Осязание в виртуальном мире: как прикосновения меняют взаимодействие с роботами

Автор: Денис Аветисян

Новое исследование показывает, что добавление тактильной обратной связи в виртуальной реальности значительно улучшает ощущение присутствия и естественность взаимодействия человека с роботом.

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"

Наблюдения показали, что оценка присутствия робота по шкале мультимодального присутствия (среднее значение M, стандартное отклонение SD) статистически значимо различается, а субъективные оценки участников демонстрируют выраженные различия в восприятии робота (<span class="katex-eq" data-katex-display="false">p<0.05</span>, <span class="katex-eq" data-katex-display="false">p<0.01</span>, <span class="katex-eq" data-katex-display="false">p<0.001</span>), что указывает на значимость мультимодального взаимодействия для формирования убедительного опыта. — Наблюдения показали, что оценка присутствия робота по шкале мультимодального присутствия (среднее значение M, стандартное отклонение SD) статистически значимо различается, а субъективные оценки участников демонстрируют выраженные различия в восприятии робота ( $p<0.05$ , $p<0.01$ , $p<0.001$ ), что указывает на значимость мультимодального взаимодействия для формирования убедительного опыта.

В обзоре рассматривается влияние тактильных перчаток на восприятие роботов и формирование положительных эмоциональных реакций в VR-среде.

Несмотря на растущую популярность виртуальной реальности (VR) в исследованиях взаимодействия человека и робота, важный аспект реалистичности — тактильная обратная связь — часто игнорируется. В своей работе ‘Feel the Presence: The Effects of Haptic Sensation on VR-Based Human-Robot Interaction’ авторы исследовали влияние тактильных ощущений, обеспечиваемых специальными перчатками, на восприятие присутствия и оценку робота в VR-симуляции. Полученные результаты свидетельствуют о том, что добавление реалистичной тактильной обратной связи усиливает ощущение присутствия, способствует более естественному взаимодействию и формирует положительное отношение к роботу. Какие еще возможности открывает использование тактильной обратной связи для создания более убедительных и эффективных VR-систем для изучения взаимодействия человека и робота?

Иллюзия Реальности: Вызовы Моделирования Социального Взаимодействия

Исследование взаимодействия человека и робота требует создания правдоподобных сценариев, однако традиционные методы часто оказываются неспособны адекватно воспроизвести сложные социальные взаимодействия. Упрощенные лабораторные условия и предопределенные последовательности действий не позволяют полностью раскрыть весь спектр человеческих реакций и не учитывают контекстуальные факторы, влияющие на поведение. Например, тонкие невербальные сигналы, такие как мимика, жесты и интонация, играют важную роль в коммуникации, и их отсутствие в смоделированных ситуациях может существенно исказить результаты. В результате, данные, полученные в таких условиях, могут не отражать реальное поведение человека в естественной среде, что затрудняет разработку действительно эффективных и социально приемлемых робототехнических систем. Необходимость в более реалистичных и адаптивных моделях взаимодействия становится все более очевидной для достижения значимого прогресса в данной области.

Существующие методы моделирования социального взаимодействия, несмотря на свою полезность, часто оказываются недостаточно погружающими, чтобы вызвать у участников искренние эмоциональные реакции. Традиционные лабораторные эксперименты, как правило, упрощают сложные социальные ситуации, представляя их в виде дискретных сценариев или контролируемых взаимодействий. Это может приводить к тому, что испытуемые осознают искусственность происходящего и реагируют не спонтанно, а скорее в соответствии с тем, как, по их мнению, следует вести себя в лабораторных условиях. Недостаток реалистичной обстановки, невербальных сигналов и контекстуальной информации снижает эмоциональную вовлеченность, что затрудняет получение достоверных данных о том, как люди действительно воспринимают и взаимодействуют с другими агентами, включая роботов. Поэтому, для получения более точных результатов, исследователи стремятся к разработке более сложных и реалистичных сред моделирования, способных воссоздать нюансы и непредсказуемость реальных социальных взаимодействий.

Исследование восприятия человеком просьб о помощи, исходящих от роботов, имеет решающее значение для создания эффективных коллаборативных систем. Ученые выяснили, что реакция людей на такие просьбы зависит не только от содержания самой просьбы, но и от множества невербальных сигналов, таких как тон голоса робота, его мимика и даже скорость выполнения движений. Важно, что восприятие искренности и компетентности робота напрямую влияет на готовность человека оказать помощь. Например, просьбы, сформулированные с использованием вежливых оборотов и сопровождающиеся зрительным контактом (имитированным роботом), вызывают больше доверия и, следовательно, более высокую вероятность положительного ответа. Понимание этих нюансов позволяет разработчикам создавать роботов, способных эффективно взаимодействовать с людьми в различных сценариях совместной деятельности, будь то производственная среда или домашнее хозяйство, повышая продуктивность и комфорт сотрудничества.

Виртуальная Реальность как Прототипирование: Преодоление Разрыва Реалистичности

Виртуальная реальность (VR) предоставляет контролируемую среду для моделирования сложных социальных сценариев, что позволяет исследователям изолировать и манипулировать ключевыми переменными. В отличие от исследований в реальном мире, где сложно контролировать все факторы, влияющие на поведение участников, VR позволяет создавать стандартизированные ситуации и точно изменять параметры, такие как количество участников, их роли, контекст взаимодействия и даже невербальные сигналы. Это обеспечивает возможность проведения экспериментов с высокой внутренней валидностью и точным определением причинно-следственных связей между переменными, что особенно важно при изучении социальных взаимодействий и поведения человека в различных ситуациях.

Для проведения исследования была разработана иммерсивная среда “Городская Среда” с использованием шлема виртуальной реальности HTC Vive и игрового движка Unity3D. HTC Vive обеспечил визуализацию и отслеживание движений, а Unity3D — создание интерактивных объектов и сценариев, моделирующих типичные городские ситуации. Данная комбинация технологий позволила сформировать контролируемое виртуальное пространство, необходимое для проведения экспериментов и сбора данных о поведении участников в заданных условиях. Использованный подход позволил добиться высокой степени реалистичности и детализации виртуальной среды.

Традиционные методы ввода в виртуальной реальности, такие как контроллеры, часто не обеспечивают тактильную обратную связь, необходимую для полного вовлечения участников в процесс моделирования. Отсутствие ощущения прикосновения и сопротивления при взаимодействии с виртуальными объектами снижает уровень присутствия — субъективного ощущения «нахождения» в виртуальной среде. Это ограничение может негативно сказаться на реалистичности симуляции и достоверности получаемых данных, особенно в сценариях, требующих точного воспроизведения физических взаимодействий, например, при работе с инструментами или манипулировании объектами.

Усиление Эффекта Присутствия с Тактильной Обратной Связью: Новый Уровень Реализма

Для обеспечения тактильных ощущений при взаимодействии в виртуальной реальности были внедрены тактильные перчатки, использующие микрофлюидные технологии. Данные перчатки функционируют путем изменения давления в небольших камерах, заполненных жидкостью, что позволяет имитировать различные текстуры и сопротивление при касании виртуальных объектов. Микрофлюидная система обеспечивает точное и быстрое управление давлением, создавая реалистичные ощущения при взаимодействии с цифровым окружением. Использование микрофлюидных технологий позволило создать компактные и легкие перчатки, не ограничивающие движения пользователя в виртуальной среде.

Использование тактильных перчаток, обеспечивающих ощущение прикосновений, значительно повышает ощущение присутствия пользователя в виртуальной реальности. Согласно данным, полученным с использованием шкалы Multimodal Presence Scale, внедрение тактильной обратной связи привело к статистически значимому улучшению показателя самоприсутствия (p = 0.044) и социального присутствия (t = -3.601). Улучшение самоприсутствия отражает более глубокое погружение пользователя в виртуальную среду, а увеличение социального присутствия указывает на усиление ощущения взаимодействия с другими участниками или объектами в виртуальном пространстве.

Оценка восприятия робота участниками исследования с использованием шкалы Robotic Social Attributes Scale показала значительное улучшение показателей «Симпатия» (0.814, p < 0.01) и «Эмоциональное доверие» (1.011, p < 0.05) при использовании тактильной обратной связи. Эти данные указывают на то, что добавление тактильных ощущений положительно влияет на формирование более позитивного отношения к роботу и повышает уровень доверия к нему со стороны взаимодействующих пользователей.

Влияние на Будущее Сотрудничества Человека и Робота: Перспективы и Возможности

Результаты анкетирования пользователей подтвердили, что тактильная обратная связь значительно повышает уровень погружения и вовлеченности в виртуальную симуляцию. Количественная оценка, основанная на специальном опроснике, показала существенное улучшение гедонистического качества пользовательского опыта — показатель достиг значения 0.813 при уровне значимости p < 0.01. Данный результат указывает на то, что добавление тактильных ощущений не просто делает взаимодействие более реалистичным, но и способствует формированию более приятных и запоминающихся впечатлений от работы с роботами в виртуальной среде, что является ключевым фактором для успешного сотрудничества человека и машины.

Усиление ощущения присутствия и реалистичности в процессе взаимодействия человека и робота играет ключевую роль в формировании доверия и положительного восприятия. Исследования показывают, что когда робот вызывает у человека чувство «совместного присутствия», он воспринимается не просто как инструмент, а как надежный и приятный партнер. Это достигается за счет повышения степени погружения в совместную деятельность, что, в свою очередь, способствует более эффективному сотрудничеству и улучшает общие результаты. Подобный подход особенно важен в сферах, где доверие и взаимопонимание имеют первостепенное значение, таких как здравоохранение, образование и сервисная робототехника, где роботы должны не только выполнять задачи, но и эффективно взаимодействовать с людьми.

Развитие технологий, обеспечивающих более естественное и интуитивное взаимодействие, открывает широкие перспективы для применения робототехники в различных сферах. В здравоохранении, например, роботы смогут ассистировать врачам и ухаживать за пациентами с повышенной степенью эмпатии и понимания. В образовании — персонализировать процесс обучения, адаптируясь к индивидуальным потребностям каждого ученика. На производстве — оптимизировать сложные операции и повысить безопасность труда. В сфере обслуживания клиентов — предоставлять более эффективную и комфортную поддержку, создавая ощущение реального человеческого контакта. Эти улучшения позволяют рассматривать роботов не просто как инструменты, а как полноценных партнеров, способных значительно улучшить качество жизни и повысить производительность в самых разных областях.

Исследование влияния тактильной обратной связи на взаимодействие человека и робота в виртуальной реальности подчеркивает важность создания систем, способных вызывать ощущение присутствия. Это особенно актуально, учитывая, что любое взаимодействие, даже виртуальное, оставляет след во времени. Как заметил Кен Томпсон: «Все системы стареют — вопрос лишь в том, делают ли они это достойно». Именно поэтому, при разработке систем взаимодействия, необходимо учитывать не только текущие потребности, но и то, как они будут восприниматься и функционировать в долгосрочной перспективе. Создание реалистичной тактильной обратной связи, как показано в исследовании, является шагом к созданию более устойчивых и приятных систем взаимодействия, способных выдержать испытание временем и эволюционировать вместе с потребностями пользователей.

Что дальше?

Представленное исследование, демонстрирующее усиление эффекта присутствия посредством тактильной обратной связи, лишь слегка приоткрывает завесу над сложностью взаимодействия человека и робота в виртуальной среде. Усиление сенсорного восприятия — не панацея, а скорее, отсрочка неизбежной деградации системы. Подобно эрозии, технический долг в области создания реалистичных интерфейсов накапливается, требуя постоянных усилий по поддержанию иллюзии. Эффект присутствия — это не состояние, а редкая фаза гармонии во времени, которую необходимо постоянно возобновлять.

Очевидным направлением дальнейших исследований представляется изучение долгосрочных эффектов тактильной стимуляции. Возможно ли, что постоянное усиление сенсорного восприятия приведет к адаптации и снижению чувствительности? Не менее важным представляется вопрос о масштабируемости. Успешная реализация тактильной обратной связи в лабораторных условиях — это лишь первый шаг. Создание доступных и надежных систем, способных функционировать в реальном времени и в условиях динамичной среды, остается сложной задачей.

В конечном итоге, стремление к созданию «идеального» робота — это, вероятно, иллюзия. Системы стареют, и их функциональность неизбежно снижается. Вопрос не в том, чтобы избежать этого процесса, а в том, чтобы сделать его достойным — чтобы создать системы, которые будут функционировать максимально эффективно и адаптироваться к изменяющимся условиям, даже когда их первоначальные параметры уже не соответствуют действительности.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2601.04596.pdf

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

Смотрите также:

2026-01-09 09:30