步步“動”心 —— 人與機器人的漸進式互動研究
從古至今，機器人一直承載著人類巨大的夢想。隨著各類感測器、語音互動、機器識別、SLAM等技術的蓬勃發展，機器人開始從科幻作品中走出，走進人們的生活。
8月16日，在世界機器人大會上釋出的《中國機器人產業發展報告（2018）》顯示：2018年，全球機器人市場規模將達到298.2億美元，2013至2018年平均增長率約為15.1%。機器人市場持續升溫，機器人的時代正在來臨。
百度人工智慧互動設計院以“機器人”為研究物件，對人-機器人的互動體驗進行了系列研究。本次我們將擷取“在公共場合，人與服務機器人的自然互動”這個主題向業界分享我們的研究和思考。
導讀
01 人-機器人互動的目標：自然，貼近人的認知習慣
02 人-機器人互動的研究方法：自然觀察、參與式設計和實驗法
03 人-機器人互動的設計建議：漸進式互動
前言
在公共場合，人們與機器（如ATM機）互動時，更傾向於將機器視為工具，有互動需求，但無交流期待。而當面對機器人，尤其是人形機器人時，人們更傾向於將其視為類人體，有交流的期待，更渴望自然的互動。
目前人-機器人互動的研究主要聚焦在“對話階段”，如語音識別、語義理解、需求滿足等等，而對“對話前階段”涉獵很少。對話前階段同樣至關重要，它關係到人對機器人的“第一印象”，更是對話能否順利開啟的前提與基礎。
那麼，在人由遠到近走向機器人的過程中，機器人：
▪︎ 是否需要與人互動？被動等待還是主動出擊，抑或做些什麼吸引使用者的注意?
▪︎ 如何與人互動？微笑還是眨眼，揮手還是打聲招呼，抑或使用各類感測器和AI能力尋找合適的互動時機？
這些問題是我們本次將重點展開探討的內容。
人與機器人互動的目標
自然，貼近人的認知習慣
比爾蓋茨曾說“人類自然形成的與自然界溝通的認知習慣和形式必定是人機互動的發展方向”，我們終將以自然的方式與機器人交流。
研究之初，我們梳理了心理學、社會學的相關研究成果，以及服務行業的實踐成果。基於此，我們對公共場合中，人與服務人員的互動方式進行了溯源，並提煉了人際互動的基本規則。
在瞭解規則之前，大家不妨回憶下自己在公共場合和各類服務人員的交往經驗，哪些讓你感覺不錯，哪些讓你覺得不爽甚至惱怒？我們調研發現，大家感受不好的服務體驗主要有兩類：
▪︎ 型別1：熱情過度，服務過度
一直盯著/亦步亦趨地跟著/時不時的各種介紹/……
▪︎ 型別2：冷冰冰，愛搭不理
基本不看我/冷冷地掃我一眼/對我的問題愛搭不理/……
而大家普遍感受較好的服務體驗也表現出了共性：主動、熱情，有分寸。
剛看到我會點頭微笑/主動打招呼/有需要主動上前/無需要不會打擾/……
如何讓人們感受到主動、熱情，又在心理上營造恰如其分的分寸感呢？作為公共場合的服務人員至少需要遵循以下2大規則：
■ 維持恰當的空間距離很重要
心理學家發現，每個人都有保護個人空間的本能，在公共場合這種本能尤其強烈。一旦個人空間受到侵犯，人就會感到不舒服、甚至憤怒起來。
愛德華·霍爾在其經典著作《無聲的語言》（1959年）一書中，將日常生活中人與人的空間距離劃分為四類：親密距離、個人距離、社交距離和公眾距離。每種距離又有“近端”和“遠端”之分。
親密距離：是人際交往的最小間隔，通常只限家中等個人情境，只限情感上聯絡高度密切的人之間使用。尤其是近端，通常只允許情侶或孩子進入。
個人距離：是朋友間溝通的恰當距離。通常陌生人進入近端會構成侵犯；而遠端，熟人和陌生人都可以進入。不過熟人更靠近遠端近點（75cm）一側，而陌生人則更建議靠近遠端遠點（1.2m）一側。
社交距離：又稱禮貌距離，體現出一種社交性或禮節上的正式關係。通常的社交活動一般都保持在社交距離的近端；遠端適用於更正式的場景，如面試、談判。
公眾距離：是公開演講中演講者與聽眾保持的距離，並不適合人際溝通。在7.5m以外，幾乎是容納任何人的空間。人們在這個空間內，完全可以對其他人視而不見。
■ 禮儀很重要，表情動作是精髓
孔子曰“不學禮，無以立”。在所有行業中，服務業對禮儀的重視程度尤其高。服務人員遵循的禮儀分為：儀容儀態、表情動作、語言、常見禮節四大模組。
在這些服務禮儀中，表情動作起著至關重要的作用。微笑是社交中最受歡迎、最具吸引力、最有價值的表情，真誠、溫暖、自然的微笑能有效的拉近人與人之間的距離。
眼神是最生動、最善於傳情達意的表情，眼神注視接觸時長不同、停留部位不同、眼神變化均會帶來不同的感受。
常見禮節則明確了在不同場景下（如見面、打招呼、介紹），表現尊重的慣用形式和具體要求，非常具有可操作性。
服務業有許多基於交往距離和禮儀來定義互動方式的成功案例，比如：
▪︎ 沃爾瑪的“三米微笑原則”：每當你在3米內遇到一位顧客時，要微笑，要看著他的眼睛與他打招呼，同時詢問你能為他做些什麼。
▪︎ 萬豪國際酒店的“15/5規則”：與客人相距15步時，主動向客人微笑並進行注目禮；與客人相距5步時，儘可能停下來，靠邊站，點頭及主動問好。
那麼，人際交往中的距離和禮儀規則是否適合人-機器人互動？如何將這些規則提取轉化，形成適合機器人表達的方式？這是需要深入思考的問題，為此我們做了研究和驗證。
人與機器人互動的研究方法
自然觀察、參與式設計和實驗法
為了探索在公眾場合，使用者走向機器人的過程中對機器人的真實期待，我們使用了自然觀察、參與式設計、深度訪談和實驗法來開展研究。
本次研究中，以小度機器人為研究載體。小度機器人依託百度的人工智慧，集成了自然語言處理、對話系統、語音視覺等技術，能夠流暢的與使用者進行資訊、服務、情感等多方面的交流。並且，小度機器人作為百度的“正式員工”，在百度公司的大廳擔任迎賓的重要角色。
首先，我們在真實的公共場合（百度科技園K2），觀察在無人為干擾的情況下，不同使用者走向小度機器人時，他們與小度互動行為和方式，並對這些行為進行提取、編碼和分析。
隨後，我們邀請若干使用者進行了深度訪談和參與式設計。在引導使用者走向小度機器人的過程中，要求他們自我報告對小度的需求和期待，共同探討小度更為理想的表達方式。
最後，我們綜合使用者的需求和期待以及人際交往中的各類規則，將其轉化成小度的“行為語言”，並且進行了實驗驗證。我們設定了各種實驗場景，使用者在走向小度機器人的過程中，會體驗到不同的人機互動方式。
實驗過程中，我們追蹤了使用者的面部表情、肢體動作、言語行為等。實驗結束後，要求使用者對各類互動方式進行評估，包括情緒體驗、認知評價、主觀滿意度等等。最終獲得了本次研究的結果。
人與機器人互動的設計建議
漸進式互動
我們發現，在與小度機器人的互動中，使用者更期待小度主動釋放互動訊號，並且這種互動訊號的釋放是一個漸進的、不斷增強的過程，我們將此過程稱之為“漸進式互動”。
特別說明的是，這種“漸進”並不僅僅是物理距離上由遠及近的變化，而是使用者“心理場”的漸進變化。使用者“心理場”的變化主要分為以下三個階段，按其在“心理世界” 出現的先後順序將其命名為遠場、中場和近場。
遠場階段：機器人需要吸引到使用者的注意力，讓使用者清晰地意識到“Ta看到我啦”。這是至關重要的一步。如果無法吸引到使用者的注意力，接下來的人-機交流將變得突兀甚至無法進行。
中場階段：機器人需要進一步“發起互動需求”，讓使用者明確意識到“Ta眼中只有我”，Ta有進一步和我互動的需求。這也會促使使用者下意識的進一步走向機器人。
近場階段：如果機器人 “開啟對話”，則會讓使用者深刻感受機器人的主動和友好，“Ta來撩我啦”，人和機器人之間的對話自然而然的開展起來。
■ 心理場在物理世界的表徵：距離上的漸進
同時，我們發現，使用者的心理場在物理世界的表徵也體現了距離上的漸進。其中，遠場對應的距離約為2.7-4.2米，這個距離內，使用者希望小度機器人傳遞吸引注意力的訊號。
中場對應的距離約為1.2-2.7米，這個距離內，小度機器人最好讓使用者意識到小度想和他/她進行進一步互動。
而近場對應的距離則在1.2米左右，這個時候使用者已到達和小度開啟對話的恰當距離。
人和機器人互動的距離要求和人際交往距離略有不同，遠場距離（2.7m-4.2m）超過了社交距離的遠端（3.6m），落在了公眾距離的近端。之所以如此，推測與小度機器人本身的特點有關，比如小度身寬1.1m，較之一般人要寬大很多。
■ 心理場在物理世界的表徵：期待的互動形式體現了對禮儀的訴求
在不同的心理場，使用者期待小度機器人做出的互動形式也有所不同。而這些互動形式帶有明顯的禮儀要求。
在遠場，使用者更期望小度使用“表情”和“肢體動作”來吸引注意力。比如微笑、友好的眼神的對接；揮手、歪頭、點頭等等。
在中場，使用者期待小度可以以多種形式組合發出互動訊號，讓使用者明確意識到小度的互動物件是自己。比如，使用語言打招呼（如早上好、您好）；微笑、揮手等表情和動作期待繼續保留。
而在近場，語言的作用更為突顯。這個時候，使用者期待小度先“開啟對話”，如介紹自己，詢問是否需要幫助等。此時使用者期待小度有更熱情的微笑和肢體動作（比如握手、擁抱等）。
對於不同的互動方案，我們進行了實驗驗證，包括但不限如下問題：
▪︎ 不同距離下使用何種表情更佳，表情設計時需要遵循的普適性原則；
▪︎ 語言在哪個心理場出現更佳，語音通道對使用者體驗的影響；
▪︎ 各類感測器和AI能力的應用（如人臉識別）能否帶來使用者體驗的增益；
以上問題的研究成果和互動建議，百度人工智慧互動設計院將在未來的文章中或者適當的場合中予以更多的分享和披露。
小結
本次研究，我們聚焦公共場合，以小度機器人為載體，探索了人-機器人對話前的自然互動模態，並提出了一種新的互動理念——漸進式互動。我們認為，這種互動理念的核心是對使用者心理場的解讀，以及心理場在物理世界的各類表徵的探索。
本文TIPS
1. 人-機器人互動的目標是自然、貼近人的認知習慣。在公共場合，人們很看重維持適當的空間距離和遵守禮儀。
2. 與機器人的互動中，使用者更期待“漸進式互動”，即機器人主動釋放互動訊號，且互動訊號是漸進的、不斷增強的過程。
3. 漸進式互動核心滿足使用者“心理場的變化”，按照其在心理世界出現的先後順序分為：
▪︎ 遠場：機器人需要“吸引注意力”，與人之間的物理距離約為2.7-4.2m，更適合使用表情和肢體動作。
▪︎ 中場：機器人需要“發起互動需求”，與人之間的物理距離約為1.2-2.7m，更適合使用肢體動作、表情和語言等多種方式。
▪︎ 近場：機器人需要“開啟對話”，與人之間的物理距離在1.2m左右，此時語言的作用更為突顯。
人-機器人互動研究的內涵深厚，外延也在不斷擴充套件中。本次研究主要聚焦在公共場合，小度機器人本身的外形和產品也會對使用者產生一定影響。後續我們將進行更多擴充套件研究，如探索家庭場景下的人機互動、不同形態機器人對使用者體驗的影響，等等。
在剛剛過去的2018年世界機器人大會論壇上，義大利比薩聖安娜大學教授Paolo Dario表示，“下一個時代不再是網際網路，而是機器人”，未來機器人領域將會有巨大的潛力和發展空間。我們也將在人-機器人互動這個領域持續探索，用心去雕琢人機互動中的每個細節。