摘要：要估计一块石头的重量，你会把它捡起来。它是粗糙的还是光滑的？你会用手指抚摸它。我们不断地通过触觉收集信息，而触觉与我们的运动方式密切相关。人类探索物理世界的运动模式长期以来一直受到广泛研究，涵盖从人类心理学到机器人感知的各个领域。心理学家将这些运动称为“探索性

要估计一块石头的重量，你会把它捡起来。它是粗糙的还是光滑的？你会用手指抚摸它。我们不断地通过触觉收集信息，而触觉与我们的运动方式密切相关。人类探索物理世界的运动模式长期以来一直受到广泛研究，涵盖从人类心理学到机器人感知的各个领域。心理学家将这些运动称为“探索性程序”——利用触觉来达到目标，例如识别重量或粗糙度等属性。

哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员想知道，当人们在没有明确目标的情况下遇到陌生物体时，是否会出现其他新的运动模式。一项由机器人研究员兼艺术家布斯·阿克塔什（Buse Aktaş，曾就读于SEAS研究生，现任马克斯·普朗克智能系统研究所研究组组长）领导的研究，将互动艺术与观察科学相结合，探究开放式触觉如何催生新的、独特的运动类型。

该研究结果发表在《PLOS One》杂志上，可能会推动人机交互或人机交互的进步，或在医疗、工业或艺术应用中更复杂地使用人类的触觉反应。

“我对工程设计原理如何映射到人类行为非常感兴趣——特别是在创造性的环境中，如果我们给予研究对象创造的自由，”Aktaş 说道，她在攻读博士学位期间与 SEAS 的 Abbott 和 James Lawrence 工程学教授 Robert Howe 一起领导了该项目。

METHOD

类似艺术装置的实验

在他们的研究中，Aktaş 及其团队设计了一个类似艺术装置的实验，系统地观察人们如何触摸和与不熟悉的物体互动。在研究设计方面，他们聘请了卡内基梅隆大学的合著者 Roberta Klatzky 担任专家，她是触觉（触觉感知）心理学领域的顶尖专家。

在数据收集过程中，40名参与者在三个放置各种物品的站点之间循环，有些是熟悉的——比如薯片袋和擀面杖——有些是抽象的，比如带有黑色条纹的紫色几何图形。第三个站点是仿生的，由一个类似肠子的管状结构组成，上面有柔软的尖刺。

每个结构都会通过泵送空气周期性地变硬和变软，以便研究人员能够观察参与者对意外的身体状态变化的反应。所有互动都被记录并分析。

研究结束后，阿克塔什在哈佛艺术实验室创作了相关的艺术装置。

论文指出，详细分析显示，参与者执行了“独特且可靠可观察的互动程序”。这些行为可能都与参与者在遇到奇怪物体时设定的“自我目标”相关，例如收集信息、操纵或玩耍。

阿克塔什说：“我认为最大的收获之一是，即使你没有给人们设定目标，他们也会自己制定目标。”

SIGNIFICANCE

物理交互的新类别

出现了四类物理交互。在“被动观察”交互中，用户几乎无需触碰即可了解物体的属性，例如悬停双手或后退观察。“主动感知”交互通过触碰为参与者提供更多信息，例如按压、提起或摩擦。“建设性”动作用于创建新的形状或排列，例如堆叠、盘绕、折叠、压平或打结或压痕。最后，“享乐性”动作引发感官体验，例如抚摸、轻弹或按摩。

研究人员发现，运动模式会根据物体的类型而变化。在抽象的站点中，人们会进行更多“建设性”的互动，但在薯片袋站点中，他们则更加被动和观察，这表明对物体的先前了解会影响随后的身体互动内容和互动程度。

他们还发现，状态变化（例如变硬和变软）往往会延长人们与物体进行物理互动的时间。

研究人员写道，这些类别和观察可以为更有目的性地设计互动体验奠定基础——例如，在沉浸式视频游戏中，区分被动观察和主动感知可以告知视觉和触觉线索的平衡。

研究人员写道，这些结果对于设计“安全、流畅、直观、丰富”的人机协作交互协议也具有重要价值。这可能会对艺术博物馆或房地产领域日益普及的虚拟导览和漫游，以及以开放式探索为核心体验的电脑游戏产生影响。

随着机器人系统越来越多地通过智能和响应材料嵌入智能，通过材料设计引发人类互动是这项工作的另一个潜在方向。

新闻来源：Tech Xplore

论文参考：DOI: 10.1371/journal.pone.0331844

来源：启真脑机智能基地