A Soft Robotic Interface for Chick-Robot Affective Interactions
作者: Jue Chen, Alexander Mielke, Kaspar Althoefer, Elisabetta Versace
分类: cs.RO, cs.HC
发布日期: 2026-04-09
💡 一句话要点
提出一种面向雏鸡的软体机器人情感交互界面，提升动物-机器人交互的接受度。
🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 动物-机器人交互 软体机器人 情感交互 动物福利 雏鸡 视觉刺激 热刺激
📋 核心要点
- 动物-机器人交互（ARI）在动物福利方面的潜力取决于动物对机器人的接受程度，现有方法缺乏有效的情感交互界面。
- 设计了一种软体机器人情感交互界面，通过提供温暖、呼吸式变形和面部视觉刺激等线索，提升雏鸡对机器人的接受度。
- 实验表明，雏鸡对温暖刺激表现出强烈偏好，面部视觉线索加速了接近速度，验证了该界面在促进早期雏鸡-机器人交互方面的有效性。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种以动物为中心的软体机器人情感交互界面，用于新孵化的雏鸡（Gallus gallus）。该软界面提供安全且可控的线索，包括温暖、类似呼吸的节律性变形和类似面部的视觉刺激。通过视频跟踪测量雏鸡的自发接近和触摸反应，评估了雏鸡对界面的接受程度以及雏鸡-机器人交互。总体而言，雏鸡接近并在界面上或附近花费的时间越来越多，表明它们接受该设备。在不同的布局中，雏鸡对温暖的热刺激表现出强烈的偏好，并且随着时间的推移而增加。类似面部的视觉线索引发了快速而稳定的偏好，加速了对触觉界面的初始接近。虽然呼吸线索没有引起任何偏好，但也没有引发回避，为进一步探索铺平了道路。这些发现将情感界面概念转化为动物-机器人交互，表明适当的软性、热和视觉刺激可以维持早期的雏鸡-机器人交互。这项工作为设计用于动物福利和神经科学研究的多模态机器人设备建立了一个可靠的评估协议和一个安全的基线。
🔬 方法详解
问题定义：现有动物-机器人交互系统在设计上往往缺乏对动物情感需求的充分考虑，导致动物对机器人的接受度较低，限制了其在动物福利和神经科学研究中的应用。尤其是在早期阶段，如何设计一种安全、非威胁且具有吸引力的机器人界面，以促进动物与机器人之间的积极互动，是一个关键问题。
核心思路：本文的核心思路是设计一种以动物为中心的软体机器人情感交互界面，通过模拟动物喜欢的刺激（如温暖、节律性运动和熟悉的面部特征），来提高动物对机器人的接受度。这种方法强调了情感因素在动物-机器人交互中的重要性，并试图通过提供积极的情感体验来建立动物与机器人之间的联系。
技术框架：该系统主要包含以下几个模块：1) 软体机器人本体：采用柔软材料制成，确保与动物接触时的安全性；2) 热刺激模块：通过加热元件提供可控的温暖刺激；3) 呼吸模拟模块：通过气动系统实现类似呼吸的节律性变形；4) 视觉刺激模块：提供类似面部的视觉图案；5) 视频跟踪系统：用于记录和分析动物的行为反应。整体流程是，首先将雏鸡放置在包含该界面的环境中，然后通过控制各个模块的刺激参数，观察和记录雏鸡的接近、触摸和停留时间等行为指标。
关键创新：该论文的关键创新在于将情感交互的概念引入到动物-机器人交互领域，并设计了一种能够提供多种情感刺激的软体机器人界面。与传统的刚性机器人相比，软体机器人更加安全，能够更好地适应动物的身体结构。此外，该研究还建立了一套可靠的评估协议，用于评估动物对机器人界面的接受程度。
关键设计：在热刺激模块中，温度被控制在一定范围内，以避免对雏鸡造成伤害。呼吸模拟模块的频率和幅度经过精心设计，以模拟自然呼吸的节奏。视觉刺激模块采用了简单的面部图案，以引发雏鸡的本能反应。视频跟踪系统采用了自动化的图像处理算法，能够实时分析雏鸡的行为数据。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，雏鸡对温暖的热刺激表现出显著的偏好，并且随着时间的推移，这种偏好逐渐增强。面部视觉线索能够加速雏鸡对机器人的接近速度，表明视觉刺激在建立早期交互方面具有重要作用。虽然呼吸线索没有引起明显的偏好，但也没有引发回避行为，为进一步探索呼吸刺激在动物-机器人交互中的应用提供了可能性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于动物福利领域，例如为农场动物提供舒适的生长环境，减少压力和焦虑。在神经科学研究中，该界面可用于研究早期社会行为的发展以及情感刺激对大脑的影响。此外，该技术还可扩展到其他动物物种，为更广泛的动物-机器人交互应用提供参考。
📄 摘要（原文）
The potential of Animal-Robot Interaction (ARI) in welfare applications depends on how much an animal perceives a robotic agent as socially relevant, non-threatening and potentially attractive (acceptance). Here, we present an animal-centered soft robotic affective interface for newly hatched chicks (Gallus gallus). The soft interface provides safe and controllable cues, including warmth, breathing-like rhythmic deformation, and face-like visual stimuli. We evaluated chick acceptance of the interface and chick-robot interactions by measuring spontaneous approach and touch responses during video tracking. Overall, chicks approached and spent increasing time on or near the interface, demonstrating acceptance of the device. Across different layouts, chicks showed strong preference for warm thermal stimulation, which increased over time. Face-like visual cues elicited a swift and stable preference, speeding up the initial approach to the tactile interface. Although the breathing cue did not elicit any preference, neither did it trigger avoidance, paving the way for further exploration. These findings translate affective interface concepts to ARI, demonstrating that appropriate soft, thermal and visual stimuli can sustain early chick-robot interactions. This work establishes a reliable evaluation protocol and a safe baseline for designing multimodal robotic devices for animal welfare and neuroscientific research.