[논문 리뷰] The Effect of Robot Posture and Idle Motion on Spontaneous Emotional Contagion during Robot-Human Interactions

Isabel Casso, Bing Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 09. 02.

Social Robot Interaction and HRI인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 로봇의 유휴 운동 주파수가 인간-로봇 상호작용에서의 자발적 정서 공감에 미치는 영향을 조사한다. 감정적인 이야기를 들려줄 때 머리 운동 주파수를 낮음, 중간, 높음으로 제어한 사회적 로봇(Buddy)을 사용하여, 연구자들은 저주파수 운동이 인간 참가자의 자발적 자세 진동과 몸통 기울임을 증가시켜 정서 공감을 강화함을 발견했다. 참가자들은 로봇이 천천히 움직일수록 더 인간다운 존재이자 지능적인 존재로 인식했으며, 이는 저주파수 유휴 운동이 더욱 자연스럽고 정서적으로 일치하는 상호작용을 촉진함을 시사한다.

ABSTRACT

In the next decade, social robots will be implemented in many public spaces to provide services to humans. We question the properties of these social robots to afford acceptance and spontaneous emotional interactions. More specifically, in the present study, we report the effects of idle motion frequency in a robot on emotional contagion in a face-to-face interactive task with a human participant. The robotic system Buddy was programmed to adopt a sad posture and facial expression while telling three sad stories and moving its head up/down at low, medium, and high frequency. Each participant (N=15 total) was invited to sit in front of Buddy and listen to the stories. Unconscious changes in posture in the human participant were recorded using a 3D motion capture system (Qualysis). Results show greater inclinations of the shoulder/torso towards the ground in low-frequency trials and more rigid postures in high-frequency trials. The quantity of spontaneous movement was also greater when Buddy moved at slow frequencies. These findings echo results reported in experimental psychology when two individuals are engaged in social interactions. The scores obtained in the Godspeed questionnaire further suggest that emotional contagion may occur when Buddy moves slowly because the robotic system is perceived as more natural and knowledgeable, e.g., at speed coherent with the expressed emotion. Our work explores the importance of body posture and frequency of idle motion in the conception of robotic systems. Such additions could provide social robots that afford emotional contagion in effortless robot-human collaborative tasks.

연구 동기 및 목표

• 로봇의 유휴 운동 주파수가 인간-로봇 상호작용에서 자발적 정서 공감에 미치는 영향을 조사하기.
• 머리 운동 주파수의 변화가 정서적 이야기 전달 중 참가자의 자세 반응에 영향을 미치는지 평가하기.
• 유휴 운동 주파수에 따라 사회적 로봇에 대한 인식적 인식(인간다운 정도, 지능, 정서적 일치)을 평가하기.
• 신체 자세와 운동 주파수가 인간과 로봇 간의 자연스럽고 부담 없는 협업을 촉진하는 데 어떻게 기여하는지 탐색하기.

제안 방법

• 사회적 로봇(Buddy)은 낮은(16초 주기), 중간(12초 주기), 높은(4초 주기) 주파수로 머리 운동을 하며 슬픈 표정과 자세를 취하면서 세 편의 슬픈 이야기를 서술하도록 프로그래밍되었다.
• 참가자(N=15)는 200 Hz로 동작 캡처된 전신 3D 운동 데이터를 확보하기 위해 Qualisys 운동 캡처 시스템을 사용하여 이야기를 청취했다.
• 어깨 및 가슴 마커 데이터에서 3D 가속도와 몸통 기울임을 계산하여 자발적 자세 이동을 정량화했다.
• 웨이블릿 변환 기반 스펙트럼 분석을 통해 시간과 주파수 대역에 걸쳐 신체 운동의 파wer 스펙트럼 밀도(PSD)를 추출했다.
• 각 시험 전후로 참가자들이 Godspeed 설문지를 작성하여 인지된 인간다움, 지능, 호감도, 생명감, 안전성 등을 평가했다.
• 정서 상태는 정서의 원형 모델(정서의 평형도 및 각성도)을 사용하여 측정하였으며, 각 이야기 후 슬픔 수준은 0–5 척도로 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사회적 로봇의 유휴 운동 주파수가 인간 참가자의 자발적 정서 공감에 영향을 미치는가?
• RQ2 로봇의 유휴 운동 주파수가 정서적 이야기 전달 중 인간의 자세 역학에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 로봇의 유휴 운동 주파수에 따라 인간다움과 지능에 대한 인식에 차이가 있는가?
• RQ4 저주파수 유휴 운동이 인간-로봇 상호작용에서 정서적 일치도와 인지된 자연스러움을 어느 정도 향상시키는가?

주요 결과

• 참가자들은 저주파수 유휴 운동 조건에서 지면 쪽으로 더 큰 몸통 기울임을 보였으며, 이는 정서 공감 증가를 시사한다.
• 스펙트럼 분석 결과, 저주파수 조건에서 더 높은 파워 스펙트럼 밀도가 나타나 참가자의 자발적 자세 진동이 더 높음을 나타낸다.
• 고주파수 유휴 운동 조건에서는 참가자들의 운동이 감소하고 자세가 경직되어 자발적 운동 억제를 시사한다.
• Godspeed 설문지 결과, 유휴 운동 주파수가 인지된 인간다움(p < 0.001)과 지능(p < 0.001)에 유의미한 주 효과를 보였으며, 느린 운동에서 더 높은 점수를 기록했다.
• 로봇의 유휴 운동 주파수가 이야기의 정서적 톤(슬픔)과 일치할 경우, 참가자들은 로봇을 더 자연스럽고 지식이 풍부한 존재로 인식했다.
• 유휴 운동 주파수 간에 인지된 호감도나 생명감에 유의미한 차이는 발견되지 않았다.