平静优于可爱：呼吸陪伴机器人人机交互中的美学-功能性一致性设计

《Frontiers in Cognition》：Calm beats cute: designing aesthetic-functional congruence in human-robot interaction for breathing companion robots

　　

摘要

**引言**：在引导您进行呼吸练习时，您会信任哪款机器人——是可爱的卡通类人机器人、柔软的动物伴侣、临床机械装置，还是宁静的冥想人像？本研究考察了四种设计美学如何影响Neffy的社会评价与技术接受。Neffy是一款社交呼吸陪伴机器人，通过视觉、音频和触觉提示并结合上半身运动来引导练习，从而为压力缓解和健康促进提供支持。

**方法**：在一项在线研究中，126名参与者观看了一段视频，内容是一名受试者在引导式呼吸练习中与Neffy互动。研究测试了四种设计风格：卡通类人型、冥想类人型、动物型（拟兽型）和机器型（拟机械型）。参与者对每种风格在温暖感、能力感、感知享受和使用意愿方面进行了评分，并对人类相似性、社会临场感、可信赖性、呼吸陪伴偏好及整体喜爱度进行了两两比较。

**结果**：拟兽型设计获得了最高的温暖感评分，而拟机械型设计在所有测量指标上得分最低。感知人类相似性正向预测了温暖感和能力感，证实了其在社会评价中的作用。然而，仅凭人类相似性并不能决定偏好：尽管两种类人设计在感知人类相似性上相当，冥想类人型在能力感、可信赖性和呼吸陪伴偏好方面得分最高，优于卡通类人型。

**讨论**：这些结果表明，在健康促进机器人中，“平静”美学优于“可爱”美学，这对“仅凭人类相似性即可决定设计成功”的假设提出了挑战。相反，美学-功能性一致性——即机器人视觉设计与其功能目的之间的对齐——可能是社交机器人设计中一个关键但尚未充分探索的因素。由于本研究评估的是总体评价，未来研究应测试这些偏好在不同应用领域（如临床、工作场所、教育、家庭）和跨文化背景下是否依然成立。

# 平静优于可爱：呼吸陪伴机器人美学-功能性一致性的实证研究解读

## 一、研究背景与问题提出

随着社交机器人日益融入教育、医疗保健和健康促进领域，一个基础性设计问题凸显：机器人应当呈现何种外观，才能被用户接受、信任并愿意使用？视觉设计通常是用户接触到的第一且最显著的线索，在交互发生之前就塑造了用户对机器人能力、意图和社会角色的预期。从设计美学视角看，机器人的视觉设计充当了一套沟通系统，通过它传达可供性、象征意义和含义，并引导用户的评价、理解与互动。尽管技术功能是有效机器人系统的必要前提，但仅凭技术功能不足以确保积极的用户体验或持续使用（Colle和Dragone，2026）。视觉设计、具身行为与象征性框架之间的连贯对齐——即“产品语义学”（Mobed等，2024）——对于面向个人健康的陪伴机器人尤为重要。

然而，现有研究大多集中于检验机器人的孤立视觉特征，未能充分考量审美体验的多维特性。关于何种机器人设计构成有效设计，目前尚未达成共识，但日益增多的研究表明，机器人设计应被理解为一个多维建构，形态、材料、颜色、形状、运动和情感表达等多种设计特征共同影响对机器人的社会感知（如温暖感和能力感）。已有研究主张，机器人的吸引力在很大程度上可能受其外观与行为之间连贯性的影响。然而，以往关于呼吸支持机器人的研究主要聚焦于单一机器人设计的开发与评估，尚未系统比较多种外观概念。美学-功能性一致性在呼吸支持机器人情境中的角色此前未被直接研究，也没有研究系统比较过呼吸陪伴机器人的多种美学设计以考察这些设计如何影响社会评价。

本研究正是针对这一空白，通过一项126名参与者的在线研究，系统比较了呼吸陪伴机器人Neffy的四种视觉设计变体，探讨美学-功能性一致性（即机器人视觉设计与功能目的之间的对齐程度）而非单纯的人类相似性或形态类别，在健康促进人机交互情境中如何影响社会评价与技术接受。

## 二、研究设计与关键结论

为探究上述问题，研究人员开展了一项定量被试内设计在线研究。研究以德国柏林应用科学大学传播实验室开发的Neffy呼吸陪伴机器人为对象，该机器人通过温和的垂直运动、柔和的光信号和平静的交互风格引导用户进行慢节奏呼吸练习。研究人员采用基于ChatGPT的图像生成流程，在保持功能外观恒定的条件下，生成了四种美学设计变体：卡通类人型（A）、动物型（B）、机器型（C）和冥想类人型（D）。关键的技术方法包括：（1）采用线性混合效应模型（LMMs）分析Likert量表评分数据，以机器人版本为固定效应、参与者为随机截距，替代违背球形假设的重复测量方差分析；（2）采用Friedman秩和检验和Wilcoxon符号秩检验（Holm校正）分析两两比较的胜出次数数据；（3）采用Pearson相关分析考察各结果变量间的关联结构；（4）以人类相似性胜出次数为连续预测变量建立一系列LMMs，整合相对测量与绝对测量；（5）纳入机器人兴趣、冥想经验、呼吸练习经验和计算机经验作为协变量，并采用类型III方差分析检验性别差异。参与者通过Prolific平台招募，初始126人完成研究，排除20名未完成全部评价模块者后，最终有效样本为106人（年龄18-79岁，M=38.97，SD=12.58；其中男性58人、女性45人；多数以英语为主要语言并居住在美国和英国）。

研究发现，不同设计风格显著影响社会评价与接受度。在温暖感方面，动物型设计获得最高评分（M=4.12），而机器型设计显著低于所有生物形态设计。在能力感方面，冥想类人型设计显著高于其他三种设计，而卡通类人型与动物型之间无显著差异。感知享受和行为意向也呈现类似模式，三种生物形态设计均显著优于机器型设计。两两比较结果显示，机器型在所有维度上均被显著击败；在人类相似性上，两种类人设计显著高于动物型和机器型且彼此无显著差异；冥想类人型在可信赖性、呼吸陪伴偏好和整体设计偏好上获得最高胜出次数。相关分析揭示温暖感与享受、行为意向强相关，可信赖性与行为意向、享受强相关；能力感与人类相似性的相关性最弱（r=0.18）。线性混合效应模型分析表明，感知人类相似性显著正向预测所有结果变量，对社会临场感和可信赖性的预测最强；但在纳入机器人兴趣作为协变量后，人类相似性的预测效应不再显著，而机器人兴趣在各结果上均保持显著正向预测。性别分析显示，除行为意向存在显著的性别×设计版本交互效应及能力感存在较小的性别主效应外，多数评估维度未发现显著性别差异。

## 三、研究结果分述

### 3.1 温暖感与能力感（SMC）

线性混合效应模型揭示了机器人设计版本对感知温暖感的显著效应，效应量较大（η2=0.60），表明外观强烈塑造了参与者对友好、真诚和温暖的感知。卡通类人型、动物型和冥想类人型均显著比机器型更温暖，三种生物形态设计之间无显著差异。动物型获得了最高绝对温暖感评分。设计版本对能力感的效应显著但效应量较小（η2=0.08），冥想类人型显著比其余三种设计更有能力感，而卡通类人型、动物型和机器型之间无显著差异。值得注意的是，两种类人设计在温暖感上无显著差异，但在能力感上出现显著分化——冥想类人型高于卡通类人型，这提示宁静、简约的美学可能通过图式一致性传达了更强的功能可靠性。

### 3.2 感知享受与行为意向

设计版本显著影响感知享受（η2=0.42）和行为意向（η2=0.26）。三种生物形态设计在享受和行为意向上均显著高于机器型，三者之间无显著差异。动物型在享受上得分最高（M=3.75），冥想类人型在行为意向上得分最高（M=3.25）。两种类人设计在享受上趋同、在能力感上分化的模式，表明类人外观和冥想美学在设计空间中占据不同位置。

### 3.3 两两比较分析

在两两比较中，感知人类相似性排序为：卡通类人型（2.27）>冥想类人型（2.21）>动物型（1.18）>机器型（0.34），两种类人设计无显著差异。社会临场感排序中卡通类人型最高（2.08），且是唯一显著高于动物型的版本。可信赖性排序中冥想类人型最高（2.00），呼吸陪伴偏好排序中冥想类人型最高（2.08），整体设计偏好排序中也是冥想类人型最高（1.97）。尽管生物形态设计之间的差异多未达统计显著，但冥想类人型在多个功能相关标准上的数值优势与美学-功能性一致性假设相符。

### 3.4 相关分析结果

温暖感与享受（r=0.79）、行为意向（r=0.66）强相关；可信赖性与行为意向（r=0.76）、享受（r=0.73）强相关；社会临场感与享受（r=0.68）、行为意向（r=0.70）正相关。温暖感与可信赖性强相关（r=0.71）。能力感的相关模式较弱，与享受（r=0.44）、行为意向（r=0.47）、社会临场感（r=0.39）的关联均较低，与人类相似性的相关性最弱（r=0.18），表明能力感是功能上最独立的评价结果。

### 3.5 人类相似性与社会评价

感知人类相似性显著正向预测温暖感（β=0.204，p<0.001）和能力感（β=0.136，p=0.001），对温暖感的预测强于能力感。对人类相似性相关的所有结果变量而言，对社会临场感（β=0.587）和可信赖性（β=0.583）的预测最强。然而，在纳入个体差异协变量后，人类相似性的预测效应在所有四个主要Likert结果上均不再显著，而机器人兴趣保持显著正向预测，表明先前存在的机器人兴趣在塑造评价中的作用大于设计特征本身。

### 3.6 性别差异

多数评估维度未发现显著的性别主效应，能力感存在较小的显著性别主效应（女性评分略高），行为意向存在显著的性别×设计版本交互效应，但应谨慎解释。

### 3.7 定性分析结果

47%的参与者提供了开放性评论。机器型被描述为“冷冰冰的”“临床感的”；卡通类人型被指“太孩子气”；冥想类人型被多位参与者视为“最好的一个”。部分参与者自发地将机器人概念与个人健康体验联系起来，表明激活了健康图式。

## 四、讨论与结论总结

研究结果表明，感知人类相似性显著塑造了多方位的评价，更类人的设计通常获得更积极的评价，这与CASA范式一致。然而，人类相似性本身不足以解释偏好：两种类人设计在人类相似性上等价，但冥想类人型在能力感、可信赖性和呼吸陪伴偏好上持续优于卡通类人型。这一分离实证支持了美学-功能性一致性作为解释用户偏好的核心因素。依据图式一致性理论，卡通类人型可能激活了玩具图式，与治疗性慢节奏呼吸练习所需的宁静、平和美学不一致；“太孩子气”的定性评论直接支持了这一解释。冥想类人型则激活了与正念、冥想和宁静目的性相关的图式，与该机器人引导呼吸以缓解焦虑和压力的功能高度一致。从形式-可供性-功能框架来看，冥想类人型传达的平静、专注和目的性参与的可供性与呼吸同步功能相符，而卡通类人型传达的嬉戏、社交和儿童导向互动的可供性在呼吸支持工具语境中缺乏说服力。动物型获得了最高温暖感但人类相似性较低，可能激活了照护图式而非引导者角色，与呼吸陪伴的预期角色一致性较弱。机器型的全面失败表明技术性视觉线索与健康促进陪伴机器人的心理模型根本冲突，其形式传达了适合完全不同功能情境的可供性，产生了极端的图式不一致性。

研究结论指出，在健康促进导向的人机交互中，成功的机器人设计不仅取决于增加拟真度或选择“正确”的形态，而在于创造美学与功能一致性的交互体验，使用户对机器人预期角色和任务的期望与解读相匹配。冥想类人型可能代表了一种“适当的拟人化”（appropriate anthropomorphism），在避免高度类人代理所引发的过强期望的同时支持了参与感。对于呼吸支持和健康促进机器人的设计，设计师或许应优先关注传达平静感、情感温暖、可信赖性和心理安全感的具身形式，而非最大化人类或动物的拟真度。更抽象、象征性或拟兽型的具身形式在焦虑和压力缓解、正念、情绪调节等治疗支持应用中可能是有前景的替代方案。