一项关于情感机器人中体现形式与交互模式在缓解焦虑和建立情感联系方面的实验研究

《International Journal of Human-Computer Studies》：An experimental study on embodiment forms and interaction modes in affective robots for anxiety relief and emotional connection

机器人猫的化身体与交互模式对用户情感及焦虑缓解的影响研究。采用巫师 Oz 实验设计，比较代理体与化身体、单向与双向交互模式对用户情感体验和焦虑水平的影响。结果表明化身体显著提升用户情感共鸣和焦虑缓解效果，而交互模式无显著差异。研究验证了情感机器人设计中实体表现形式的重要性，为心理健康干预设备开发提供实证支持。

　　本研究探讨了情感机器人在不同具身形式和交互模式下的用户情感体验与焦虑缓解效果。具身形式指的是机器人是通过算法控制（即代理形式）还是通过人类或动物控制（即化身形式）。而交互模式则分为单向和双向两种，其中单向交互中，机器人根据预设程序进行行为和反馈，用户的情感反应主要依赖于机器人相对固定的动作和表现；在双向交互中，机器人能够感知用户的输入并实时调整自身行为，从而提供更智能和更响应的体验。研究的主要目标是了解这些不同的设计选择如何影响用户与机器人之间的互动质量，以及其在心理支持和情感陪伴中的潜在价值。

情感机器人作为近年来人工智能和人机交互领域的重要发展方向，其设计不仅涉及技术实现，更关乎人类情感的共鸣与心理需求的满足。这类机器人能够激发用户的依恋和亲密感，有助于缓解焦虑并丰富用户的情感体验。然而，尽管已有大量关于代理形式机器人（如服务机器人、陪伴机器人）的研究，针对化身形式机器人（尤其是由动物控制的机器人）的情感影响尚缺乏系统性的探讨。此外，现有研究大多集中于由人类控制的化身形式，而对于由真实动物驱动的机器人如何影响用户的情感和心理状态，尚未得到充分验证。

在本研究中，我们特别关注了由真实猫咪控制的机器人猫。这种机器人猫的设计灵感来源于真实猫咪的亲昵行为，例如用爪子缠绕主人的手臂。通过将多个传感器和交互组件集成到现有的毛绒玩具中，机器人猫能够根据用户的触摸和抚摸行为，实时生成面部表情和肢体动作反馈，从而增强用户与机器人之间的互动体验。这种设计不仅实现了物理上的接触感，也通过视觉和动作的反馈，使用户感受到更真实的情感交流。

为了评估不同具身形式和交互模式对用户情感体验和焦虑缓解的影响，我们采用了“巫师奥兹”实验方法（Wizard of Oz paradigm）。该方法是一种常用于人机交互研究的实验设计，通过让参与者误以为系统是由另一个实体（如真实动物）控制，从而模拟出更自然的交互环境。在本研究中，我们采用这一方法，使参与者相信机器人猫是由一只真实的猫咪远程控制的，而实际上其行为是由预设程序驱动的。这种方法有助于我们操控参与者对机器人猫“自主性”的感知，从而探讨这种感知如何影响他们的互动过程和情感反应。

本研究提出三个核心研究问题：首先，机器人猫的具身形式（代理形式与化身形式）如何影响用户的情感体验和焦虑缓解效果？其次，交互模式（单向与双向）对用户的情感体验和焦虑缓解效果有何影响？最后，是否可以通过具身形式和交互模式的组合，进一步提升机器人猫在情感陪伴和心理支持方面的功能。基于这些问题，我们提出了三个假设：第一，双向交互比单向交互更有效于缓解用户的焦虑；第二，化身形式的机器人猫比代理形式的机器人猫更能有效缓解用户的焦虑；第三，化身形式的机器人猫能够为用户提供更积极的情感体验。

实验采用了因子设计方法，结合定量分析与定性访谈，以全面评估用户在不同情境下的心理和情感反应。我们通过SPSS进行统计分析，并使用GraphPad Prism进行数据可视化。首先，我们检查了数据的正态性和方差齐性。对于符合这些假设的数据，我们采用了单因素或双因素方差分析（ANOVA）进行比较；对于不符合假设的数据，我们则使用非参数检验方法，如威尔科克森符号秩检验（Wilcoxon signed-rank test）进行组内比较，以及曼-惠特尼U检验（Mann–Whitney U test）进行组间比较。此外，我们还进行了事后功效分析（post-hoc power analysis），以确保研究结果的统计显著性。

实验结果表明，无论采用何种交互模式，化身形式的机器人猫相较于代理形式的机器人猫，显著增强了用户的感知亲密感和连接感（p < 0.05），并更有效地激发了用户的情感投入。这说明，当用户认为机器人是由一个“有生命”的实体（如真实动物）控制时，他们更容易产生情感共鸣，从而获得更好的心理支持效果。这一发现对于设计更具情感吸引力的智能系统具有重要意义，尤其是在情感陪伴和心理健康干预等应用场景中。

然而，研究也发现，交互模式（单向与双向）对用户的焦虑缓解效果和情感体验没有显著影响。这可能意味着，用户在与机器人猫互动时，其情感体验更多依赖于具身形式，而非交互模式。换句话说，用户对机器人猫的感知和情感投入可能受到其“真实性”或“生命感”的影响，而交互模式的作用相对较小。这一结果为未来的研究提供了新的方向，即在设计情感机器人时，应更加关注具身形式的塑造，而交互模式的优化可能需要结合其他因素进行综合考量。

本研究的成果不仅为情感机器人设计提供了理论支持，也为实际应用提供了设计启示。首先，我们设计了一款具备触觉反馈的机器人猫原型，其化身形式能够支持用户与真实猫咪之间的远程情感互动。其次，我们系统地探讨了不同具身形式和交互模式对用户情感体验和焦虑缓解的影响，发现化身形式在提升用户情感连接方面具有显著优势。最后，本研究提供了实证依据，证明了通过优化具身形式，可以更有效地满足用户的情感需求，并缓解其心理压力。

在实际应用中，情感机器人可以被广泛用于心理健康干预、情感陪伴以及社交支持等领域。例如，在孤独症患者、老年人或心理健康需求较高的群体中，情感机器人能够作为一种非侵入性的陪伴工具，帮助用户缓解焦虑、增强情感连接。此外，情感机器人还可以被应用于教育、娱乐和医疗等多个领域，通过提供个性化的互动体验，满足不同用户的情感需求。

本研究的局限性在于，实验中并未真正建立机器人猫与真实猫咪之间的远程连接，而是通过“巫师奥兹”实验方法模拟了这一过程。因此，未来的研究可以进一步探索真实动物与机器人之间的远程互动机制，以验证这种模拟是否能够真实反映用户在实际与真实动物互动时的情感体验。此外，本研究主要关注了用户在与机器人猫互动时的心理和情感反应，而未深入探讨机器人猫在长期使用中的情感变化和适应性。因此，后续研究可以考虑对用户进行长期跟踪，以了解情感机器人在不同时间尺度下的影响。

总体而言，本研究通过实验和访谈相结合的方法，深入探讨了情感机器人在不同具身形式和交互模式下的用户反应。研究结果表明，化身形式的机器人猫在提升用户情感体验和缓解焦虑方面具有明显优势，而交互模式的影响则相对较小。这一发现不仅为情感机器人设计提供了理论支持，也为实际应用提供了重要的设计启示。未来的研究可以进一步探索如何优化具身形式，以增强用户的情感投入，同时也可以结合更多技术手段，如增强现实（AR）和虚拟现实（VR），以提升用户与机器人之间的互动质量。此外，随着人工智能技术的不断发展，情感机器人可能会在更多领域发挥重要作用，为用户提供更加个性化的心理支持和情感陪伴。