Роботы, которые слышны: звук как ключ к комфортному взаимодействию

Автор: Денис Аветисян

Новое исследование показывает, как правильно подобранные звуковые сигналы помогают людям лучше понимать и комфортнее взаимодействовать с роботами.

Пока крипто-инвесторы ловят иксы и ликвидации, мы тут скучно изучаем отчетность и ждем дивиденды. Если тебе близка эта скука, добро пожаловать.

Купить акции "голубых фишек"

Оценка важности передачи информации посредством звуковых сигналов выявила различия в восприятии между участниками с разным опытом взаимодействия с роботами: общая оценка значимости категорий информации отличается у тех, кто имеет небольшой опыт, и у тех, кто сталкивался с роботами чаще, что подтверждается данными, полученными от 41 испытуемого.

В статье рассматривается влияние пространственного звука, функциональных и консеквентивных звуковых сигналов на восприятие и эффективность взаимодействия человека и робота.

По мере интеграции роботов в повседневную жизнь возникает потребность в эффективных и интуитивно понятных методах взаимодействия. В работе, посвященной роли звука в человеко-роботном взаимодействии — ‘The Role of Consequential and Functional Sound in Human-Robot Interaction: Toward Audio Augmented Reality Interfaces’ — исследуется влияние различных звуковых сигналов на восприятие и поведение человека. Полученные результаты демонстрируют, что пространственное звучание не только повышает точность локализации робота, но и способствует формированию позитивного отношения и снижению дискомфорта при совместной работе. Какие новые перспективы открываются для разработки звуковых интерфейсов, способствующих более гармоничному и продуктивному сотрудничеству человека и робота?

За гранью визуального: Расширяя возможности слухового взаимодействия

Традиционно взаимодействие человека и робота (HRI) в значительной степени опирается на визуальные сигналы, что зачастую приводит к недооценке потенциала слухового общения. В то время как зрение предоставляет информацию о внешнем виде и движениях робота, слух может передавать важные данные о его намерениях, состоянии и действиях, особенно в ситуациях, когда визуальный контакт затруднен или невозможен. Преобладание визуальной составляющей ограничивает возможности создания по-настоящему естественного и интуитивно понятного взаимодействия, поскольку человек воспринимает окружающий мир, используя все органы чувств. Недооценка слухового канала в HRI приводит к тому, что роботы часто лишены способности эффективно доносить информацию, например, о процессе выполнения задачи, уровне заряда батареи или обнаружении препятствий, что снижает общую эффективность и удобство взаимодействия.

Преобладание визуальных сигналов в процессе взаимодействия человека и робота зачастую создает существенные ограничения в сложных или плохо просматриваемых условиях. Исследования показывают, что при затрудненной видимости, например, в условиях плохой освещенности, загроможденного пространства или при выполнении задач, требующих от робота перемещения за пределами прямой видимости, эффективность и естественность взаимодействия резко снижаются. Это происходит из-за того, что человек лишается важной информации о намерениях и текущем состоянии робота, что затрудняет прогнозирование его действий и адаптацию к ним. В результате, взаимодействие становится менее интуитивным, требуя от пользователя повышенного внимания и усилий для интерпретации происходящего, что может приводить к ошибкам и снижению общей производительности.

Аудио-дополненная реальность представляет собой перспективный подход к обогащению взаимодействия человека и робота, выходящий за рамки традиционной визуальной доминации. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на зрительные сигналы, эта технология накладывает релевантную звуковую информацию на восприятие действий и состояния робота пользователем. Например, изменение тональности звука может сигнализировать об уровне заряда батареи, а пространственное звучание — о направлении движения или намерениях робота. Такой подход особенно ценен в сложных или визуально ограниченных условиях, где зрение может быть затруднено, обеспечивая более интуитивное и естественное взаимодействие, а также повышая осведомленность пользователя о происходящем вокруг робота.

Звуковой дизайн для понимания: Типы робототехнических звуков

Функциональные звуковые сигналы обеспечивают критически важную информацию о состоянии робота и его действиях. Например, подтверждение успешного захвата объекта может быть представлено коротким звуковым сигналом, а предупреждение о предстоящем движении — более продолжительным или изменяющимся по тону. Эти звуки не предназначены для передачи эмоций или формирования «личности» робота, а исключительно для информирования пользователя о текущих операциях и предотвращения возможных недоразумений или опасных ситуаций. Четкость и однозначность этих сигналов напрямую влияют на безопасность и эффективность взаимодействия человека с роботом, особенно в ситуациях, требующих оперативной реакции или координации действий.

Трансформативные звуки в робототехнике выходят за рамки простой индикации функционального состояния, оказывая влияние на восприятие пользователя и формируя представление о “личности” или эмоциональном состоянии робота. В отличие от сигналов, напрямую связанных с выполнением задачи, эти звуки предназначены для создания определенной атмосферы или передачи неявных сообщений. Например, изменение тональности или тембра звука может сигнализировать о степени “уверенности” робота в выполняемом действии или его “готовности” к взаимодействию. Использование трансформативных звуков позволяет проектировщикам создавать более интуитивно понятные и привлекательные интерфейсы взаимодействия, усиливая эмоциональную связь между пользователем и роботом.

Шумы, возникающие в процессе работы механизмов робота — так называемые консеквенциальные звуки — могут быть использованы для повышения прозрачности его действий и укрепления доверия со стороны пользователя. Предсказуемая звуковая обратная связь, отражающая внутренние процессы, такие как работа моторов, сервоприводов или манипуляторов, позволяет пользователю лучше понимать текущее состояние и намерения робота. Вместо того, чтобы маскировать или подавлять эти шумы, их можно модулировать или усиливать, создавая четкую связь между физическими действиями робота и воспринимаемым звуковым сигналом. Это особенно важно в ситуациях, когда необходимо обеспечить безопасность взаимодействия или продемонстрировать надежность системы.

Пространственный звук и восприятие человеком

Пространственный звук, воспроизводящий локализацию звуковых сигналов в трёхмерном пространстве, имитирует естественные механизмы восприятия окружающей среды человеком и определения источников звука. Этот подход использует бинауральные подсказки, такие как разница во времени прибытия звука к обоим ушам (ITD) и разница в интенсивности (ILD), а также изменения в спектре звука, вызванные формой головы и ушными раковинами. В результате мозг способен определить направление и расстояние до источника звука, что является ключевым компонентом для ориентации в пространстве и взаимодействия с ним. Эффективное использование пространственного звука позволяет создавать более реалистичные и интуитивно понятные пользовательские интерфейсы, особенно в приложениях виртуальной и дополненной реальности.

Вдохновленные системами предупреждения транспортных средств звуковыми сигналами (Acoustic Vehicle Alerting Systems), было проведено исследование точности локализации звука, испускаемого роботизированной рукой в среде дополненной реальности с использованием HoloLens 2. Целью исследования являлось определение способности пользователей к интуитивному определению местоположения источника звука в дополненной реальности, что важно для взаимодействия человек-робот. В ходе эксперимента оценивалась способность пользователей точно определять пространственное положение роботизированной руки исключительно по звуковому сигналу, генерируемому системой, в различных сценариях и условиях.

Эксперимент по локализации пространственного аудио в дополненной реальности подтвердил важность точной аудиальной локализации для интуитивного взаимодействия. Результаты показали высокую точность определения источника звука в различных сценах: в первой сцене — 95% и 93%, во второй — 84% и 86%, в третьей — 74% и 78% в двух сериях испытаний. Данные свидетельствуют о том, что пользователи последовательно и точно определяли местоположение источника звука, имитирующего роботизированную руку, в виртуальном окружении, что указывает на эффективность использования пространственного аудио для улучшения взаимодействия человека с машиной.

Оценка влияния: Социальные атрибуты и доверие

Для оценки влияния различных типов пространственного звука на восприятие робота, исследователи использовали шкалу оценки социальных атрибутов робота. Эта методика позволила количественно измерить, как звуковые сигналы формируют представления о теплоте, компетентности и потенциальном дискомфорте, вызываемом взаимодействием с роботом. Шкала учитывала широкий спектр характеристик, позволяя выявить, какие звуковые особенности способствуют более позитивному и доверительному отношению к роботу, а какие, напротив, могут вызвать негативные эмоции или опасения. Полученные данные позволили установить взаимосвязь между характеристиками звука и субъективным восприятием робота, что имеет важное значение для разработки более эффективных и приятных в использовании робототехнических систем.

Для обеспечения реалистичной оценки влияния звуковых сигналов на восприятие робота, в исследовании использовался манипулятор Kinova Gen3, выполняющий задачу по перемещению и размещению объектов. Этот сценарий, имитирующий выполнение роботом полезной работы, позволил создать контекст, близкий к реальным взаимодействиям человека и робота. Выполнение задачи «поднять и перенести» позволило оценить, как пространственные звуковые сигналы, сопровождающие движения манипулятора, влияют на формирование у человека впечатления о «тепле», компетентности и комфорте взаимодействия с роботом. Такой подход позволил получить данные, более точно отражающие восприятие робота в повседневных ситуациях, чем использование абстрактных звуковых стимулов.

Исследование выявило, что продуманное использование пространственного звука оказывает значительное влияние на восприятие роботов людьми. Более половины участников эксперимента — 56,1% — предпочли взаимодействие с роботом, сопровождаемое пространственным звуком, по сравнению с условиями, где использовались соответственно 12,2% и 31,7% участников, выбравших “значимый” и “функциональный” звуки. Эти данные свидетельствуют о том, что правильно подобранные звуковые сигналы не только повышают ощущение “теплоты” робота, но и существенно снижают дискомфорт при взаимодействии, что является важным фактором для успешной интеграции роботов в повседневную жизнь и совместной работы с людьми.

В эксперименте А использовался манипулятор Kinova Gen3, подходящий для совместной работы и бытовых задач, а участники были распределены по группам случайным образом для обеспечения равного размера каждой группы.

Перспективы развития: Персонализированные и адаптивные звуковые ландшафты

Будущие исследования должны быть сосредоточены на разработке адаптивных звуковых интерфейсов, способных подстраивать звуковые сигналы под индивидуальные предпочтения и когнитивные состояния пользователя. Такой подход предполагает создание систем, которые не просто транслируют информацию, но и учитывают текущее эмоциональное состояние, уровень внимания и личные настройки воспринимающего. Например, в ситуациях, требующих высокой концентрации, интерфейс может использовать более минималистичные и ненавязчивые звуки, в то время как в ситуациях, требующих повышения бдительности, — более выразительные и информативные. Использование алгоритмов машинного обучения позволит системе самообучаться и оптимизировать звуковые сигналы, обеспечивая максимально комфортное и эффективное взаимодействие, а также значительно повышая степень персонализации опыта взаимодействия с технологиями.

Разработка интеллектуальных систем, способных динамически изменять звуковые характеристики — громкость, высоту тона и тембр — становится возможной благодаря использованию платформы ROS#. Этот фреймворк позволяет создавать алгоритмы, которые анализируют контекстную информацию — например, текущие действия робота, окружающую обстановку и даже эмоциональное состояние пользователя — и на её основе адаптируют звуковое сопровождение. Такой подход обеспечивает не просто передачу информации, но и формирование более естественного и интуитивно понятного взаимодействия между человеком и роботом, позволяя звуковым сигналам реагировать на изменения в окружающей среде и предпочтения пользователя, что значительно улучшает общее впечатление от взаимодействия.

В перспективе, разработка адаптивных звуковых ландшафтов способна кардинально изменить взаимодействие человека и робота. Речь идет не просто о передаче информации о текущих действиях робота, но и о создании ощущения эмоционального состояния машины. Используя тонкие нюансы звука — изменение тембра, высоты тона, громкости — робот сможет выражать не только что он делает, но и как он это ощущает, создавая иллюзию эмпатии и более глубокой связи. Такой подход позволит сделать взаимодействие с роботами интуитивно понятным и естественным, стирая грань между машиной и партнером по взаимодействию, и открывая новые возможности для совместной работы и взаимопонимания.

Исследование роли звуковых сигналов в взаимодействии человека и робота подчеркивает важность целостного подхода к проектированию систем. Как отмечал Анри Пуанкаре: «Наука не состоит из набора фактов, а из методов». Данная работа демонстрирует, что пространственное аудио, наряду с функциональными и консеквенциальными звуками, существенно влияет на восприятие и комфорт при совместной работе с роботами. Очевидно, что оптимизация взаимодействия требует понимания не только отдельных элементов, но и их взаимосвязи, подобно тому, как в живом организме нельзя изолированно рассматривать отдельные части. Продуманная звуковая среда, таким образом, формирует поведение и способствует более естественному и продуктивному взаимодействию.

Куда Далее?

Исследование роли звуковых сигналов во взаимодействии человека и робота неизбежно наталкивается на сложность самой человеческой перцепции. Подобно тому, как каждый новый уровень автоматизации требует пересмотра границ ответственности, так и обогащение звуковой среды взаимодействия требует осмысления её истинной стоимости. Каждое добавление «полезного» звука — это потенциальная скрытая цена свободы от информационного шума. Попытки создать «интуитивно понятные» звуковые интерфейсы часто приводят к перегрузке когнитивных ресурсов, что парадоксально снижает эффективность взаимодействия.

Дальнейшие исследования должны быть сосредоточены не только на оптимизации самих звуковых сигналов, но и на понимании того, как они встраиваются в общую систему восприятия. Необходимо учитывать индивидуальные различия в слуховом восприятии, контекст взаимодействия и влияние звука на эмоциональное состояние человека. Игнорирование этих факторов обрекает нас на создание систем, которые кажутся элегантными на поверхности, но оказываются хрупкими и неэффективными в долгосрочной перспективе.

Будущие работы, вероятно, будут связаны с разработкой адаптивных звуковых интерфейсов, способных динамически изменяться в зависимости от потребностей пользователя и окружающей среды. Но истинный прогресс потребует не просто технического совершенства, а философского осмысления роли звука в формировании нашего опыта взаимодействия с машинами. В конечном счете, задача заключается не в создании «умных» роботов, а в создании гармоничной системы взаимодействия, которая уважает сложность и многогранность человеческого восприятия.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.15956.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-11-21 14:25