[論文レビュー] Human Emotion-Mediated Soft Robotic Arts: Exploring the Intersection of Human Emotions, Soft Robotics and Arts

Nadipineni, Saitarun, Hong, Chenhao+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2026

Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials被引用数 0

ひとこと要約

この論文は、脳波（EEGのアルファ波）に動的に反応して感情を表現する二つのソフト実体—ソフトキャラクターとソフトフラワー—を紹介します。これは美術的な設定の中で、ソフトロボティクスを用いて感情を表現するため、リアルタイムのEEGアルファ活動をアクチュエーションとディスプレイ挙動にマッピングします。

ABSTRACT

Soft robotics has emerged as a versatile field with applications across various domains, from healthcare to industrial automation, and more recently, art and interactive installations. The inherent flexibility, adaptability, and safety of soft robots make them ideal for applications that require delicate, organic, and lifelike movement, allowing for immersive and responsive interactions. This study explores the intersection of human emotions, soft robotics, and art to establish and create new forms of human emotion-mediated soft robotic art. In this paper, we introduce two soft embodiments: a soft character and a soft flower as an art display that dynamically responds to brain signals based on alpha waves, reflecting different emotion levels. We present how human emotions can be measured as alpha waves based on brain/EEG signals, how we map the alpha waves to the dynamic movements of the two soft embodiments, and demonstrate our proposed concept using experiments. The findings of this study highlight how soft robotics can embody human emotional states, offering a new medium for insightful artistic expression and interaction, and demonstrating how art displays can be embodied.

研究の動機と目的

• 人間の感情、ソフトロボティクス、芸術の統合を促進し、没入型で非言語的な感情表現を実現する。
• EEGベースの感情フィードバックが二つのソフト実体をアートディスプレイとして制御する。
• α帯域の脳信号がソフトロボットの動きや空気圧作動に動的にマッピングされることを示す。
• ギャラリー設定での脳媒介ソフトロボティックアートの概念的・実験的枠組みを提案する。

提案手法

• 単一OzチャンネルのUnicorn Hybrid Blackデバイスを用いてEEGアルファ波（8–13 Hz）で感情を測定、250 Hzで取得。
• 500点ローリング窓内で50%のオーバーラップを伴う1–40 Hz帯域フィルタリングとFFTベースのPSD処理。
• Alpha PSD (A_PSD)を0–100に正規化し、マイクロコントローラに伝送してアクチュエータを駆動。
• A_PSDをソフトキャラクターのPWMデューティ比へマッピングし、L298Nドライバを介してα活動に比例した動作を創出。
• A_PSDをソフトフラワーの圧力セットポイントとタイミングへマッピングし、PID閉ループで膨張/収縮を制御、圧力・膨張/収縮時間をA_PSDに連動。
• Ecoflex-0050製のソフトフラワーを中空の空気室とともに製作し、真空ポンプと電磁バルブで作動、フィードバック用の圧力センサを搭載。
• 二つの実体：アルファ活動が高いほどダンスが激しくなるソフトキャラクターと、同様に高アルファで膨張/収縮が速くなるソフトフラワーを説明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脳信号、特にEEGアルファ波をどのように動的なソフトロボット運動へマッピングできるか（美術において）？
• RQ2 ソフト体現アートディスプレイ（キャラクターと花）がリアルタイム脳活動を通じてユーザーの感情状態を信頼性高く反映できるか？
• RQ3 EEGベースの感情フィードバックをインタラクティブなアートインスタレーションに用いる際の実務的考慮点と限界は何か？

主な発見

• リアルタイムのアルファ波パワーの増加は、ソフト実体のより速い・異なる動作や膨張パターンと相関する。
• ソフトキャラクターのモーション速度と振幅は高いアルファ活動で増加し、低活動時はより落ち着いた遅い動作になる。
• ソフトフラワーの膨張圧力とサイクルタイミングは高いアルファ活動で増加し、より迅速な膨張/収縮列を生み出す。
• 固定処理・マッピングパイプラインを介して、シングルチャンネルEEG設定でソフトロボティックアートに知覚可能な感情表現を駆動できる。
• 実験は、感情を媒介とした動的挙動を芸術的文脈で示す二つのソフト実体を用いて概念を検証した。