巴的区域。下:P25 :6个月后本地化的清洁以红色突出显示的区域 虽然人们预期的机器人在家里的整洁带来明显的影响,我们了解到,用户通过使用机器人的配置文件,如技术专长和为清洁援助的需要,可以带领他们到不同的层次。高层次的技术知识,包括一个人拥有一个机器人公司的参与者,知道目前的机器人产品的限制并没有希望超越手动真空清洗的质量。六位参与者在技术上天真,之前不知道吸尘机器人的存在,知识过于依赖电影和小说,因此期望先进的服务,如能够探测到远处的污垢。此外,家庭构成也影响伦巴作为一种实用工具的期望。例如,拥有宠物的人希望机器人能减少目前的家里的宠物毛发数量,而那些身体残疾的期望更加独立的生活因为他们没有别人可以依靠去清洁地板。 因此,人们预料的机器人成为一个主要的独立的工具来管理家庭事务。它导致人们形成两个特别的焦点,我们确定了影响实际使用过程中的满意度的因素。首先,参与者讨论了机器人如何学会互动地与当前环境的操作系统兼容,如在不同的地板类型(例如瓷砖的浴室和书房糙米木地板)航行、通过小物件(例如儿童玩具)。人们期望机器人可以处理这些挑战。一个男性参与者(P22的)指出,他宁愿不使用机器人,如果他将不得不很努力地帮助它在房子里定位,如清理掉了一地的电线。事实上,在实际使用中,经过几次试验后他停止运行伦巴,因为他每次实验前都要捡起一些杂物。最后,我们的户主强调耐用和可靠的机械性能,特别是因为伦巴进入家庭空间以取代现有的清洁工具,通常持续多年。事实上,我们的一些参与者使用地板真空清洁器十多年了。他们补充说,潜在的机器人产品成本高导致他们期望其性能更加可靠。事实上,一个家庭(P9)五个月后放弃了使用它,由于技术故障频繁,尽管报告中伦巴的清洗质量让人满意。5.2接受:获取的第一印象 参与者后首次使用机器人会更积极地反映使用经验。在我们问过他们的初步经验之后,参与者在所有类别的用户体验中表现出更高的满意度(见表1)。表1比较用户在前和后初次使用伦巴的评分(1 =最积极的差异,7 =最正)接受前(平均分)接收后(平均分)差异(T检验)智能操作3.6/74.04/7t(47)=3.07P 0.1易于使用5.13/75.35/7t(47)=1.24P 0.1娱乐价值4.27/74.75/7t(47)=2.34P 0.05感情3.92/74.42/7t(47)=2.97P 0.005整体印象4.58/75/7t(47)=2.11P 0.05在运作初期,参与者试图评估他们之前通过的期望和关注。例如,所有的家庭运行了约15分钟的机器人,通过拿起垃圾桶检查有多少灰尘和宠物毛发来证实伦巴是实用的清洗工具。在大多数的家庭,伦巴显示了比预期更好的清洗质量,从而获得“有用清洗”被接受后(见表1)较高的评价。此外,住户使用运作初期来评估机器人与环境的兼容性。他们跟着机器人围绕房子走,并开始在必要时改变其任务,如拿起电线、拆除面积地毯。此外,他们尝试让机器人清洁他们认为将有困难的地方,如楼梯的附近和门槛。此外,他们还进行了以伦巴潜在的危害性实验来保护自己的家园,特别是如果他们有宠物和儿童。父母把他们的脚放在伦巴下面,看它是否是意外事故的原因。此外,所有有宠物的16户家庭让机器人在宠物的活动区域运行,并观看了反应。一个在家庭拥有化学处理的混凝土地面的参与者,仔细观察是否伦巴会在表面刷上任何划痕。 除了确认伦巴作为一个有用的工具,我们看到了住户和机器人之间形成的一种新型关系。我们的研究显示,户主在查看最初的互动后把机器人作为一种社会代理。表1中的数据支持这一结论。参与者评为与非清洗相关的用户使用体验,如智力和情感依恋显着比实际使用程度高。我们的实证观察报告类似。在最初的互动,人们马上会赋予栩栩如生的素质,如伦巴去某个地方的意图。参与者指出,他们觉得伦巴的动作使他们感觉到逼真的元素,即使它并没有像任何生物。他们补充说,机器人的性能超出了他们的期望,如到沙发下、返回到本身的充电底座,提高了认知的智能水平因而它更加自动化并替换体力劳动。 或许拥有更丰富的社会交往,人类会认为机器人的实验更有趣。在P20的男孩(3岁到6岁)一边追逐机器人,一边大喊“这是活着!”并试图跳过去。一个十几岁的男孩(P15,13岁)把他操作伦巴的视频录在手机里并在学校显示给他的朋友。孩子们开始问他们的父母他们能否在自己的房间运行它。在P25和P29,我们看到父母如何立即用操作伦巴来奖励完成作业的孩子。从孩子们的这种兴奋,增加了家长的积极经验。一位母亲特别告诉我们,她想让伦巴成为女孩经常清理并保持地面整洁的灵感。5.3学习和适应:学习研究和局限性 初步接受后,人们不断探索机器人学习技术的局限性和更好的启示,我们称之为“适应”阶段。例如,我们的参与者提出了试探性操作,如在门廊和一辆面包车内的地板上运行机器人清理面包屑。他们积极探索的结果使他们报道比他们需要保持房子的清洁更频繁地运行机器人。参与者指出,这一时期在接受后通常持续约一个月。 机器人不断引发活性剂在物理环境的变化。他们在家里自主操纵并在这个过程中清洗。经过几个星期的使用,人们注意到了视觉上的差异,如看到清洁地毯和宠物的毛发少、赤脚走路时感觉少屑。在环境的这些变化,保证机器人的价值作为一个有用的工具,并促使继续使用。然而,由于机器人的运动区域尚未被修改以适应他们的环境,他们遇到了一些意外,如打破一个全尺寸的镜子、吃玩具和破坏家具。在此期间发生意外户主表现出更多的宽容,他们认为这是机器人认知环境的一部分而不是认为其自身的智力限制。尽管如此,他们不希望这些事故再次发生,并采取行动以防止它们(图4)。他们需要在每个操作重复一些行动包括因果关系和临时变化,如折叠地毯、拿开阻塞伦巴导航的日常物品(如玩具车)和杂物。其他的变化更持久:人们把一本书放在一盏灯下,这样伦巴不会因试图攀上而被卡住;甚至切断地毯的流苏,以防止它在边缘上卡住。事实上,这些意外导致机器人成为引起住户家中变化的因素。图4人们如何改变家居接纳机器人 机器人除了在物理环境引起变化外,还引发了住户、宠物和客人的社会交往的变化。首先,我们的参与者继续把机器人作为一种社会代理,并开始为它申请社会规则。最值得注意的是,13户家庭使用的前两个星期内给伦巴取了名字,19户从事与它交谈并提到在使用时区分男性和女性以及最后3户购买服装。虽然这些活动普遍发生在6个月内,但是我们依然看到了他们最积极的适应时期。例如,头两个星期以后我们只看到了伦巴的六个新名称,也看到一个家庭的数量减少(12例),在六个月后才报告有与机器人的谈话。 此外,伦巴发挥调解人的作用影响住户之间的社会交往。人们用它作为一个话题和家庭娱乐的来源。例如,P2说他们故意在他们活动区域自发地排队充电,因为它是观看的乐趣。用他们的话说如下: “它通常会发现它的基地(完成清洁程序后)。但我还是把它放在厨房里(这 里装有充电站),并按下按钮让它回去,因为它是观看的乐趣。它可以一点点地增加返回到充电点的正确率。这是我们的谈话内容。这是我最喜欢的部分。”更为显着的社会变化发生在十几岁的孩子成为主要负责清洁的家庭。伦巴吸引更多的住户在清洁活动中合作(在 7中也有研究)。在一些家庭中,孩子们承担吸尘责任。在P11的儿童(男,11岁),P25的(男,10岁)和P29(女孩,9岁和12岁)成为主要的伦巴用户。他们不仅运行机器人进行清洁还维护它,如清空垃圾桶和更换过滤器。他们自我阅读手册学习这个相当复杂的维修过程中,而且事实上他们知道比他们的父母更加了解整个程序。 此外,伦巴促进用户与家庭以外的人(朋友和邻居)的社会交往。对于前两个星期,大多数参与者都谈到它为别人(n = 23户),并证明它是家庭旅客及亲属(n = 18户)。一个家庭(P13)通过摄像头把它展示给他在危地马拉的朋友。两户家庭(P8,P25),甚至带来他们的机器人去旅行,并在住的地方运行它以展示其性能。特别是中,P25和来访的家庭运行伦巴作为一个娱乐的来源,如台球桌上运行并看着它击中球作为乐趣。因此,机器人所带来的新奇因素刺激了人们了解和适应使其更好地进入家庭的技术。因此,它在环境、社会成员和机器人的动态关系中引起了很大变化。5.4使用和保留:日常使用和维修 适应后,人们发现了一个机器人在自己家中使用的规律。这使人们把机器人看成一种执行预期任务的工具,因为他们适应之前是这样做的。然而,清洁活动不再是简单的和以前一样重复。作为适应机器人由于技术的限制(例如无法映射房子)而做出的努力,家家户户都精心打造了使用策略。一个值得注意的策略是在局部领域运行伦巴(即它运行在每一个操作区),每次旋转清洗领域。也就是说,参与者运行机器人更多地作为清洁工具。例如,只有在极易弄脏的区域,如客厅和厨房(以红色突出显示在图3:下),P25运行伦巴呈现出相反的效果,因为它通过了整个房子(图3:上)。 伦巴使用战略,包括机器人运行的准备、维护、存储,而不是使用。六个月后,户主养成为机器人的运行整理房子的习惯,他们快速折叠地毯、放好电线。此外,参与者创造自己的方式来维护机器人,并把它作为一个新的家庭习惯。维护任务随着时间的推移已成为一个机器人实验的重要组成部分,因为它会遇到一些技术问题,如未能运作和停靠。因为这些错误往往来自维修质量差,住户故意放置伦巴的清洁工具(塑料刷)在他们家的钥匙、计算设备、厨房电器旁边。通过这种方式,他们将很容易被提醒去护理机器人。在这项研究中,我们看到,如果机器人仍然被户主视为社会代理和向它发泄情绪,他们可能将花更多的精力在维修过程中(在25也有报道)。最后,户主发展存储伦巴的战略。从功能上,家里基地需要坐在靠近一个插座充电。然而,人们消极地认为吸尘器是放置在一个开放的空间而不是在衣柜里。这导致一些参与者把伦巴放置在一个不太显眼的位置,如沙发背后和在未使用的房间。然后,发生了另一个问题,机器人由于在视线之外而被遗忘。最终,我们的参与者要求放在不是很显眼但足以可见得到的地方(图5)。例如,P25把伦巴放在正门旁边的桌子底下,并把它形容为一个完美的存储位置。用他们的话说: “这地方是完美的,因为它不是那么的明显,但你可以很容易地在道路上 看到它,并被提醒打开它。当你回来,房子是干净的。”图5存储机器人的策略:巧妙地隐藏在不显眼的地方,但仍然在可看见和极易弄脏区域的使用,很容易被提醒。总结我们的经验数据表明,不同的机器人互动与周围的空间,人,任务和时间的推移。它强调反映在交互设计过程中的长期影响,这是我们在下一节讨论的重要性。6 长期的互动设计的启示 作为一种方式,以反映交互设计的长期影响,我们首先创建了一个框架结构,简称为家用机器人生态学(DRE)。研究人员表明使用基础的框架设计可以带来三个方面的好处。首先,它有助于阐明现实世界的相互作用的复杂性,从而有利于设计师更好地从多个学科之间的协作中分享上下文的共同点10。其次,该框架可以帮助设计师减少关于事情应该是怎样的概念的直觉和规定的设计,使研究更接近基础的用户数据10,12。最后,一个框架可以为征求开发商谁是新的设计者,提供一个坚实的基础、想法和概念10。考虑到家用机器人的商业应用的历史很短,许多设计师会感觉相对较新的设计挑战。 DRE在两种观点中反映了长期的互动。首先,这个框架描绘了所有时间阶段的机器人互动的整体性和关系的观点(图1:上)。它允许设计师轻松地计划如何选择自己的设计会影响整体的用户体验。第二,它打破了根据时间的四个阶段全面的经验,并提出了如何随着时间的推移去发展互动模式(图1:下)。在本节中,我们创建了最初的概念,以帮助指导设计师如何从长远的角度运用这些到实际的交互设计中。 DRE“整体”观:研究结果表明,机器人引起物理空间、家庭成员和预定任务的动态的相互作用。这些关系是相互关联和相互关系的。在设计上,它意味着,设计者应首先阐明三个相互作用的属性:环境背景、用户档案和任务特点。设计师也可以利用映射到这个框架及其相互作用思路的DRE整体构想,并与我们描述的五个关系轻松地创建互动的情景(4的R.1-R.5部分)。交互方案将有助于揭示在一个整体的用户体验设计的长处和弱点。DRE“接受前”观:接受之前,人们认为机器人作为一个功利的工具。他们围绕中心任务绩效(如地板清洁)设想机器人的试验,如它如何兼容不同类型的物理空间(如地板类型)和持久地良好的运行。当对兼容性和耐用性很高的期望没有实现时,人们失去了进一步使用机器人家电的兴趣。设计蕴涵着难以想象的重要性,详细列出障碍会限制机器人家用电器实行独立、自主经营。以伦巴为例子,设计师可以建议拥有一个大车轮作为潜在的要求,以防止机器人卡在电线和杂物上。 DRE“领养”观:当户主首次运行机器人时,他们对机器人表现出强烈的社会反响并从事探索活动,如在户外和台球桌上运行。他们开始察觉到它不仅是一个工具也许还是一个栩栩如生的代理。人类和机器人之间的社会关系的启发,有助于在实验中增加情感和娱乐价值。它留下几个交互设计的影响。首先,设计师可以实现在开头表现动作来增加情感和娱乐价值。其次,设计师可以考虑让机器人展示并理解社会行动,如能够问候和挥手。最后,设计师可以提高安全系统以保护人对机器人进行的随机试验,如在高的地方运行它。同时,机器人应该能够通过明确的错误反馈来通知参与者实验所造成的技术问题。 DRE“学习/适应”观:首次采用之后,人们持续地花费时间和精力作出必要的调整,如改变家具布局。此外,户主带着机器人从事各种社会公益活动并开始赋予它一个唯一的身份(例如姓名、性别、个性)。进一步说,机器人会改变在家里的社会角色。他们引起更多家庭成员之间的合作以完成一个手工任务,这些任务在机器人使用之前曾经属于一个人的(例如妈妈的清洁)。这一发现表明,即使是一个简单的功利机器人,只要它具备适应社会规则的能力就可以成为长期被接受的关键。为了提高其代理和独特的特点,机器人应该能够认识到自己被赋予的特点。进一步说,机器人需要识别家庭成员不同的反应来提供个性化的互动,如触发与儿童的同伴关系。设计机器人的关键因素,是能够根据家庭中社交需要去学习和发展。 DRE“使用/保留”观:在一个较长时期,伦巴已成为专业的工具来保持房子的清洁。然而,为了适应无差错的自主操作,户主实施了几个战略,如局部和旋转清洁区。默认情况下,机器人应该能够绘制整个房子的局部清洁程序以减轻用户的智力负担,特别是那些年轻或技术上天真的人。此外,他们还应该让用户选择是否在整个房子或家中的一个特定区域运行机器人。除了操作策略,与会者特别强调在家庭的例程中纳入一个全新的任务,使他们能够保留使用和维护可靠。然而,一些参与者很容易忘了定时清洗机器,从而导致性能故障。为了维持良好的质量性能,机器人应该能够激活自启动通知模式,及时提醒用户的操作和维护。最后,我们的参与者试图制定其他相关任务战略,如精心选择大本营的地方。我们的参与者寻求一个不是那么显眼但可见的地方,足以提醒用户它的存在和继续使用。它表明,机器人的外观设计也应精心打造,并允许用户自定义机器人的外观和感觉,使在他们的家中协调或者脱颖而出。7 结论 在这篇文章中,我们试图了解家用机器人的长期相互作用。为了在互动中研究时间的影响,我们进行了长期的实地考察,我们把30个机器人分发给30户家庭,并观察他们接纳和使用机器人超过六个月。在这项研究中获得的结果超出我们的意想,我们了解到人们如何接受机器人作为家庭的一部分。根据研究结果,我们朝着建立一个家用机器人生态学(DRE)的框架迈出了第一步,它阐明了机器人与周围的家居环境创造的整体和时空的关系。我们认为这样的衔接,可以帮助设计人员更容易接近长期与机器人互动的复杂性。 考虑到伦巴是一个只进行吸尘的相当基本的机器人,我们承认我们框架理论的局限性。我们预计,至少在三个方面与先进的家用机器人的互动模式将变得更加生动。首先,我们建议DRE的第六种关系:家中智能家电的交互代理关系。这种特殊的关系并未出现在伦巴的研究中,因为这种机器人并不具有与其他机器人进行网络沟通的能力。然而在即将到来的未来,我们可以很容易地设想一个保安机器人在家里用无线摄像机和其他机器人沟通(4中所示)。第二,机器人将作为一种社会行为者超过作为一种工具。目前服务型机器人主要作为一种根据用户需要执行任务的工具。例如,当人们要清理时才运行伦巴。在未来,机器人将有望根据用户行为和用户档案来处理复杂的任务和管理智能技术,如记忆和通知调度,并提供个性化的服务(10中详细说明)。这意味着,未来的机器人可能会作为社会行动者,根据需要自主确定和执行的任务而无需用户输入。最后,我们设想机器人将充当中间人,引导人们改变现有的环境。随着映射房子和跟踪导航路径的能力的增强,未来家用机器人会巧妙地感知和避开障碍物。他们甚至可能会伸缩机械手臂,根据自己的需要调整环境。与其他消费机器人更多的个案研究将有助于验证这些对目前DRE的预想。尽管如此,我们希望我们的初步尝试创建的DRE会引起其他研究人员之间关于如何将其纳入日常机器人的设计长期的互动的学术兴趣。致谢 我们感谢参与这项研究的所有参与者。我们也感谢捐赠伦巴的iRobot公司。参考文献1. 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