1. 概述 由于人機(jī)交互中兩個(gè)最重要的主體分別為人類和機(jī)器人，因此人機(jī)交互的研究方法大致上可以分為兩類，以機(jī)器人為中心的研究，和以用戶為中心的研究。 以機(jī)器人為中心的研究主要關(guān)心的是機(jī)器人...

1. 概述

由于人機(jī)交互中兩個(gè)最重要的主體分別為人類和機(jī)器人，因此人機(jī)交互的研究方法大致上可以分為兩類，以機(jī)器人為中心的研究，和以用戶為中心的研究。

以機(jī)器人為中心的研究主要關(guān)心的是機(jī)器人的發(fā)展和技術(shù)上問題，在研究中，用戶在研究中主要扮演的測(cè)試員，檢查功能是否有用或高效。

在以用戶為中心的研究中，則更關(guān)心人機(jī)交互過程中人類的體驗(yàn)。以用戶為中心的研究，在產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節(jié)有著廣泛的應(yīng)用。并有一套標(biāo)準(zhǔn)的研究模型 ISO 9241-210:2019。此模型是由 場(chǎng)景分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和研發(fā)，用戶評(píng)估 三個(gè)環(huán)節(jié)所構(gòu)成的循環(huán)。

2. 定義研究問題和方法

2.1 探索實(shí)驗(yàn)還是認(rèn)證實(shí)驗(yàn)？

HRI 以結(jié)果為導(dǎo)向可以分為探索性實(shí)驗(yàn)和認(rèn)證性實(shí)驗(yàn)。探索性實(shí)驗(yàn)是搭建一個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，但并沒有一個(gè)確定的問題，比如：”人們會(huì)怎樣在家使用掃地機(jī)器人？”。而認(rèn)證性實(shí)驗(yàn)則會(huì)提出一個(gè)假設(shè)，比如：”人們認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)該有性別”。通常我們?cè)谔岢鲆粋€(gè)假設(shè)的時(shí)候，自己手中已經(jīng)提前掌握了一些支撐性的論據(jù)，但這些論據(jù)無法完全支持假設(shè)，因此建立實(shí)驗(yàn)。

2.2 相關(guān)還是因果？

除了探索性或認(rèn)證性之外，你還需要確認(rèn)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的感興趣的變量之間建立相關(guān)性或因果關(guān)系。假如我們認(rèn)為 “助教機(jī)器人會(huì)讓青少年更愛學(xué)習(xí)”，那么其中的變量就是青少年是否擁有機(jī)器人，以及他們的學(xué)習(xí)時(shí)間。為了研究者兩個(gè)變量之間的關(guān)系，我們需要將實(shí)驗(yàn)者分為兩組（這兩組樣本應(yīng)該具有相同特性，比如年齡范圍，家庭條件等），一組擁有機(jī)器人，另一組只有課本，然后分別測(cè)量他們的學(xué)習(xí)時(shí)間。假如擁有機(jī)器人的一組學(xué)習(xí)時(shí)間更長(zhǎng)，那么我們就可以說是機(jī)器人造成了青少年更愛學(xué)習(xí)。但我們無法說明是否擁有機(jī)器人與學(xué)習(xí)時(shí)間之間的相關(guān)性（因?yàn)闄C(jī)器人變量只有0和1的區(qū)別）。

3. 定性、定量和混合方法？

在提出研究問題的時(shí)候需要考慮使用定性，定量還算混合方法。比如之前的問題 “助教機(jī)器人會(huì)讓青少年更愛學(xué)習(xí)” 就是一個(gè)定性方法。而 “一個(gè)倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人一天可以放置 10 噸貨物” 則是定量方法。

3.1 用戶研究

用戶研究即有用戶參與的研究（不是所有研究都是由用戶參與的）。舉一個(gè)用戶研究的例子，實(shí)驗(yàn)的假設(shè)是 “人們認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)該有性別” 那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)的變量有：機(jī)器人的性別（男，女，中，無）。由于實(shí)驗(yàn)參與者的性別可能也會(huì)影響到他們對(duì)于假設(shè)的判斷，因此我們將實(shí)驗(yàn)者的性別設(shè)置為一個(gè)因變量（男，女，中）。在隨后的實(shí)驗(yàn)中，我們查看不同性別的人對(duì)于認(rèn)為的機(jī)器人性別。即用戶研究，是研究人類對(duì)于和機(jī)器人交互的態(tài)度。

3.2 系統(tǒng)研究

系統(tǒng)研究則是研究機(jī)器人的技術(shù)能力。比如機(jī)器人的語音識(shí)別能力。假如在設(shè)計(jì)階段，我們的數(shù)據(jù)集里只有成年人的聲音，那么我們?cè)谙到y(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)中便可以找來一些小孩子，讓他們與機(jī)器人進(jìn)行互動(dòng)，然后查看機(jī)器人對(duì)于小孩子的聲音識(shí)別效果。

這里其實(shí)還有很多中研究形式，但這里不再一一介紹了，感興趣的同學(xué)可以查看書籍 《Human–Robot Interaction: An Introduction — Christoph Bartneck》。其余研究方式還有：

對(duì)話研究觀察研究種族研究單目標(biāo)研究眾包研究

4. 選擇實(shí)驗(yàn)參與者和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)參

實(shí)驗(yàn)者是 HRI 實(shí)驗(yàn)中的必要因素。那么誰可以被當(dāng)作實(shí)驗(yàn)參與者則是一個(gè)重要的問題。實(shí)驗(yàn)中最常見的實(shí)驗(yàn)參與者是高校的學(xué)生，因?yàn)樗麄冸x實(shí)驗(yàn)室近。但是，我們也要考慮我們的實(shí)驗(yàn)問題是什么，如果我們需要研究 “機(jī)器人對(duì)于兒童的影響” 那么實(shí)驗(yàn)者就必須與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)一致。并且我們需要保證有足量且多樣的實(shí)驗(yàn)參與實(shí)驗(yàn)，我們才能夠保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普適性。但是一般性的實(shí)驗(yàn)中，我們假認(rèn)為學(xué)學(xué)生是具有多樣性的普適人群，因此可以作為實(shí)驗(yàn)者。但在選擇高校學(xué)生的時(shí)候，我們也要主要平衡參與者的性別，與學(xué)生的學(xué)術(shù)背景。因?yàn)橥ǔＲ粋€(gè)學(xué)習(xí)工程類學(xué)科（尤其是機(jī)器人學(xué)）的學(xué)生對(duì)于機(jī)器人和機(jī)器人技術(shù)有著更高的興趣和更快的理解能力。如果我們想要獲取更多普通人對(duì)機(jī)器人的感受，則應(yīng)該關(guān)注參與者的背景。最后一點(diǎn)是一定要保證有足量的實(shí)驗(yàn)參與者，少量的參與者往往會(huì)使數(shù)據(jù)存在偏差 (Bias)。

4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通常來說，一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)需要至少25個(gè)參與者每組，具體的數(shù)量依據(jù)實(shí)驗(yàn)本身而定。在 “between-subjects design” 中，實(shí)驗(yàn)者需要被隨機(jī)分配到每個(gè)組里。兩組實(shí)驗(yàn)的平均數(shù)可以進(jìn)行相互對(duì)比。而在 “within-subjects design” 中，實(shí)驗(yàn)者需要參加每一組的實(shí)驗(yàn)，這樣的一個(gè)人對(duì)不同的組的評(píng)價(jià)便可以進(jìn)行對(duì)比。但是在第二種設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要注意實(shí)驗(yàn)先后順序?qū)τ趨⑴c者的影響，因此讓實(shí)驗(yàn)者按照隨機(jī)順序參與實(shí)驗(yàn)組會(huì)減少誤差。

有些時(shí)候，參與者會(huì)被要求填寫調(diào)查問卷。調(diào)查問卷通常會(huì)被設(shè)置為多選題或者程度 (Likert scale)。程度一般被用于表示參與者對(duì)于描述的認(rèn)可，一般分為五個(gè)等級(jí)。 1(非常同意)，5（非常不同意）。最后也有一些主觀題，讓參與者描述自己的想法或感受。

5. 定義交互場(chǎng)景

5.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

通常來說，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)分為實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地（比如在醫(yī)院研究醫(yī)療機(jī)器人）。但通常情況下，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)更多的還是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室中，不可以預(yù)知的變量數(shù)更少，因此研究員可以對(duì)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景，環(huán)境，時(shí)間，任務(wù)等有著更大的把握。但是實(shí)地實(shí)驗(yàn)更貼近機(jī)器人的日常應(yīng)用環(huán)境，因此在實(shí)地實(shí)驗(yàn)的過程，研究員會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的實(shí)驗(yàn)變量，甚至存在的隱患。因此實(shí)地實(shí)驗(yàn)也是非常重要的。

5.2 HRI 的時(shí)間背景

通常實(shí)驗(yàn)室中的 HRI 實(shí)驗(yàn)都是短期，15分鐘左右的。但大多數(shù)人在實(shí)驗(yàn)前期（10min之內(nèi)）對(duì)實(shí)驗(yàn)或機(jī)器人還不夠了解，因此參與者前期的表現(xiàn)和后期的表現(xiàn)可能會(huì)存在差異。因此，很多產(chǎn)品級(jí)的機(jī)器人，需要以月甚至年為單位進(jìn)行測(cè)試，從而探索在長(zhǎng)期接觸下，人類對(duì)于機(jī)器人的態(tài)度。

5.3 HRI 中互動(dòng)的社會(huì)單位

目前來說，我們的實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)實(shí)驗(yàn)者與一個(gè)機(jī)器人為單位進(jìn)行的。但實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中也存在有多人多機(jī)器人的情況。在這樣的場(chǎng)景下，實(shí)驗(yàn)者的行為很有可能與單個(gè)機(jī)器人單獨(dú)相處產(chǎn)生差異。

6. 實(shí)驗(yàn)的測(cè)量指標(biāo)

在社科中實(shí)驗(yàn)指標(biāo)通常被分為直接測(cè)量指標(biāo)和間接測(cè)量指標(biāo)。直接測(cè)量的指標(biāo)包括在調(diào)查問卷里問一些實(shí)驗(yàn)變量。但要注意的是，有些情況下，實(shí)驗(yàn)者并不會(huì)填寫自己的真實(shí)感受，例如，在被問到 “你在多大程度上同意機(jī)器人對(duì)你的生活會(huì)有好的影響？” 時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可能會(huì)為了表現(xiàn)自己 “nice” 的一面而填寫出比實(shí)際感受更好的答案。因此一些間接的測(cè)量指標(biāo)也非常重要，比如在手術(shù)機(jī)器人中，測(cè)量手術(shù)進(jìn)行的時(shí)間，因?yàn)橥ǔ］^短的時(shí)間意味著手術(shù)更加高效，更好。因此一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)需要一定的直接測(cè)量指標(biāo)以及間接測(cè)量指標(biāo)。

上篇：HRI1. 人機(jī)交互簡(jiǎn)介 (Human-Robot-Interaction Intro)本文使用 Zhihu On VSCode 創(chuàng)作并發(fā)布