Design and Integration of Thermal and Vibrotactile Feedback for Lifelike Touch in Social Robots
作者: Jacqueline Borgstedt, Jake Bhattacharyya, Matteo Iovino, Frank E. Pollick, Stephen Brewster
分类: cs.RO, cs.HC
发布日期: 2025-12-19
💡 一句话要点
为社交机器人设计热触觉与振动触觉反馈，增强类生命触感
🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 社交机器人 触觉反馈 热触觉 振动触觉 人机交互 情感计算 生物生理信号
📋 核心要点
- 现有的社交辅助机器人缺乏生物触觉特征，限制了其在情感互动中提供逼真触感的能力。
- 该研究提出了一种多模态触觉原型，通过集成热触觉和振动触觉反馈来模拟生物生理信号，增强触觉体验。
- 通过用户和专家反馈迭代设计和校准触觉线索，旨在提供情感共鸣和生物学上合理的触觉交互。
📝 摘要（中文）
本研究针对现有社交辅助机器人（SARs）在触觉交互方面的局限性，特别是缺乏如体温、心跳或咕噜声等生物生理信号的丰富触觉线索，提出了一种多模态触觉原型。该原型通过集成热触觉和振动触觉反馈来增强PARO机器人，模拟生物生理信号。灵活的加热界面提供类似体温的温暖感，而嵌入式执行器产生类似心跳的节奏和连续的咕噜声感觉。这些触觉线索经过迭代设计和校准，并参考了用户和触觉专家的意见。本文概述了设计过程，并提供了可复现的指南，以支持开发具有情感共鸣和生物学上合理的SARs触觉交互。
🔬 方法详解
问题定义：现有社交辅助机器人（SARs）提供的触觉交互有限，缺乏生物生理信号，如体温、心跳或咕噜声等，导致用户难以获得情感上令人投入的、逼真的物理互动体验。因此，需要设计一种能够模拟这些生物信号的触觉反馈系统，以增强SARs的触觉交互能力。
核心思路：该研究的核心思路是通过集成热触觉和振动触觉反馈来模拟生物生理信号。通过提供类似体温的温暖感、心跳节奏和咕噜声感觉，增强SARs的触觉体验，使其更接近真实动物或人类的触感，从而提高用户的情感投入和互动体验。
技术框架：该研究基于PARO机器人，通过以下模块进行增强：1) 灵活加热界面：用于提供类似体温的温暖感。2) 嵌入式振动执行器：用于产生类似心跳的节奏和连续的咕噜声感觉。整个系统通过控制加热元件的温度和振动执行器的频率和幅度来模拟不同的生物生理信号。用户和触觉专家的反馈被用于迭代设计和校准这些触觉线索。
关键创新：该研究的关键创新在于将热触觉和振动触觉反馈集成到社交辅助机器人中，以模拟生物生理信号。与现有SARs仅提供有限的、被动的触觉交互相比，该研究提出的多模态触觉原型能够提供更丰富、更逼真的触觉体验，从而增强用户的情感投入和互动体验。
关键设计：关键设计包括：1) 加热界面的材料选择和布局，以确保提供均匀且安全的温暖感。2) 振动执行器的选择和放置，以产生逼真的心跳节奏和咕噜声感觉。3) 触觉线索的校准，通过用户和触觉专家的反馈，调整加热温度和振动频率/幅度，以达到最佳的触觉体验。具体的参数设置（如温度范围、振动频率范围）在论文中未明确给出，属于未知信息。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
该研究成功地将热触觉和振动触觉反馈集成到PARO机器人中，并设计了能够模拟体温、心跳和咕噜声等生物生理信号的触觉线索。通过用户和触觉专家的反馈，对这些触觉线索进行了迭代设计和校准，旨在提供情感共鸣和生物学上合理的触觉交互。具体的性能数据（如用户情感反应的量化指标）在论文中未明确给出，属于未知信息。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于社交辅助机器人领域，特别是针对需要情感支持的老年人、儿童或残疾人士。通过提供更逼真的触觉交互，增强机器人与用户之间的情感连接，提高用户的幸福感和生活质量。此外，该技术还可应用于虚拟现实、游戏等领域，提供更沉浸式的触觉体验。
📄 摘要（原文）
Zoomorphic Socially Assistive Robots (SARs) offer an alternative source of social touch for individuals who cannot access animal companionship. However, current SARs provide only limited, passive touch-based interactions and lack the rich haptic cues, such as warmth, heartbeat or purring, that are characteristic of human-animal touch. This limits their ability to evoke emotionally engaging, life-like physical interactions. We present a multimodal tactile prototype, which was used to augment the established PARO robot, integrating thermal and vibrotactile feedback to simulate feeling biophysiological signals. A flexible heating interface delivers body-like warmth, while embedded actuators generate heartbeat-like rhythms and continuous purring sensations. These cues were iteratively designed and calibrated with input from users and haptics experts. We outline the design process and offer reproducible guidelines to support the development of emotionally resonant and biologically plausible touch interactions with SARs.