[论文解读] 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 0

一句话总结

本研究提出两种软体实现——一个软性角色与一个软性花朵——可动态响应脑信号（EEG 的α波）以通过艺术场景中的软体机器人来表达情感。它将实时 EEG α 活动映射到艺术装置中的驱动与显示行为。

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.

研究动机与目标

• 促成人类情感、软体机器人与艺术的整合，以实现沉浸式、非语言的情感表达。
• 演示基于 EEG 的情感反馈控制两种软体实现作为艺术展示。
• 展示 α 波段脑信号如何映射到软体机器人中的动态运动与气动驱动。
• 为画廊环境中的脑介导软体机器人艺术提出概念与实验框架。

提出的方法

• 使用 Unicorn Hybrid Black 设备以单通道 Oz 测量 8–13 Hz 的情感通过 EEG α 波，采样频率 250 Hz。
• 以 1–40 Hz 带通滤波和基于 FFT 的 PSD，在 500 点滚动窗口、重叠 50% 的条件下处理 EEG 数据。
• 将 Alpha PSD（A_PSD）归一化为 0–100，并传输到微控制器以驱动执行器。
• 利用 A_PSD 将 PWM 占空比映射到软体角色 via L298N 驱动，实现与 α 活动成比例的运动。
• 利用 A_PSD 将 soft flower 的压力设定点和时序映射（充气/放气的 PID 闭环控制），压力、充气/放气时间与 A_PSD 绑定。
• 使用 Ecoflex-0050 制作软花，具有中空气室，由真空泵和电磁阀驱动，并进行压力感测反馈。
• 解释两种实现：一个在 α 活动较高时会更多跳舞的软性角色，另一个在 α 活动较高时充放气更快的软花朵。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将脑信号，尤其是 EEG α 波，映射到艺术中的动态软体机器人运动？
• RQ2 软体化身艺术展示（角色与花朵）是否能够通过实时脑活动可靠地反映用户情感状态？
• RQ3 使用基于 EEG 的情感反馈用于互动艺术装置的实际考量与局限性有哪些？

主要发现

• 实时的 α 波功率增加与软体实现的更快/不同的运动或充气模式相关。
• 当 α 活动较高时，软性角色的运动速度与振幅提升，较低活动时则为更平静、较慢的运动。
• 软花的充气压力与循环时长随 α 活动增高而增大，产生更快速的充气/放气序列。
• 单通道 EEG 设置通过固定的处理与映射流程即可驱动软体机器人艺术中的可感知情感表达。
• 实验通过两个软体实现验证了在艺术情境中情感介导的动态行为概念。