With the increasing development of socially interactive robots, studies on Human-Robot Interaction (HRI) have become essential. In the field of HRI, the robot`s ability to express emotions has become particularly important. Currently, the social robot expresses its emotions through facial expressions, gestures and speech. As tactile interaction is natural in HRI for certain robots, such as pet robots, there is a possibility of applying the tactile interface of emotion to social robots.
The aim of this study is to provide guidelines through examining the ways the social robot expresses its emotions in a tactile sense. Two experiments were conducted to clarify the effect of the vibrotactile factors on the social robots` expression of emotions. The first experiment examined the correlation of the two vibrotactile factors and emotion factors. Based on the previous study, speed and intensity were set as the main factors of the vibrotactile. Likewise, the arousal level and the pleasure level were set as the main factors of emotion. To express the robot`s emotion, three bio signals (heartbeat, respiration, and body tremor) were applied to the robot`s tactile interface. The focus of the first experiment was to find out how the vibrotactile factors affected the arousal level of the emotion. As two levels of the speed and intensity were manipulated, 12 samples were made for the questionnaires. Participants were asked to evaluate their perceived emotion (arousal, pleasure level as 7-point scale) from the robot and to choose the most appropriate adjective that describes the emotion. As a result, there was a correlation with the arousal factor to both vibrotactile factors, while the pleasure factor had no correlation.
Another experiment was conducted to find out how people perceive the robot`s expression of the pleasure level. It was evaluated through same questionnaires. To manipulate the samples, the results of the first experiment were used. Based on the reversal theory, people would either feel a pleasant or unpleasant emotion, even in the same arousal level, as their motivational state changes. This theory was applied to the social robot in the second experiment and it was examined if this theory can be an effective way to express the robot`s pleasure level. As a result, in spite of the same level of arousal of the vibrotactile pattern, people perceived the robot`s pleasure level differently in different motivational states. This result indicates that in order to design the expression of emotions for social robots, not only is controlling the arousal level important, but the robot`s motivational state should be considered.
This study contributes in finding new ways of effective human-robot interaction. It provides guidelines for designing the robot`s emotions by conveying a vibrotactile signal and setting up an appropriate motivational state.
사회적으로 상호작용하는 로봇의 개발이 증가함에 따라, 인간-로봇 상호작용(HRI)에 대한 연구가 필수적인 연구 분야가 되고 있다. 로봇의 감정을 표현하는 능력은 HRI 분야에서 특히 중요해지고 있으며, 현재의 사회 로봇은 표정이나 제스처, 음성 등으로 감정을 표현할 수 있도록 제작된다. 애완용 로봇과 같은 특정 로봇의 HRI에서는 인간의 촉각적 인터랙션이 자연스럽게 유도되기 때문에, 사회 로봇에 감정의 촉각 인터페이스를 새롭게 적용할 수 있는 가능성을 찾아볼 수 있다.
본 연구의 목적은 사회 로봇이 촉감을 통해 감정을 표현하는 방법을 평가하여 그에 대한 가이드라인을 제공하는 것이다. 사회 로봇의 감정 표현에서 진동 촉감 요소의 영향을 규명하기 위해 1차와 2차의 실험이 실시되었다. 먼저 1차 실험을 통해 두 진동 촉감 요소와 감정 요소의 상관관계를 조사하였다. 문헌 연구를 토대로 속도와 강도가 진동 촉감의 주요 요소로 설정되었고, 감정의 요소로는 각성 정도와 유쾌 정도가 설정되었다. 로봇의 감정 표현을 위해 세가지 생체 신호(심장 박동, 호흡, 신체 떨림)가 로봇의 촉각 인터페이스에 적용되었다. 1차 실험은 진동 촉감 요소가 감정의 각성 정도에 얼마나 영향을 미치는지를 밝혀내는 것에 초점을 맞추었다. 속도와 강도의 두 가지 수준을 실험의 변인으로 삼아 각 생체 신호에 적용하였고, 조작된 12샘플의 진동 촉감이 설문에 사용되었다. 피실험자들은 로봇에서 인식되는 로봇의 감정을 각성 정도와 유쾌 정도의 7점 척도를 통해 평가하였으며, 가장 어울리는 감정 형용사를 선택하게 하였다. 그 결과, 두 진동 촉감 요소와 감정의 각성 정도는 상관관계가 있음을 발견하였고, 반면 유쾌 정도와는 상관관계가 나타나지 않았다.
2차 실험은 사람들이 로봇의 유쾌함의 표현을 인식하는 정도를 중심으로 평가되었으며, 1차와 동일한 설문 조사 방법으로 실시되었다. 샘플 조작을 위해, 1차 실험의 각성 정도의 평균값 결과가 사용되었다. 반전 이론에 의하면, 사람들은 그들의 동기상태가 바뀌면 동일한 각성 수준이더라도 유쾌한 감정 또는 불쾌한 감정을 경험한다고 한다. 이 이론이 2차 실험의 사회 로봇에 적용되어 로봇의 유쾌 정도를 표현할 수 있는 효과적인 방법으로 적합한지에 대해 알아보았다. 결과적으로 사람들은 같은 각성 수준의 진동 촉감 패턴임에도 불구하고, 서로 다른 동기상태의 로봇 감정의 유쾌 정도를 다르게 인식한다는 것이 나타났다. 이러한 결과는 사회 로봇의 감정 표현 디자인을 위해서는 각성 수준을 적절히 조절하는 것이 중요할 뿐만 아니라, 로봇의 동기상태 디자인이 고려되어야 함을 의미한다.
본 연구는 효과적인 인간-로봇 상호작용의 새로운 방법을 탐색하는 것에 기여하는데 의의를 둔다. 따라서 본 연구는 최종적으로 진동 촉감의 신호를 전달하고 적절한 동기상태를 설정하는 것으로써 로봇의 감정을 디자인할 수 있도록 가이드라인을 제공한다.
