Emotional Expression in Low-Degrees-of-Freedom Robots: Assessing Perception with Reachy Mini

기술적 요약: 저자유도 로봇의 감정 표현: Reachy Mini 를 통한 지각 평가

문제 제기
감정 표현은 인간 - 로봇 상호작용 (HRI) 의 핵심 요소로, 로봇이 어떻게 이해되고 신뢰받으며 평가되는지에 영향을 미칩니다. 그러나 기존 문헌은 주로 풍부하고 인간형인 표현 채널 (예: 인간형 얼굴이나 고도로 구동되는 신체) 을 가진 로봇에 집중해 왔습니다. 희소하고 비인간형이며 구조적으로 제한된 표현 자원을 가진 로봇이 전달할 때 인간이 감정을 어떻게 해석하는지에 대한 이해에는 상당한 공백이 존재합니다. 구체적으로, 로봇의 움직임이 제한적이고 뚜렷하게 비인간적일 때 감정 소통의 어떤 측면이 여전히 가독성을 유지하는지는 명확하지 않습니다. 본 연구는 6 자유도 (DoF) 머리, 회전 기저부, 애니메이션 안테나를 갖추고 있으나 얼굴 표정은 없는 소형 저자유도 (low-DoF) 로봇인 Reachy Mini를 사용하여 감정 인식 및 사회적 평가의 지각적 한계를 조사함으로써 이 공백을 해소합니다.

방법론
본 연구는 미국과 영국에서 모집된 100 명의 참가자를 대상으로 한 피험자 내 실험 설계를 사용했습니다.

• 자극물: 참가자들은 Reachy Mini 가 분노, 슬픔, 두려움, 유머, 혐오, 기쁨, 사랑, 즐거움, 수치심, 흥미라는 특정 감정을 표현하는 10 개의 짧은 비디오 클립 (각 약 10 초) 을 시청했습니다. 제스처는 라반 움직임 분석 (LMA) 을 로봇의 사용 가능한 자유도 (DoF) 에 매핑하여 다양한 수준의 정서적 양극성 (valence) 과 각성 (arousal) 을 표현하도록 표준화된 모델을 사용하여 생성되었으며, 비언어적 오디오 단서가 수반되었습니다.
• 절차: 각 클립에 대해 참가자들은 세 가지 과제를 수행했습니다:
  1. 감정 인식: 제네바 감정 휠 (GEW) 에서 적응된 휠 기반 인터페이스를 통해 의도된 감정을 선택했습니다.
  2. 차원적 평가: 0~100 의 연속 척도에서 지각된 정서적 양극성 (부정에서 긍정) 과 각성 (수동에서 강렬) 을 평가했습니다.
  3. 사회적 평가: 로봇을 사회적 지각 특성 (따뜻함: 따뜻함, 매력적임, 신뢰할 수 있음, 친근함) 과 생동감 (살아있음, 자연스러움, 현실감, 인간다움) 에 대해 평가했습니다. 이는 로봇 사회적 속성 척도 (RoSAS) 와 인간 - 로봇 상호작용 평가 척도 (HRIES) 에서 파생된 척도를 사용했습니다.
• 분석: 데이터는 반복 측정을 고려하기 위해 피험자 군집 일반화 선형 모델과 선형 모델을 사용하여 분석되었습니다. 정확도는 여러 수준에서 평가되었습니다: 정확한 감정 라벨, 정서적 사분면 (긍정/부정 × 고/저 각성), 그리고 개별 정서적 양극성 및 각성 차원입니다. 사회적 특성 평가는 피어슨 상관관계와 일반화 추정 방정식 (GEE) 모델을 사용하여 연속적인 정서적 양극성 및 각성 점수와 상관관계가 분석되었습니다.

주요 결과

1. 가변적인 감정 인식: 정확한 감정 인식은 전체적으로 modest(30.5% 정확도) 였으며 표현 간에 매우 다양했습니다. 분노(81.8%), 흥미(62.2%), 슬픔(55.0%) 이 가장 신뢰할 수 있게 인식되었습니다. 반면, 혐오(0.0%), 사랑(1.0%), 수치심(2.0%), 즐거움(3.1%) 은 거의 올바르게 식별되지 않았습니다.
2. 광범위한 정서적 의미의 회복: 참가자들은 정확한 라벨보다 광범위한 정서적 구조를 회복하는 데 훨씬 더 성공적이었습니다. 정서적 사분면 (47.9%), 양극성 (65.9%), 그리고 각성 (67.8%) 을 평가할 때 정확도가 향상되었습니다. 특히 정확한 인식이 낮은 감정 (예: 슬픔) 의 경우에도 사분면 정확도는 여전히 높았으며 (98.0%), 이는 구체적인 라벨을 놓쳤을지라도 로봇이 일반적인 정서적 방향을 효과적으로 전달했음을 시사합니다.
3. 사회적 평가와 정서적 차원: 감정 표현은 사회적 인상에 상당한 영향을 미쳤습니다. 긍정적 표현은 부정적 표현보다 더 따뜻하고 사교적으로 평가되었습니다. 그러나 생동감(지각된 살아있음/인간다움) 은 조건 간에 거의 변하지 않았습니다.
   • 양극성은 사회적 따뜻함, 매력, 신뢰성, 친근함의 주요 예측 변수였습니다.
   • 각성은 지각된 생동감, 자연스러움, 현실감, 인간다움의 주요 예측 변수였습니다.
4. 정성적 피드백: 참가자들은 로봇을 "귀엽고" "애교가 있다"고 묘사했지만, 얼굴 단서의 부재로 인해 일부 표현은 "가장 적합한" 선택을 요구하여 인식이 고르지 않았다고 지적했습니다.

주요 기여

• 실증적 벤치마크: 본 연구는 사람들이 Reachy Mini 에서 감정 표현을 어떻게 지각하고 인식하는지에 대한 최초의 체계적인 실증 데이터를 제공하여, 이를 저자유도 정서적 소통의 벤치마크로 확립합니다.
• 인식과 가독성 간의 구분: 발견된 사실들은 정확한 감정 인식이 성공적인 표현의 유일한 척도라는 가정을 도전합니다. 본 연구는 저자유도 로봇이 세분화된 범주 인식이 실패할지라도 거친 정서적 의미 (양극성과 각성) 를 효과적으로 전달할 수 있음을 보여줍니다.
• 사회적 특성의 분리: 연구는 정서적 차원이 사회적 지각에 영향을 미치는 방식에서의 분리를 확인합니다: 양극성은 사회적 따뜻함 평가를 주도하는 반면, 각성은 생동감 지각을 주도합니다.
• 플랫폼 유용성: 표현 능력이 기술적으로 희소한 플랫폼에 특히 유용한 Reachy Mini 를 로봇 감정의 지각적 한계를 연구하는 데 유용한 테스트베드로 검증합니다.

의의 및 주장
저자는 본 연구가 제한된 로봇 플랫폼에서의 감정 소통의 한계와 능력을 명확히 한다고 주장합니다. 그 의의는 로봇의 정서가 해독되어야 할 신호일 뿐만 아니라 로봇의 관계적 의미를 형성하는 사회적 정보로서도 기능한다는 것을 입증하는 데 있습니다.

이 논문은 Reachy Mini 의 표현 능력이 균일하지는 않다는 점 (일부 감정은 가독성이 있지만 다른 감정은 그렇지 않음) 을 겸손하게 결론지으며, 더 넓은 정서적 프로필을 성공적으로 전달한다고 결론냅니다. 이는 HRI 설계에 있어 목표가 항상 정확한 감정 라벨링이 아니라 사회적 인상을 관리하기 위한 양극성과 각성의 신뢰할 수 있는 전달일 수 있음을 시사합니다. 본 연구는 의도된 표현이 항상 설계대로 해석된다는 가정을 넘어, 인간이 다양한 로봇 형태에서 감정을 어떻게 지각하는지에 대한 체계적인 이해를 개발하기 위한 귀중한 도구로서 Reachy Mini 를 위치시킵니다.