Погружение в общение: Десять лет взаимодействия человека и робота в виртуальной реальности

Автор: Денис Аветисян

Систематический обзор литературы показывает, как технологии расширенной реальности меняют исследования в области социальной робототехники и взаимодействия человека 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"

Анализ за последнее десятилетие выявил проблемы с экологической валидностью, разнообразием и стандартизацией отчётности в исследованиях с использованием расширенной реальности.

Несмотря на растущий интерес к изучению взаимодействия человека и робота, возможности иммерсивных технологий в этой области остаются недостаточно раскрытыми. Данный обзор, озаглавленный ‘A Decade of Human-Robot Interaction through Immersive Lenses: A Literature Review on Extended Reality as a Research Instrument in Social Robotics’, систематизирует исследования за последнее десятилетие, выявляя, что применение расширенной реальности (XR) в социальных исследованиях HRI часто страдает от недостаточной экологической валидности, ограниченного разнообразия выборки и отсутствия стандартизированной отчетности. Анализ $\mathcal{N}=33$ эмпирических работ показал, что XR-HRI исследования преимущественно проводятся в лабораторных условиях с использованием пассивных роботов, а потенциал современных устройств для отслеживания биосигналов остается нереализованным. Как обеспечить более надежную и репрезентативную методологическую базу для развития социальных исследований взаимодействия человека и робота с использованием иммерсивных технологий?

Обещания и Риски Иммерсивного Взаимодействия Человека и Робота

Расширенная реальность (XR) предоставляет исследователям беспрецедентные возможности для контроля над параметрами взаимодействия человека и робота (HRI), открывая путь к проведению высокоточных экспериментов. В отличие от исследований в реальном мире, где сложно изолировать отдельные факторы, XR позволяет создавать строго контролируемые виртуальные среды. Это дает возможность манипулировать различными аспектами взаимодействия, такими как визуальное представление робота, его поведение, а также контекст окружающей среды, и наблюдать за реакцией участников в стандартизированных условиях. Такой подход значительно повышает надежность и воспроизводимость результатов, способствуя более глубокому пониманию механизмов социального взаимодействия между людьми и роботами и позволяя проводить исследования, которые были бы практически невозможны в реальном мире.

Систематический анализ 33 исследований, посвященных взаимодействию человека и робота в расширенной реальности (XR), выявил существенные недостатки в методологической строгости и стандартах отчетности. Несмотря на огромный потенциал XR для проведения контролируемых экспериментов в области социальной робототехники, многие работы страдают от неполного описания процедур, недостаточной детализации используемого оборудования и программного обеспечения, а также отсутствия четких метрик для оценки результатов. Такая неполнота затрудняет воспроизведение исследований и критическую оценку полученных данных, что снижает надежность и ценность полученных результатов для научного сообщества и практического применения.

Анализ 33 исследований, посвященных взаимодействию человека и робота в условиях расширенной реальности, выявил существенную проблему с репрезентативностью выборки участников. Преобладающее большинство испытуемых — студенты университетов — ограничивает возможность обобщения полученных результатов на более широкую аудиторию. Отсутствие разнообразия в демографических характеристиках, таких как возраст, пол, культурная принадлежность и профессиональная деятельность, ставит под сомнение применимость выводов к реальным сценариям взаимодействия с роботами, где пользователи могут значительно отличаться от типичного студента. Эта тенденция подчеркивает необходимость более тщательного подхода к набору участников в будущих исследованиях, чтобы обеспечить достоверность и практическую значимость полученных данных.

Для полноценного раскрытия потенциала расширенной реальности (XR) как инструмента развития социальной робототехники необходимо преодолеть существующие ограничения. Несмотря на впечатляющие возможности XR для контроля и проведения исследований в области взаимодействия человека и робота, недостаточная строгость методологий и стандартов отчётности сдерживает прогресс. Особое внимание следует уделить обеспечению разнообразия в выборках участников, поскольку преобладание студентов в текущих исследованиях ограничивает возможность обобщения полученных результатов на более широкую аудиторию. Решение этих проблем позволит XR стать надежным и эффективным инструментом для создания социальных роботов, способных взаимодействовать с людьми в различных контекстах и эффективно адаптироваться к потребностям различных групп пользователей.

Текущие Практики Методологии XR-HRI

Виртуальная реальность (VR) в настоящее время является преобладающей технологией в рамках расширенной реальности (XR), используемой для создания контролируемых лабораторных сред в исследованиях взаимодействия человека и робота (HRI). Это обусловлено возможностью точного контроля над визуальными и звуковыми стимулами, а также пространственным окружением, что позволяет исследователям изолировать и изучать конкретные аспекты взаимодействия. В VR-средах можно моделировать различные сценарии и условия, недоступные или сложные для реализации в реальном мире, обеспечивая высокую степень валидности и воспроизводимости экспериментов. Хотя другие технологии XR, такие как дополненная реальность (AR), также применяются, VR остается наиболее распространенным инструментом для проведения контролируемых HRI-исследований благодаря своей зрелости и гибкости.

В текущих исследованиях взаимодействия человека и робота (HRI) сбор данных часто осуществляется посредством анкетирования и методов наблюдения, предоставляющих богатый качественный материал. Анкеты позволяют получить субъективные оценки и мнения участников, в то время как наблюдение фиксирует поведенческие реакции и взаимодействие с роботом в реальном времени. Комбинация этих методов позволяет исследователям получить всестороннее понимание опыта пользователей, включая их восприятие, чувства и намерения. Однако, следует отметить, что субъективность самоотчетов требует осторожной интерпретации, а наблюдения могут быть подвержены влиянию наблюдателя и контекста.

В текущих исследованиях взаимодействия человека и робота (HRI) широко используются описательная и аналитическая статистика для обработки данных, однако глубина анализа часто ограничена из-за преобладания субъективных оценок и недостатка объективных измерений. Большинство исследований полагаются на самоотчеты участников и наблюдательные методы, что снижает возможность получения количественно подтвержденных результатов. Применение стандартизированных психологических тестов, позволяющих получить более объективные и сопоставимые данные, встречается лишь в единичных случаях, что затрудняет обобщение результатов и проведение мета-анализа по различным исследованиям в области HRI.

В исследованиях взаимодействия человека и робота (HRI) широко используются платформы, такие как Pepper и NAO. Управление этими роботами часто осуществляется посредством скриптинга или техники «Волшебник за занавесом» (Wizard of Oz), что позволяет исследователям контролировать поведение робота в реальном времени. Однако, применение этих методов неизбежно ограничивает степень автономности робота, поскольку все действия и реакции заранее запрограммированы или управляются оператором, что может искажать естественность взаимодействия и ограничивать возможности для изучения спонтанного поведения робота в реальных условиях.

Повышение Экологической Валидности и Научной Строгости

Ощущение присутствия (presence) в виртуальной или дополненной реальности, тесно связанное с уровнем погружения (immersion), является критически важным фактором для обеспечения экологической валидности исследований. Экологическая валидность подразумевает, насколько результаты, полученные в контролируемой среде XR, применимы к реальным жизненным ситуациям. Высокий уровень присутствия способствует тому, что участники исследования воспринимают виртуальную среду как реальную, что, в свою очередь, влияет на их поведение и реакции аналогичным образом, как если бы они находились в реальном окружении. Поэтому, оценка и максимизация ощущения присутствия является необходимым условием для получения достоверных и обобщаемых результатов в исследованиях, использующих технологии XR.

В настоящее время при проведении исследований с использованием XR-технологий часто упускается из виду интеграция объективных измерений, таких как биосигналы (например, электроэнцефалограмма, кожно-гальваническая реакция, частота сердечных сокращений), для дополнения субъективных данных, получаемых посредством опросов или самоотчетов. Отсутствие объективной верификации субъективных переживаний снижает надежность результатов и затрудняет интерпретацию полученных данных. Комбинация субъективных и объективных показателей позволяет получить более полное и достоверное представление о реакции испытуемого на виртуальную или дополненную реальность, повышая, таким образом, валидность и надежность исследования.

Для повышения воспроизводимости и сопоставимости исследований в области расширенной и виртуальной реальности критически важно внедрение стандартизированных практик отчетности. Это включает в себя детальное описание аппаратного и программного обеспечения, используемого в эксперименте, а также точную спецификацию параметров стимуляции и процедур сбора данных. Необходимо четко документировать протоколы обработки данных, включая любые примененные фильтры или алгоритмы, а также методы статистического анализа. Полная прозрачность в отношении этих аспектов позволит другим исследователям повторить эксперимент и проверить полученные результаты, что значительно повысит надежность и ценность научных исследований в данной области. Важно также указывать версии используемого программного обеспечения и библиотек для обеспечения возможности точной репликации.

Технологии дополненной (AR) и смешанной (MR) реальности представляют собой перспективное направление для будущих исследований, поскольку позволяют преодолеть разрыв между строго контролируемыми лабораторными условиями и взаимодействиями в реальном мире. В отличие от полностью иммерсивной виртуальной реальности, AR и MR позволяют интегрировать цифровые элементы на реальное пространство, создавая более естественную и экологически валидную среду для изучения когнитивных и поведенческих процессов. Хотя на данный момент эти технологии используются в исследованиях реже, чем VR, их потенциал для создания более реалистичных и релевантных сценариев, приближенных к повседневной жизни, значителен. Это особенно важно для исследований, требующих сохранения контекста реального мира и оценки поведения в условиях, максимально приближенных к естественным.

Будущие Направления и Широкие Последствия

Необходимость интеграции объективных измерений и стандартизации отчётности в исследованиях взаимодействия человека и робота в виртуальной реальности (XR-HRI) представляется критически важной для повышения их экологической валидности и воспроизводимости. В настоящее время, значительная часть исследований опирается на субъективные оценки, что затрудняет сопоставление результатов и выявление закономерностей. Внедрение унифицированных метрик, таких как физиологические показатели, поведенческие данные и нейрофизиологические корреляты, позволит получить более надёжные и объективные результаты. Стандартизация протоколов отчётности, включающая детальное описание используемого оборудования, программного обеспечения и процедур, обеспечит прозрачность и облегчит репликацию исследований другими учёными. Подобный подход не только укрепит научную базу XR-HRI, но и ускорит разработку более эффективных и полезных социальных роботов.

Исследования взаимодействия человека и робота (HRI), проанализированные в данной работе, демонстрируют явный перекос в представленности участников: основная масса испытуемых — студенты университетов, в числе которых преобладают мужчины (490 против 335 женщин). Это обстоятельство существенно ограничивает возможность обобщения полученных результатов на более широкие группы населения. Недостаточное разнообразие участников по возрасту, социально-экономическому статусу, культурной принадлежности и другим важным параметрам ставит под вопрос универсальность выявленных закономерностей взаимодействия с социальными роботами. Для повышения достоверности и практической значимости исследований HRI необходим осознанный подход к формированию выборки, включающей представителей различных демографических групп, что позволит создать роботов, эффективно взаимодействующих с максимально широким кругом пользователей.

Исследование взаимодействия человека и робота (HRI) может значительно обогатиться за счет использования технологий дополненной (AR) и смешанной (MR) реальности. В отличие от полностью иммерсивной виртуальной реальности, AR и MR позволяют интегрировать цифровые объекты и роботов в реальное окружение пользователя, создавая более естественные и правдоподобные сценарии взаимодействия. Это открывает возможности для проведения исследований в контексте, приближенном к повседневной жизни, что повышает экологическую валидность результатов. Например, можно изучать, как люди взаимодействуют с роботом-помощником, выполняющим задачи в реальной домашней обстановке, или как социальный робот влияет на поведение человека в общественном пространстве, не прибегая к искусственно созданным условиям. Такой подход позволяет получить более достоверные данные о реальном поведении людей и разработать роботов, которые лучше адаптируются к потребностям пользователей в реальном мире.

Развитие исследований взаимодействия человека и робота, в особенности совершенствование методологии и расширение спектра участников, создает предпосылки для разработки социальных роботов нового поколения. Эти устройства смогут не только эффективно взаимодействовать с людьми, но и адаптироваться к различным потребностям и особенностям пользователей, значительно расширяя круг лиц, которым они могут принести пользу. Благодаря более глубокому пониманию факторов, влияющих на восприятие и доверие к роботам, станет возможным создание устройств, способных оказывать поддержку в различных сферах жизни — от образования и здравоохранения до повседневной рутины и социальной адаптации, делая взаимодействие с ними более естественным и продуктивным для широкого круга пользователей.

«`html

Исследование показывает, что, несмотря на растущий интерес к использованию расширенной реальности (XR) в исследованиях взаимодействия человека и робота, часто отсутствует достаточный уровень экологической валидности и стандартизации отчётности. Это приводит к тому, что потенциал технологии не реализуется в полной мере. Как однажды заметил Эдсгер Дейкстра: «Простота — это высшая степень утонченности». В контексте данной работы это означает, что элегантные и эффективные системы HRI должны строиться на четких принципах и понятной структуре, а не на чрезмерной сложности, что позволяет добиться максимальной экологической валидности и надежности взаимодействия.

Куда двигаться дальше?

Представленный анализ показывает, что увлечение расширенной реальностью в исследованиях взаимодействия человека и робота часто напоминает возведение карточного замка. Каждый новый уровень погружения добавляет зрелищности, но не обязательно прочности. Если система держится на костылях из тщательно выстроенных сценариев, значит, мы переусложнили её, пытаясь искусственно создать контекст. Очевидно, что акцент должен сместиться с простого добавления погружения к фундаментальному пониманию того, как оно влияет на истинное социальное взаимодействие.

Модульность в дизайне экспериментов — полезный инструмент, но без ясного понимания контекста, это иллюзия контроля. Разнообразие сценариев, культурные нюансы и учет индивидуальных различий участников остаются недооцененными. Необходимо критически оценить, действительно ли XR помогает приблизиться к экологической валидности, или же создает ещё один слой искусственности, скрывающий истинные закономерности.

Будущее исследований, вероятно, лежит в интеграции подходов. Необходима систематизация протоколов, стандартизация отчётности и междисциплинарное сотрудничество. Иначе, рискуем создать красивую, но хрупкую конструкцию, которая рухнет при первом же столкновении с реальностью.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2602.15840.pdf

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

Смотрите также:

2026-02-19 07:00