Game Theory to Study Cooperation in Human-Robot Mixed Groups: Exploring the Potential of the Public Good Game

📄 arXiv: 2509.24530v1 📥 PDF

作者: Giulia Pusceddu, Sara Mongile, Francesco Rea, Alessandra Sciutti

分类: cs.RO

发布日期: 2025-09-29

备注: Work presented at the workshop BAILAR in conjunction with IEEE RO-MAN 2023. Peer reviewed

💡 一句话要点

利用公共物品博弈研究人机混合群体中的合作行为

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 人机交互 合作博弈 公共物品博弈 机器人策略 社交机器人

📋 核心要点

  1. 现有方法难以有效建模人机混合群体中的合作与信任关系，尤其是在个体利益与集体利益冲突时。
  2. 论文采用公共物品博弈（PGG）模型，通过设计不同的机器人策略来影响人类参与者的合作意愿。
  3. 初步实验结果表明，人类参与者在与机器人互动时，合作意愿受到机器人策略的影响，但仍倾向于利己。

📝 摘要（中文）

本研究探索了博弈论在研究人机混合群体中的合作和信任方面的潜力。特别地，我们引入了公共物品博弈（PGG），该模型突出了个体私利与集体福祉之间的紧张关系。本文提出了一种改进的PGG版本，其中三名人类参与者与人形机器人iCub进行博弈，以评估各种机器人博弈策略（例如，总是合作、总是搭便车和以牙还牙）是否会影响参与者合作的倾向。我们通过一项包含19名参与者的初步研究测试了我们的设置。初步分析表明，尽管参与者认为机器人是慷慨的，但他们更倾向于不将资金投入公共池。通过这项研究，我们旨在深入了解机器人在促进混合人机群体互动中的信任和凝聚力方面可以发挥的作用。这项研究的结果可能对开发能够促进混合人机群体中信任与合作的社交机器人具有相当大的潜力。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在研究在人机混合群体中，如何利用机器人策略来促进人类的合作行为。现有方法缺乏对个体利益与集体利益冲突的有效建模，难以设计出能够有效提升群体合作度的机器人行为策略。

核心思路：论文的核心思路是利用博弈论中的公共物品博弈（PGG）模型，将人机交互过程建模为一个合作博弈。通过设计不同的机器人策略（如总是合作、总是搭便车、以牙还牙），观察人类参与者在不同策略下的合作行为，从而找到能够有效促进合作的机器人策略。

技术框架：整体框架包含以下几个主要模块：1) 设计改进的公共物品博弈（PGG）规则，允许人类与机器人共同参与博弈；2) 设计不同的机器人博弈策略，例如总是合作、总是搭便车、以牙还牙等；3) 招募人类参与者与机器人iCub进行博弈实验；4) 收集参与者的行为数据（如投资金额），并进行统计分析，评估不同机器人策略对人类合作意愿的影响。

关键创新：论文的关键创新在于将博弈论中的公共物品博弈模型应用于人机交互领域，并设计了不同的机器人策略来影响人类的合作行为。这种方法能够有效地量化机器人行为对人类合作意愿的影响，为设计更具合作性的社交机器人提供了新的思路。

关键设计：论文的关键设计包括：1) 改进的PGG规则，确保机器人和人类参与者在公平的环境下进行博弈；2) 多种机器人策略的设计，涵盖了合作、利己和条件合作等不同类型的行为；3) 实验数据的收集和分析方法，用于评估不同机器人策略对人类合作意愿的量化影响。具体参数设置和损失函数未知。

📊 实验亮点

初步实验结果表明，尽管参与者认为机器人是慷慨的，但他们更倾向于不将资金投入公共池。这表明人类在与机器人互动时，仍然存在利己倾向。不同机器人策略对人类合作意愿的影响程度有待进一步研究，但该研究为探索人机合作提供了有价值的初步数据。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于开发更具合作性的社交机器人，例如在协作机器人、教育机器人、医疗辅助机器人等领域。通过设计合适的机器人行为策略，可以有效提升人机混合团队的协作效率和工作满意度，促进人与机器人的和谐共处。未来的研究可以进一步探索更复杂的博弈模型和机器人策略，以适应更广泛的应用场景。

📄 摘要（原文）

In this study, we explore the potential of Game Theory as a means to investigate cooperation and trust in human-robot mixed groups. Particularly, we introduce the Public Good Game (PGG), a model highlighting the tension between individual self-interest and collective well-being. In this work, we present a modified version of the PGG, where three human participants engage in the game with the humanoid robot iCub to assess whether various robot game strategies (e.g., always cooperate, always free ride, and tit-for-tat) can influence the participants' inclination to cooperate. We test our setup during a pilot study with nineteen participants. A preliminary analysis indicates that participants prefer not to invest their money in the common pool, despite they perceive the robot as generous. By conducting this research, we seek to gain valuable insights into the role that robots can play in promoting trust and cohesion during human-robot interactions within group contexts. The results of this study may hold considerable potential for developing social robots capable of fostering trust and cooperation within mixed human-robot groups.