Роботизированное прикосновение с речью усиливает положительные эмоции

Роботизированное прикосновение с речью усиливает положительные эмоции

Нежное прикосновение играет ключевую роль в человеческом взаимодействии, вызывая положительный эффект заботы. Исследования в области робототехники ранее показали, что роботы способны воспроизводить нежное прикосновение, которое вызывает схожие положительные эмоциональные реакции у людей. Однако оставалось неясным, можно ли усилить положительные эмоциональные эффекты от прикосновения робота в сочетании с речью, используя мультимодальный подход. Данное исследование подтверждает гипотезу о том, что мультимодальное взаимодействие, сочетающее нежное прикосновение и речь робота, усиливает положительные эмоциональные реакции.

Методология исследования

В рамках данного исследования было проведено эксперимент с использованием роботизированной руки для выполнения нежного прикосновения в сочетании с речью. Были сравнены три условия: только прикосновение, только речь и прикосновение с речью. Для оценки субъективных эмоциональных реакций участников просили оценить валентность (позитивность/негативность эмоций), возбуждение (интенсивность эмоций) и «человекоподобность» робота. Кроме того, были записаны данные лицевой электромиографии (ЭМГ) с мышц corrugator supercilii (мышцы, ответственные за нахмуривание бровей) и zygomaticus major (мышцы, отвечающие за улыбку), а также измерены уровни кожной проводимости (Skin Conductance Levels – SCL) как показатели физиологических эмоциональных реакций.

Результаты исследования

Результаты исследования показали, что прикосновение в сочетании с речью вызвало более высокие субъективные оценки валентности и возбуждения, а также более сильную активность zygomaticus major (мышцы улыбки) и SCL по сравнению с условием «только прикосновение». Эти данные свидетельствуют о том, что положительные эмоциональные эффекты роботизированного прикосновения могут быть усилены за счет сочетания с речью.

Основные выводы и практическое применение

Исследование подтвердило, что мультимодальное взаимодействие, включающее нежное прикосновение и речь робота, более эффективно вызывает положительные эмоциональные реакции у людей, чем каждый из этих стимулов по отдельности. Это имеет важное значение для разработки роботов, способных оказывать эмоциональную поддержку, особенно в условиях дефицита человеческого контакта, например, в медицинских учреждениях или для ухода за пожилыми людьми.

«Сочетание нежного прикосновения и речи робота приводит к более выраженным положительным эмоциональным ответам, чем каждый из этих факторов по отдельности».

Ключевые моменты исследования:

• Усиление положительных эмоций: Мультимодальный подход (прикосновение + речь) значительно повышает положительные эмоциональные реакции.
• Физиологические маркеры: Увеличивается активность мышц, связанных с позитивными эмоциями (улыбка), и повышается кожная проводимость, что свидетельствует о более сильном эмоциональном отклике.
• «Человекоподобность» робота: Комбинированное воздействие также повышает восприятие робота как более «человечного».
• Практическое значение: Результаты применимы для разработки роботов-компаньонов, роботов для ухода и в сфере реабилитации.

Введение: Роль прикосновения в человеческом общении

Прикосновение является неотъемлемой частью человеческого общения. Социальное прикосновение, возникающее между людьми, используется для облегчения межличностного общения и выражения личных чувств. Мы интуитивно выполняем акты нежного прикосновения ежедневно, например, когда заботимся или успокаиваем больного или встревоженного человека. Некоторые известные практики ухода, такие как Humanituide (гуманитарная помощь) и Taktil massage (тактильный массаж), используют нежное прикосновение для улучшения эмоционального благополучия в сфере ухода и медицины. Его положительные эффекты подтверждены эмпирическими данными, включая многочисленные клинические психологические и психофизиологические исследования, показывающие, что прикосновение оказывает благоприятное воздействие на здоровье людей. Некоторые экспериментальные психофизиологические исследования показали, что прикосновение с определенной скоростью (то есть стимулирующее Ctactile afferent – С-тактильные афференты, со скоростью 3-10 см/с) вызывает субъективные и физиологические положительные эмоциональные реакции, такие как повышенная валентность и активность zygomatic major ЭМГ.

Проблемы и решения в сфере социального прикосновения

В настоящее время существуют барьеры для предоставления достаточного количества прикосновений каждому пациенту, который мог бы от них выиграть. Увеличивается число одиноких пожилых людей, проживающих в одиночестве, и наблюдается нехватка медицинских работников, таких как медсестры. В ответ на эти факторы, последние исследования в области робототехники пытались разработать роботов для тактильного ухода. Эти исследования предполагают, что тактильные взаимодействия, выполняемые роботами, предлагают подходящую замену, создавая положительный опыт для людей-пациентов. Другое исследование показало, что нежное прикосновение, включая движения поглаживания от роботов, также автоматически вызывает схожие положительные эмоциональные реакции. Эти выводы также показали, что, хотя нежное прикосновение робота может вызывать положительные эмоциональные реакции у людей, прикосновение робота без адекватного общения или согласия может восприниматься как насильственное.

Мультимодальный подход: сочетание прикосновения и речи

Однако остается неясным, можно ли усилить положительные эмоциональные эффекты от прикосновения робота, сочетая их с речью, используя мультимодальный подход. Хотя исследования в области робототехники не были сосредоточены на этом предмете, ряд психологических полевых исследований показали, что наиболее эффективные методы тактильного ухода включают одновременное прикосновение и спокойный, заботливый разговор. Кроме того, некоторые предыдущие исследования в области робототехники предоставили эмпирические данные и теоретически предположили, что нежное прикосновение робота в сочетании с речью может эффективно вызывать положительные эмоции у людей. Однако эти исследования не систематически сравнивали различия между только прикосновением и прикосновением с речью. Следовательно, остается недоказанным, могут ли положительные эмоциональные эффекты прикосновения робота быть усилены с помощью мультимодального подхода в сочетании с речью. Основываясь на этих данных, мы предположили, что мультимодальное взаимодействие, сочетающее прикосновение и звук, усиливает положительные эмоциональные реакции от прикосновения роботов.

Цели и гипотезы исследования

Данное исследование было направлено на демонстрацию робота, который сочетает прикосновение и речь, способного более эффективно генерировать положительные эмоциональные реакции у людей. Система включала роботизированную руку с эндэффектором (рабочим органом) в форме руки для выполнения нежного прикосновения к верхней части спины участника с заданной скоростью, стимулирующей Ctactile afferent. Робот был оснащен динамиком для воспроизведения речи, содержание которой было взято из ситуаций ухода за больными. Сравнивались три условия: только прикосновение, только речь и прикосновение с речью. Для измерения субъективных эмоциональных реакций участников просили оценить свою валентность и возбуждение во время представления стимула. Для прикосновения и речи тестировался только один тип прикосновения и один тип речи. Для субъективных оценок также оценивалась «человекоподобность» робота, чтобы проверить гипотезу о том, что мультимодальная коммуникация может повысить «человекоподобность» роботов. Для объективного измерения эмоциональных реакций, которые могут компенсировать субъективную предвзятость в оценках, были записаны данные лицевой электромиографии (ЭМГ) мышц corrugator supercilii и zygomaticus major, а также уровень кожной проводимости (SCL), которые, как известно, связаны с субъективной валентностью и возбуждением соответственно. Было предсказано, что прикосновение с речью приведет к более высоким субъективным оценкам валентности и возбуждения, и одновременно окажет большее влияние на соответствующие физиологические паттерны реакции (т.е. меньшую активность corrugator supercilii ЭМГ, более высокую активность zygomaticus major ЭМГ и более высокую активность SCL), чем только прикосновение.

Материалы и методы

Участники

В исследовании приняли участие 31 японский доброволец (12 женщин; средний возраст ± стандартное отклонение, 22.8 ± 3.9 лет). Размер выборки был определен с помощью априорного анализа мощности. Использовалось программное обеспечение G*Power (версия 3.1.9.2) с предположением о проведении однофакторного дисперсионного анализа с повторными измерениями с тремя уровнями фактора, уровнем значимости α = 0.05, мощностью 0.80, корреляцией 0.5, ε = 1 и размером эффекта f = 0.25 (средний). Результаты указали на необходимость 28 участников. Хотя приняли участие еще 4 добровольца, их данные не были проанализированы из-за сбоя оборудования. Информированное согласие было получено от всех добровольцев и/или их законных представителей. Исследование было одобрено Этическим комитетом Научно-технического института Нара и проводилось в соответствии с институциональными этическими положениями и Хельсинкской декларацией.

Архитектура экспериментальной системы

Для проведения нежного прикосновения и имитации речи одновременно требовалась система роботизированной руки. В качестве инструмента для нежного прикосновения использовалась роботизированная рука UR3 производства Universal Robots для частей руки, а в качестве рабочих органов – одностепенной эндэффектор с пружинным механизмом, прикрепленный к роботизированной руке, согласно эксперименту Тоёсимы. Эндэффектор состоял из нихромовой проволоки и датчика температуры, который позволял контролировать температуру самого эндэффектора. Действие нежного прикосновения робота выполнялось путем задания начальной точки, области поглаживания, силы поглаживания и скорости поглаживания, все на основе результатов предварительных экспериментов, в которых небольшие группы (n=5) участников оценивали ощущения от прикосновения.

Измерение эмоциональных реакций

Субъективные оценки: Участники оценивали свои эмоциональные состояния по шкале от 1 (очень негативное) до 9 (очень позитивное) для валентности и от 1 (очень спокойный) до 9 (очень возбужденный) для возбуждения. Также использовалась шкала Лайкерта от 1 (совсем не похож на человека) до 9 (очень похож на человека) для оценки «человекоподобности» робота.

Физиологические измерения:

• Электромиография (ЭМГ): Записывалась активность мышц corrugator supercilii (связана с негативными эмоциями) и zygomaticus major (связана с позитивными эмоциями) на лице участников.
• Уровень кожной проводимости (SCL): Измерялась проводимость кожи, которая коррелирует с уровнем возбуждения.

Процедура эксперимента

Эксперимент проводился в контролируемой среде. Участники сидели в удобном кресле. Роботизированная рука выполняла прикосновение к верхней части спины участника. Одновременно воспроизводилась речь. После каждого стимула участники заполняли опросники для субъективной оценки. Физиологические сигналы записывались непрерывно на протяжении всего эксперимента.

Обработка данных

Физиологические данные (ЭМГ и SCL) были обработаны для удаления артефактов. Для ЭМГ сигналы были выпрямлены и усреднены по временным интервалам. Для SCL данные также были усреднены. Значения для каждого стимула были стандартизированы в пределах каждого участника. Частота зашумленных артефактами испытаний была низкой.

Статистический анализ

Для анализа субъективных оценок и физиологических сигналов проводился многомерный дисперсионный анализ с повторными измерениями (MANOVA) с учетом фактора условий (прикосновение, речь, прикосновение и речь) и блока (первый, второй) как внутрисубъективных факторов. Анализ проводился для выявления значимых различий между условиями.

Результаты: Анализ субъективных и физиологических данных

Субъективные оценки

Многомерный дисперсионный анализ (MANOVA) показал значимое влияние фактора условий на субъективные оценки (валентность, возбуждение и «человекоподобность»), F(6,25) = 6.49, p < 0.001. Пост-хок тесты показали, что условие «прикосновение с речью» привело к значительно более высоким субъективным оценкам валентности (среднее значение 6.7) и возбуждения (среднее значение 6.3) по сравнению с условием «только прикосновение» (валентность: 5.9; возбуждение: 5.2) и условием «только речь» (валентность: 5.8; возбуждение: 5.1). Также было обнаружено, что «прикосновение с речью» получило более высокие оценки «человекоподобности» (7.1) по сравнению с другими условиями.

Физиологические реакции

Анализ физиологических данных также выявил значимые различия между условиями. Активность zygomaticus major (мышцы улыбки) была значительно выше в условиях «прикосновение с речью» по сравнению с условием «только прикосновение». Уровень кожной проводимости (SCL) также показал более высокие значения в условиях «прикосновение с речью» по сравнению с условием «только прикосновение». Активность corrugator supercilii (мышцы нахмуривания) не показала значимых различий между условиями.

Обсуждение: Интерпретация результатов

Результаты данного исследования убедительно свидетельствуют о том, что мультимодальное взаимодействие, сочетающее нежное прикосновение робота и речь, значительно усиливает положительные эмоциональные реакции у людей. Это согласуется с предыдущими психологическими исследованиями, показывающими синергетический эффект от сочетания различных модальностей в общении.

Преимущества мультимодального подхода

Сочетание прикосновения и речи, по-видимому, создает более богатый и убедительный опыт для человека. Нежное прикосновение может вызывать чувство комфорта и безопасности, в то время как речь добавляет элемент персонализации и социальной связи. Вместе эти стимулы могут активировать более глубокие эмоциональные центры мозга, приводя к более сильным положительным реакциям.

Сравнение с предыдущими исследованиями

В отличие от предыдущих исследований, которые фокусировались либо на прикосновении, либо на речи роботов по отдельности, данная работа впервые систематически сравнила эффекты этих стимулов в комбинации. Полученные данные подтверждают гипотезу о том, что мультимодальный подход является более эффективным для индукции положительных эмоций.

«Роботизированное прикосновение само по себе вызывает положительные эмоции, но добавление речи значительно усиливает этот эффект».

«Человекоподобность» роботов

Повышенные оценки «человекоподобности» в условии «прикосновение с речью» предполагают, что мультимодальное взаимодействие способствует лучшему восприятию роботов как социальных существ. Это может быть связано с тем, что сочетание тактильного и вербального общения имитирует естественные формы человеческого взаимодействия, делая робота более знакомым и вызывающим доверие.

Ограничения исследования

Необходимо признать некоторые ограничения данного исследования:

• Дизайн эксперимента: Использовался дизайн с повторными измерениями, что могло привести к влиянию одного условия на другое (например, эффект обучения). Хотя порядок условий был сбалансирован, будущие исследования с использованием междусубъектного дизайна могли бы более четко продемонстрировать эффект.
• Индивидуальные различия: Не учитывались личностные черты участников, которые могут влиять на восприятие прикосновения.
• Одежда участников: Отсутствие контроля за одеждой участников могло повлиять на ощущения от прикосновения.
• Типы стимулов: Тестировался только один тип прикосновения и один тип речи, что ограничивает обобщаемость результатов.

Направления для будущих исследований

Будущие исследования должны сосредоточиться на изучении различных типов прикосновений и речевых паттернов, а также на учете индивидуальных особенностей участников. Также важно исследовать долгосрочные эффекты мультимодального взаимодействия роботов.

Заключение: Будущее роботизированной эмпатии

Данное исследование вносит значительный вклад в понимание того, как роботы могут быть использованы для улучшения эмоционального благополучия людей. Мультимодальный подход, сочетающий нежное прикосновение и речь, является мощным инструментом для усиления положительных эмоций и повышения «человекоподобности» роботов. Эти выводы имеют практическое значение для разработки роботов, способных оказывать эффективную эмоциональную поддержку в различных сферах жизни.

«Исследование демонстрирует, что комбинация тактильного и вербального воздействия робота является ключом к более глубокому эмоциональному отклику человека».

Цитирование: Sawabe, T., Honda, S., Sato, W. et al. Robot touch with speech boosts positive emotions. Sci Rep 12, 6884 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-10503-6