[논문 리뷰] SRL Proxemics: Spatial Guidelines for Supernumerary Robotic Limbs in Near-Body Interactions

Hongyu Zhou, Chia-An Fan외 5명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 31.

Social Robot Interaction and HRI인용 수 0

한 줄 요약

본 논문은 Wizard-of-Oz 연구에서 도출된 SRL Proxemics를 소개하며, 영역- 및 구성요소 수준의 설계 프레임워크로서 웨어러블 추가 로봇 팔에 대해 더 높은 자율성이 안전성이나 신뢰를 보장하지 못하고, 사용자 정의된 영역 인지 규칙이 신체 근처의 상호작용을 허용 가능하게 형성한다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

Wearable supernumerary robotic limbs (SRLs) sit at the intersection of human augmentation and embodied AI, transforming into extensions of the human body. However, their movements within the intimate near-body space raise unresolved challenges for perceived safety, user control, and trust. In this paper, we present results from a Wizard-of-Oz study (n=18), where participants completed near-body collaboration tasks with SRLs to explore these challenges. We collected qualitative data through think-aloud protocols and semi-structured interviews, complemented by physiological signals and post-task ratings. Findings indicate that greater autonomy did not inherently enhance perceived safety or trust. Instead, participants identified near-body zones and paired them with clear coordination rules. They also expressed expectations for how different arm components should behave, shaping preferences around autonomy, perceived safety, and trust. Building on these insights, we introduce SRL Proxemics, a zone- and segment-level design framework showing that autonomy is not monolithic: perceived safety hinges on spatially calibrated, legible behaviors, not higher autonomy.

연구 동기 및 목표

• SRLs in near-body interactions에서 사용자가 영역 및 구성요소별 경계와 자율성 규칙을 어떻게 정의하는지 조사한다.
• 고자 Autonomous(High-Autonomy) 대 참가자 정의 규칙(PDR)이 근접 신체 진입 시 생리적 각성에 어떤 영향을 미치는지 평가한다.
• 자율성 구성(configuration)이 친밀한 주변 공간에서의 지각된 안전성, 신뢰, 구현감에 어떤 영향을 미치는지 확인한다.

제안 방법

• 18명의 참가자를 대상으로 Wizard-of-Oz 설정으로 SRL 동작을 시뮬레이션하는 피험자 내 혼합 방법 연구.
• 두 가지 자율성 조건: High-Autonomy Anchor(표준화된 동작)와 Participant-Defined Rules(PDR)가 은밀한 조작자에 의해 시행됨.
• 시나리오 기반 도 elicitation 및 think-aloud 프로토콜을 통한 사용자 정의 정책의 생성적 elicitation.
• 두 가지 과제(Comfort Zone Task 및 Control Handover Task)와 네 가지 근신 체 상호작용 단계(접근/진입, 전달, 지지, 철수).
• 다중 모드 데이터 수집: think-aloud, 반구조화 인터뷰, 과제 후 설문지(Trust, Godspeed, AEQ), 및 단계 고정 피부전도 반응(SCR).
• 프로토타입: 안전 제약이 있는 등 뒤에 장착된 7-DOF SRLs; 마스터-슬레이브 연결 및 자율성을 모방하기 위한 스크립트 교란으로 Wizard 방식 제어.
• 윤리적 승인 및 안전 확보, 학습 효과를 줄이기 위한 균형 배치된 과제 순서 및 휴식 기간

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQ1: 사용자들이 주변 인간-공간에서 확실한 상호작용을 보장하기 위해 정의하는 영역별 및 구성요소별 경계, 운동 전략 및 단서 요구사항은 무엇인가?
• RQ2 RQ2: 높은 자율성 대비 참가자가 정의한 규칙이 표준화된 근접 신체 진입 시 생리적 각성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 RQ3: 이러한 자율성 구성(configurations)이 근접 신체 맥락에서의 주관적 보장감(안전성 인식, 신뢰) 및 구현감에 어떤 형태로 반영되는가?

주요 결과

• 사용자들은 신체를 민감도 영역으로 구분하고 SRL 자율성 및 운동 기대치를 그에 맞춰 조정한다.
• 민감도 높은 영역(머리/상체)은 더 엄격한 제어를 요구하는 반면, 말초 영역은 더 큰 자유를 허용한다.
• 자율성은 단일한 것이 아니며, 영역별 자율성 구배와 구성요소 수준의 운동 제약이 설계 원칙으로 나타난다.
• 참가자들은 공간 경계 및 작업 맥 context에 맞춘 적응적 단서 전략을 선호한다.
• 참가자 정의 규칙은 제어감의 강화로 안전성 인식 및 능력 중심의 신뢰를 향상시킬 수 있다.
• 영역 반응적 자율성 접근 방식은 근접 신체 SRLs의 예측성, 편안함, 주체성 인식 향상에 기여한다.