38、人机交互中的启动效应与时机把握

最新推荐文章于 2025-12-15 10:59:35 发布

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分类专栏：解码人类运动、赋能机器人文章标签：人机交互启动效应运动启动

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人机交互中的启动效应与时机把握

1. 引言

人类的运动是精细的肌肉激活模式的复杂编排，会受到多种因素的影响，如年龄、疲劳、动机、疾病状态和药物等。其中一个影响因素是周围其他人的运动，这种现象被称为“运动启动效应”。随着机器人在我们生活的各个场景中日益常见，了解机器人是否以及如何启动人类的运动变得至关重要。

运动启动效应在不同场景下可能产生重要甚至有害的后果。例如，在工业或医疗领域，人们与机器人协同工作时，启动效应可能会影响工作的安全性和效率。以正在研发的机器人“护士”为例，它们被设计用来为外科医生递手术工具。如果机器人的动作太快或太突然，可能会使与之协作的外科医生受到影响，从而危及手术患者的安全。因此，设计这类机器人时，应使其运动速度与人类相似。

2. 什么是启动效应

启动效应可以描述为先前刺激引发的行为变化，它是一种与学习相关的无意识过程。在经典的序列启动研究中，参与者会面对一系列试验，每个试验包含两个刺激：一个启动刺激和一个目标刺激。启动刺激和目标刺激之间的一致性在不同试验中有所变化，有些试验中两者含义一致，有些则不一致。当启动刺激先出现时，目标刺激在含义一致的试验中会被更快地处理，这就是启动效应的体现。

过去几十年里，研究人员一直在探索各种类型启动效应的影响和机制，包括语义启动、刻板印象启动、情感启动、视觉启动以及近年来的运动启动。

3. 启动效应的类型

语义启动 ：当目标词之前出现与之相关的词时，对目标词的反应会更便捷。例如，在看到“面包”后再看到“黄油”，对“黄油”的处理会比看到不相关的词（如“轮胎”）时更准确、更快。研究表明，语义启动在命名、语义分类和其他词汇任务中都很稳健，并且存在短期和长期的语义启动效应。
刻板印象启动 ：社会心理学家使用刻板印象分类（如男性或女性）以及与这些群体典型相关的项目（如工作、身体特征）作为启动和目标刺激进行研究。最近，研究人员开始探索如何利用启动效应来克服刻板印象威胁的影响，这种威胁会阻碍人们发挥全部潜力。刻板印象启动的影响在性别、种族、老年人记忆甚至人机交互等多种情况下都有研究。
视觉启动 ：无论是否记得之前见过，当视觉对象之前被看到过时，对它们的感知会更快。例如，扎乔克的“单纯曝光”效应，即潜意识呈现一个原本中性的刺激会影响后续的喜好判断。后来的研究还发现，具有情感意义的视觉刺激可以在无意识的情况下被处理，这引发了对情感启动的进一步研究。
视运动启动 ：当视觉等感知过程影响一致的运动动作时，就会发生视运动启动。例如，在一些实验中，当参与者看到要抓取的物体时，发起抓取动作的反应会比看到无关物体或没有物体时更快。视运动启动和运动共振遵循“观念运动理论”，其神经基础是镜像神经元系统。镜像神经元在猴子执行特定动作和被动观察实验者执行相同动作时都会被激活，被认为有助于我们通过内部模拟他人的动作来理解他们的目标和意图。

4. 运动启动效应的应用

临床环境中的运动启动 ：在运动控制和康复领域，运动启动是一个相对较新的研究课题。作为治疗干预的一部分，运动启动可以导致行为和神经变化，有助于改善功能。在中风康复中，双侧运动启动可以提高恢复的速度。此外，运动启动也是控制脊髓损伤患者不自主运动的一种可行治疗工具，与其他神经康复方法相比，它安全且成本效益高。
人机交互中的运动启动 ：早期的神经成像和行为研究发现，只有人类的运动能引发视运动启动，机器人的运动则不能。然而，最近的研究多次证明了机器人代理可以产生运动启动效应。例如，机器人的动作可以激活人类的镜像神经元系统，自闭症儿童在受到机器人手臂运动启动时，运动持续时间会更快。参与者与慢速机器人手臂交互时会移动得更慢，在与机器人玩“镜像游戏”时，机器人手臂的运动也会启动参与者的后续运动。

这些看似矛盾的结果可能与刺激呈现方式有关。例如，当参与者看到实验者控制机器人执行动作时，机器人可能被视为工具，其动作不会启动参与者的动作；而当机器人看起来完全自主时，其动作就能激活镜像神经元系统。此外，机器人的实体存在以及观察其运动的方式（静态或动态图像）也可能影响其对人类运动的启动程度。

下面是不同类型启动效应的总结表格：
| 启动效应类型 | 定义 | 示例 |
| ---- | ---- | ---- |
| 语义启动 | 目标词前出现相关词时，对目标词反应更便捷 | 看到“面包”后对“黄油”处理更快 |
| 刻板印象启动 | 用刻板印象分类及相关项目作刺激研究 | 研究性别、种族等刻板印象影响 |
| 视觉启动 | 之前见过的视觉对象感知更快 | 单纯曝光效应 |
| 视运动启动 | 感知过程影响一致运动动作 | 看到要抓取物体时抓取反应更快 |

mermaid流程图展示启动效应的类型及关系：

graph LR
    A[启动效应] --> B[语义启动]
    A --> C[刻板印象启动]
    A --> D[视觉启动]
    A --> E[视运动启动]
    B --> B1[命名任务]
    B --> B2[语义分类任务]
    C --> C1[性别研究]
    C --> C2[种族研究]
    D --> D1[单纯曝光效应]
    E --> E1[抓取实验]

人机交互中的启动效应与时机把握（下）

5. 人机交互中的运动时机

在人机交互中，时机不仅是被启动的运动特征之一，还在设计和研究人机交互时具有更广泛的重要性，它会影响人们对机器人的反应以及继续与之交互的动机。

6. 协作任务中的时机把握

为了使机器人能够融入日常生活、协助日常任务或在协作工作场景中成为队友，实现自然的交互流畅性至关重要。时机在其中起着核心作用，功能动作的时间同步对于资源共享是必要的，并且会影响人类对机器人队友的感知。

以机器人向人类移交物体为例，这一过程在多种场景中都有应用，如为老年人取物、在手术室递手术器械或在工厂处理工具等。在任何移交过程中，给予者和接收者的动作都需要高度协调，机器人专家的长期目标是使人机之间的移交流畅性达到人与人之间的水平。一些量化的流畅性指标与人类对任务的流畅感相关，例如最小的等待时间能实现高效的任务执行。当用户能够明确理解机器人的运动目标时，交互的流畅性会提高，失败的尝试也会减少，因为用户可以更早地开始自己的动作，这种预期动作对交互流畅性有很大贡献。

此外，非语言线索（如注视线索）也可用于减少任务完成时间。例如，在移交过程中，当机器人提供共享注意力的注视线索时，参与者会更早地伸手去拿提供的物体。改变移交和注视线索的时机组合，也是传达其他信息的有效策略。

7. 时机对用户满意度的影响

用户对人机交互的满意度不仅受机器人运动时机的影响，还受机器人语音时机甚至其犯错时机的影响。例如，在交互开始时犯错与在结束时犯错，可能会给用户带来不同的体验和满意度。

机器人运动的时机可以启动用户的运动，例如与慢速机器人交互时，用户也会移动得更慢。这种启动效应在设计机器人时需要加以考虑，以确保机器人的运动时机能够促进积极的人机交互。

8. 总结

机器人对人类运动的启动效应以及时机在人机交互中的作用是复杂而多面的。早期研究和近期研究在机器人是否能启动人类运动方面存在差异，这可能与刺激呈现方式、机器人的实体存在和观察方式等因素有关。

在临床环境中，运动启动效应具有潜在的治疗价值，可以用于改善康复效果。在人机交互的协作任务中，时机的把握对于实现自然流畅的交互至关重要，它涉及到资源共享、用户对机器人的感知以及任务的执行效率。

未来，随着机器人在更多领域的应用，深入研究机器人运动启动效应和时机的影响，对于设计更安全、高效、用户友好的人机交互系统具有重要意义。

以下是人机协作任务中影响流畅性的因素列表：
- 运动时间同步
- 用户对机器人运动目标的理解
- 非语言线索（如注视线索）的使用
- 机器人运动速度与人类的匹配程度

mermaid流程图展示人机交互中时机的影响：

graph LR
    A[人机交互] --> B[运动时机]
    A --> C[语音时机]
    A --> D[犯错时机]
    B --> B1[启动用户运动]
    B --> B2[影响交互流畅性]
    C --> C1[影响用户满意度]
    D --> D1[不同阶段犯错效果不同]

通过对这些方面的研究和理解，我们可以更好地设计和优化人机交互，使机器人能够更好地融入我们的生活和工作中。