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前言

拥抱是一种复杂的互动，通常包含挤压等动作。研究提出了六项设计交互式拥抱机器人的新指南，并通过两项研究进行验证。为了实现自主，研究了机器人对四种人类拥抱手势的反应：握住、揉搓、拍打和挤压。

机器人充气的躯干配备了麦克风和压力传感器，收集了受试者演示的数据，这些数据用于开发一种感知算法，该算法以88%的准确率对用户行为进行分类。用户喜欢机器人挤压，无论他们执行什么动作，他们重视机器人反应的多样性。他们喜欢机器人发起的拥抱手势。机器人的反应和主动手势非常受欢迎，用户发现机器人在实验的最后阶段比第一阶段更自然、更愉快、更智能。研究结束后，他们觉得机器人更能理解他们，并认为机器人更适合拥抱。

温柔的拥抱机器人

从出生的那一刻起，社会接触就影响着未来在社会中良好运作的能力。出生后被母亲抱72小时的婴儿与母亲的互动更好，更善于处理压力。在如此亲密、积极的关系中，当双方看到、听到甚至想到对方时，催产素会释放出来。这种释放将他们更紧密地联系在一起，并改善了积极的人际关系。在拥抱、按摩或其他抚摸皮肤时，也可引起类似的积极镇静反应，通常称为深压触摸。

持续超过52秒的拥抱通常包括拥抱内手势，如挤压和摩擦，在两名参与者之间建立密切的身体交流，并从增加的深压触摸中获得额外的好处。不是每个人都有幸与周围的人建立密切、积极的关系。如果可以通过机器人拥抱达到类似的效果，那么这种有益的触摸可以使那些原本无法体验拥抱的人受益。

机器人拥抱的设计指南

该研究项目的更广泛目标是提供一个具身的情感机器人，可以在难以或不可能向他人请求这种形式的安慰的情况下补充人类的拥抱。人们无法获得人类拥抱的许多常见例子源于长期的身体分离。准确地复制人类拥抱是一个难题，因为它需要实时适应各种各样的用户，密切的身体接触，以及对用户执行的拥抱手势的快速、自然的反应。过去，通过提供一种不会主动拥抱用户的可拥抱设备来避免应对这些挑战，从而完全避免了往复拥抱的挑战。

其他人则选择制造以“一刀切”模型拥抱的机器人。在实验前根据每个特定用户调整了机器人，从而避免了实时适应的挑战。这是第一个使用视觉和触觉感知来提供闭环拥抱的机器人，以适应用户的周长和他们喜欢的拥抱时间。一个好的拥抱机器人应该：柔软，温暖，大小与成年人相似，视觉感知并对接近的用户做出反应，自主地使其拥抱适应用户身体的大小和位置，可靠地检测并响应用户从拥抱中释放的愿望，无论他们的手臂位置如何。

一个好的交互式拥抱机器人应该：以双方同意和同步的方式自主发起拥抱，适应用户的身高，实时感知拥抱内的手势，对检测到的手势做出快速反应，对每个检测到的拥抱内手势的反应略有不同，偶尔在拥抱期间执行主动的情感手势。为了创造一个能够自主提供愉快、自然感觉拥抱的机器人，以收集拥抱手势的数据。收集的数据用于为平台HuggieBot3更新版本开发感知系统和行为响应算法。具体来说，解释了如何分析从新型充气机器人躯干收集的麦克风和压力传感器数据。

因为32个不同的用户执行了四种不同的拥抱手势。开发的机器学习方法可以快速检测并可靠地分类这些不同的手势。基于32个用户对不同机器人响应的评分，开发了一种概率行为算法来确定机器人应该执行哪个动作来响应用户手势。用户对每个机器人手势的接受度，这会导致机器人只挤压用户，而是平衡探索和开发，以创建一个自然的、自发的机器人，提供舒适的拥抱。

检测和分类系统的准确性

测试了检测和分类系统的真实准确性，并评估了用户对机器人行为算法的接受程度。第一个完全自主的人类大小的拥抱机器人，可以识别并响应用户的拥抱手势。在六项新拥抱设计指南的背景下讨论了验证研究的结果，它还解决了方法的局限性，实验室设置和验证研究的参与者人数。并展示了有关此主题的未来工作的各种途径。相信所提出的设计指南可以扩展到HuggieBot之外，使各种伴侣机器人能够与人类用户交换高质量的拥抱。

以技术为媒介的社交接触

由于身体接触并不总是可能的，一些研究人员寻找方法来加强情感上相隔一段距离的人之间的关系。这种差距可以通过旨在传递社交接触的技术来弥合。开发的设备通常成对工作，用户可以相互发送信号，让他们的伴侣知道他们在想他们。其他用户收到的信号表明他们的伴侣正在向他们发送一些联系，但它可能无法准确地复制发送者的预期意图。

无论您走到哪里，随身携带您所爱的人对于异地恋的人来说都是理想的解决方案。这种可穿戴技术的常见版本以手镯的形式出现。挤压手镯可以与手机配对，并允许用户接收触觉消息。Hey手环成对工作，允许朋友通过将手机连接到蓝牙来相互发送触觉信号。当一个用户点击他们的Hey手镯时，另一个用户会挤压和振动，让佩戴者知道他们的伴侣正在向他们发送拥抱。Apple Watch也可以使用类似的功能，您可以通过iMessage向任何人发送心跳。

开发的另一个手镯是CoupleVIBE，它向伴侣发送振动触觉提示，以表明他们的远距离另一半已经到达或离开经常光顾的地方。HaptiHug是另一种用于社交触摸的可穿戴设备；它类似于腰带，具有由橡胶海绵材料制成的柔软手。开发了拥抱的动画版本，并将其整合到网络游戏《第二人生》中。现实世界的用户可以在这个虚拟世界中连接和互动。通过在玩游戏时佩戴HaptiHug，当用户的虚拟角色互相拥抱时，用户可以感到挤压并受到背部压力，从而使体验更加身临其境。HaptiHug提供三种预编程的拥抱强度级别，用户可以从中进行选择。

充气和加重背心已被用于为自闭症谱系儿童提供深度压力触摸。虽然它们确实成功地提供了这种有益的触感，但充气背心的响亮泵是显眼和分散注意力的。相比之下，加重的背心必须经常脱下和更换，才能让穿着者感受到好处。充气背心的另一个潜在缺点是，有人可以随时远程操作它，而无需警告孩子，他们可能不知道拥抱的时间、原因或来自哪里。

另一种用于中介社交接触的可穿戴技术是HugShirt，它具有嵌入式传感器和执行器。发送者和接收者各自穿着一件拥抱衬衫，该系统旨在创造穿着者之间的身体接触感。传感器捕获发送者的接触位置、强度、温暖和心跳，执行器试图通过加热、振动和充气在接收者的衬衫上重现这些感觉。衬衫通过连接到用户的手机通过蓝牙相互发送消息。最后一个可穿戴设备是Huggy睡衣，这些睡衣旨在成为孩子和父母之间的拥抱交流系统。父母拥抱一个嵌入传感器的娃娃，穿着睡衣的孩子感觉几乎被拥抱了。睡衣由空气充气驱动，压缩机位于睡衣外部。不幸的是，这种压缩机声音很大，可能会对试图睡觉的孩子造成干扰，尽管据报道提供的压缩是令人愉快的。在这个例子和上面讨论的所有其他例子中，可穿戴设备无法检测、分类或响应拥抱内的手势。

人机拥抱

社交接触发生在许多情况下。一些研究人员致力于使机器人能够像人类彼此握手一样自然地与人类握手。其他研究人员已经致力于通过击掌和拍手游戏，让人类以更轻松和有趣的方式与机器人联系。所有这些互动都有助于人类和机器人在社交和身体上相互互动。这种对实现社交-物理人-机器人触摸的兴趣并不是独一无二的；许多研究人员对这一目标采取了不同的方法。将专注于与研究HuggieBot相关的最常见方法，这些方法涉及通过人机拥抱进行社交接触。

也许最著名的人机拥抱是坦普尔格兰丁的挤压机。虽然从技术上讲不是机器人，但这台机器通过在两个泡沫面板之间挤压用户来施加横向深度触摸压力。这台机器是用户操作的，不需要额外的人类伙伴。用户直接设置他们收到的挤压的持续时间和压力。

Huggable是一种小型机器人泰迪熊伴侣，旨在陪伴小孩在医院长期住院。机器人可以检测孩子触摸它的位置和方式，并且可以移动头部和手臂作为回应。Huggable有摄像头、麦克风和扬声器，它可以记录孩子使用它并将有用的信息发送给远程看护人。由于其外形小巧，该机器人是可以拥抱的，但它不能主动拥抱用户。

一个真人大小的泰迪熊机器人，肘部有可反向驱动的电机，在两个绿野仙踪实验中进行了评估。虽然该系统目前需要人类操作员，但拥抱本身应该来自机器人，而不是另一个用户，认为这是人机拥抱，而不是技术中介的拥抱。这个坐着的机器人在要求拥抱之前向用户介绍自己。然后，用户必须爬向机器人以拥抱它。拥抱这个机器人会让用户更多地自我披露，更愿意为慈善事业捐款。

HugBot是一种大型熊猫熊毛绒玩具，类似真人大小的泰迪熊机器人。HugBot也坐在地板上，需要成年人爬到它上面接受拥抱；孩子们可以简单地弯下腰。机器人具有压力传感器来记录施加的压力，以及一个内部T形木制结构，两个软机械臂连接在上面。该传感器和执行器位于大型毛绒玩具内部。这些研究发现，与非动物形态机器人相比，动物形态机器人让孩子们更加投入。

另一组研究人员创造了一个名为Robovie-III的轮式倒摆机器人，该机器人在多步骤过程中拥抱。它使用距离传感器来确定自身与用户之间的距离。一旦达到适当的距离，机器人就会拥抱用户。一段时间后，机器人释放。机器人使用人类来协助其平衡，并且在其金属部件上没有任何填充或软化。这个机器人是为人类互动而设计的，大概是在主题公园内。它具有刚性内部结构，其特定元素由较软的材料制成，可在与人类接触的区域创建可变形的外观。该机器人尝试匹配外部用户使用压力传感器施加的压力。这些外壳覆盖有聚氨酯泡沫，为用户提供柔软愉快的触觉体验，波纹管覆盖肘部和颈部的间隙。外壳还嵌入了基于光学的力传感器，用它来估计拥抱的紧密度。机器人的上半身最终被定制的可拉伸织物覆盖。

结语

无论用户操作如何，平均而言，挤压总是被认为是最令人愉快的机器人响应，包括当用户不只是主动执行动作时。想要在不投资触觉传感功能的情况下改善用户对拥抱机器人的看法的研究人员应该对他们的机器人进行编程，以偶尔挤压用户。同时，当机器人对他们的摩擦、拍打和挤压没有反应时，用户表现出的中性平均反应表明，感知和响应拥抱内的手势可以大大改善拥抱机器人。