与我们共同进化的机器人：实现个性化、适应性和可持续性的模块化共同设计

文献标题

Robots that Evolve with Us: Modular Co-Design for Personalization, Adaptability, and Sustainability

出版信息

• 主题领域: 面向生命周期的人机交互的模块化机器人设计。
• 关键词: 模块化机器人、生命周期设计、个性化、适应性、可持续性、人机交互、共同设计、可修复性、情感依附、生态责任。

背景与问题

• 问题/挑战: 当前的机器人设计通常优先考虑效率和“一刀切”的解决方案，忽视了个性化、适应性和可持续性。现有研究往往将这些维度孤立对待，未能解决机器人如何在人的生命周期中保持相关性和意义的问题。
• 重要性: 设计能够随用户共同进化的机器人可以增强长期实用性、情感连接和生态可持续性，从而解决如技术过时和用户参与不足等挑战。
• 动机与相关研究: 之前的研究探讨了个性化（短期定制）、适应性（技术自我重构）和可持续性（生态效率）。然而，这些研究很少将这些维度整合起来，也未考虑它们在生命周期导向的机器人设计中的相互作用。“可持续性、适应性和模块化”（SAM）框架提供了一种推测性的系统级理论，但缺乏实证基础或以用户为中心的视角。

解决方案

• 提出的方法: 从实证性的共同设计工作坊中得出的“个性化、适应性和可持续性”（PAS）框架，将模块化作为一种社会技术机制，以支持生命周期导向的人机交互。
• 创新点:
  1. 提出PAS框架，作为SAM框架的以人为中心的补充，强调长期人机关系的体验维度。
  2. 提供实证证据，展示用户如何设想模块化机器人在生命周期各阶段的进化，填补了人机交互研究的空白。
  3. 提出可操作的可持续人机交互设计原则，将模块化作为技术和哲学的基础。
• 过程与关键技术:
  1. 举办了两场共同设计工作坊，共有23名参与者（15名21-32岁的年轻成年人和8名66-81岁的老年人）。
  2. 参与者使用模块化机器人组件（头部、手臂、躯干、底座）设计了适用于三个生命周期阶段的机器人：童年、成年和老年。
  3. 数据收集包括音频记录、注释草图和参与者反思，通过主题分析识别个性化、适应性和可持续性模式。

结果

• 具体发现:
  • 参与者设计了65种模块化机器人，展示了模块化如何支持个性化、适应性和可持续性。
  • 个性化：机器人根据个人价值观和生命周期需求进行定制，参与者通过调整模块、删除部件或发明新模块来实现个性化。
  • 适应性：机器人在生命周期内灵活转变，以满足用户不断变化的需求和角色。
  • 可持续性：模块化支持机器人维修、重复使用和进化，促进材料的持久性和情感依附。
• 相较基线的优势: 与传统机器人不同，模块化机器人被设想为动态的长期伴侣，能够适应用户不断变化的需求，并通过维修和重复使用减少浪费。PAS框架整合了个性化、适应性和可持续性，填补了现有研究的空白。
• 实验/评估: 举办了两场90分钟的共同设计工作坊，参与者设计了适用于三个生命周期阶段的机器人，使用模块化组件作为设计探针。研究结合推测性和体验性视角，探索生命周期导向的模块化机器人设计。
• 局限性与未来工作:
  • 研究集中于成年人，童年阶段的设计基于成年人预测，而非儿童的直接输入。未来研究应直接纳入儿童参与。
  • 模块化设计的美学和文化维度未被深入探讨。未来工作应研究特定模块设计如何与用户的美学和文化期望相符。
  • 研究使用概念性和图形化探针，而非物理原型。未来研究应包括材料原型，以测试可行性并完善设计原则。

总结

本文提出了PAS框架，将个性化、适应性和可持续性整合到模块化机器人设计中，以支持生命周期导向的人机交互。通过与年轻人和老年人共同设计工作坊，参与者设想了模块化机器人如何在生命周期各阶段进化，展示了模块化如何支持维修、重复使用、情感依附和长期适应性。研究强调模块化既是一种技术机制，也是一种设计哲学，使机器人成为持久的伴侣，而非一次性工具。未来工作应扩展框架以纳入儿童视角，探索美学维度，并开发实物原型以验证研究发现。