MOFU: Development of a MOrphing Fluffy Unit with Expansion and Contraction Capabilities and Evaluation of the Animacy of Its Movements
作者: Taisei Mogi, Mari Saito, Yoshihiro Nakata
分类: cs.RO
发布日期: 2025-09-11 (更新: 2025-12-12)
💡 一句话要点
提出可膨胀收缩的MOFU机器人，探索形变运动对拟人化感知的影响
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 社交机器人 拟人化感知 体积变化 Jitterbug机构 人机交互
📋 核心要点
- 现有社交机器人设计主要关注外形和关节运动，忽略了生物体常见的整体体积变化运动。
- 论文提出MOFU机器人，通过Jitterbug机构实现膨胀收缩，研究该运动对拟人化感知的影响。
- 实验表明，膨胀收缩运动能显著提升机器人的拟人化感知，优于单独的移动或旋转。
📝 摘要（中文）
本研究旨在探索机器人整体体积变化运动对人类拟人化感知的影响。为此，我们开发了一种名为MOFU（MOrphing Fluffy Unit）的移动机器人，它能够通过单个电机驱动实现整体膨胀和收缩。MOFU采用Jitterbug几何变换机制，使其直径能够在210毫米到280毫米之间平滑变化，并配备差速双轮驱动机构用于移动。我们进行了一项在线调查，使用MOFU行为的视频，并通过Godspeed问卷系列评估了感知到的拟人化程度。结果表明，膨胀收缩和旋转运动都能独立地提高感知到的拟人化程度。同时呈现两个MOFU并没有显著提高拟人化感知。当膨胀收缩与移动相结合时，拟人化评分高于单独移动的情况。这些结果表明，整体体积变化运动可以增强机器人感知到的拟人化程度，这表明物理体积变化是未来社交和治疗机器人的一个重要设计元素。
🔬 方法详解
问题定义：现有社交机器人设计主要集中在仿生外形和基于关节的运动，而忽略了生物体常见的整体体积变化运动，例如呼吸、膨胀等。这些体积变化运动可能对人类感知机器人的“生命力”和“拟人化”程度产生重要影响。因此，本研究旨在探索这种体积变化运动对机器人拟人化感知的影响，并为未来的社交机器人设计提供新的思路。
核心思路：论文的核心思路是设计一种能够进行整体体积膨胀和收缩运动的机器人，并通过实验评估这种运动对人类感知到的拟人化程度的影响。通过控制单一电机，利用巧妙的机械结构实现平滑的体积变化，并结合移动能力，模拟生物体的动态特征，从而增强机器人的拟人化感知。
技术框架：MOFU机器人的整体架构包括以下几个主要部分：1) 一个用于实现膨胀和收缩运动的Jitterbug几何变换机构；2) 一个驱动Jitterbug机构的电机；3) 一个用于移动的差速双轮驱动机构；4) 一个包裹整个机构的蓬松外壳。通过控制电机，Jitterbug机构可以改变机器人的直径，从而实现整体体积的膨胀和收缩。双轮驱动机构则负责机器人的移动。蓬松的外壳旨在增强机器人的亲和力。
关键创新：本研究的关键创新在于：1) 提出了一种基于Jitterbug几何变换机构的机器人体积变化方法，能够通过单个电机实现平滑且可控的膨胀和收缩运动；2) 系统性地研究了体积变化运动对机器人拟人化感知的影响，并验证了其有效性。与传统的基于关节运动的机器人相比，MOFU通过模拟生物体的整体体积变化，为社交机器人设计提供了一种新的思路。
关键设计：Jitterbug机构的设计是关键。通过调整连杆的长度和连接方式，可以控制膨胀和收缩的范围和速度。实验中，MOFU的直径变化范围为210mm到280mm。此外，蓬松外壳的选择也至关重要，需要保证在膨胀和收缩过程中不会产生过大的阻力，同时又能提供良好的触感。Godspeed问卷系列被用于评估拟人化感知，包括类人性、类生物性、喜爱程度等多个维度。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，MOFU的膨胀收缩运动能够显著提高人类对其拟人化程度的感知。具体来说，与静止状态相比，膨胀收缩运动使拟人化评分显著提高。当膨胀收缩与移动相结合时，拟人化评分高于单独移动的情况。这些结果表明，整体体积变化运动是增强机器人拟人化感知的重要因素。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于社交机器人、治疗机器人和教育机器人等领域。通过赋予机器人体积变化的能力，可以增强其与人类的情感互动，提高治疗效果，并激发儿童的学习兴趣。例如，在儿童陪伴机器人中，膨胀和收缩运动可以模拟呼吸，使机器人更具生命力，从而更好地与儿童建立情感连接。在康复治疗中，体积变化运动可以用于辅助患者进行肢体训练。
📄 摘要（原文）
Robots designed for therapy and social interaction aim to evoke a sense of animacy in humans. While many studies have focused on life like appearance or joint based movements, the effect of whole body volume changing movements commonly observed in living organisms has received little attention. In this study, we developed MOFU MOrphing Fluffy Unit, a mobile robot capable of whole body expansion and contraction using a single motor enclosed in a fluffy exterior. MOFU employs a Jitterbug geometric transformation mechanism that enables smooth diameter changes from approximately 210 mm to 280 mm with a single actuator, and is equipped with a differential two wheel drive mechanism for locomotion. We conducted an online survey using videos of MOFU behaviors and evaluated perceived animacy using the Godspeed Questionnaire Series. First, we compared stationary conditions with and without expansion contraction and with and without rotational motion. Both expansion contraction and rotation independently increased perceived animacy. Second, we examined whether presenting two MOFUs simultaneously would further enhance animacy perception, but no significant difference was observed. Exploratory analyses were also conducted across four dual robot motion conditions. Third, when expansion contraction was combined with locomotion, animacy ratings were higher than for locomotion alone. These results suggest that whole body volume changing movements enhance perceived animacy in robots, indicating that physical volume change is an important design element for future social and therapeutic robots.