当谈论HCI的学习与设计创新时，我们的注意通常聚焦在【人】与【机器】的关系，以及【人机互动】、【人机互动过程中所处环境】的思考中。 但组成我们真实世界的要素，其实远不止人与机器，只是我们习惯于将“主角视角”局限在了【以人与人造物为中心世界的剧本】中。
诺丁汉大学的研究团队就将视角切入到了一个让 机器人和猫共同生活的环境——他们设计了一个名为 Cat Royale 的项目，让机器人不再是冷冰冰的工业产品，而是能够与我们的宠物猫和谐共处的伙伴。
机器人与猫共处互动的艺术项目Cat Royale
这个项目不仅仅是技术上的挑战，更是设计理念的革新。它 要求设计师们跳出传统的人机交互框架，考虑如何让机器人与非人类生物互动， 同时确保所有参与者的福祉。这种 跨物种的设计思维，为我们提供了一个全新的视角，让我们重新思考机器人在日常生活中的角色。
论文初探
机器人与猫共存的新世界
研究团队开发的Cat Royale的创新项目， 是一个艺术与科技结合的实验，旨在设计一个机器人和三只猫共同生活的空间。 这个项目持续了12天，每天有6小时，机器人会通过各种玩具和猫咪们互动。这项研究不仅关注于如何让机器人技术与动物和谐相处，还探讨了这种互动对猫咪福利和人类对自主系统信任的影响。
在引言部分论文指出， 随着机器人逐渐进入我们的日常生活，它们不可避免地会与动物相遇。 这些相遇可能是偶然的，比如猫咪骑在扫地机器人上，或者导盲犬对快递机器人感到困惑。但也可以是有意设计的，比如为动物服务的机器人。尽管这种相遇是不可避免的， 但我们对如何为动物设计机器人却知之甚少。Cat Royale项目正是为了探索这个问题，通过实际的设计与实验，积累关于机器人与动物互动的知识。
论文图1展示了机器人猫玩乐系统的不同部分
左侧为控制室，从前往后依次是操作员、艺术家和视觉混合器
中心区域是“Cat Royale”围栏，其中央是Clover正在与机器人部署的绳子玩耍
不少设计专业的同学，偏爱探索“为动物而设计”的设计项目，比如为小猫&小狗设计智能产品。这篇论文也启发我们， 设计不仅仅是技术层面的，还包括了技术运作的“世界”。这意味着，当我们设计机器人时， 不仅要关注机器人和它的互动系统，还要考虑它所处的环境，以及这个环境如何影响所有参与者，包括人类和动物。
Cat Royale项目通过创造一个“猫的乌托邦”，展示了如何综合考虑这些因素，为未来的 多物种交互系统设计提供了宝贵的见解。
深入一点
理解多物种交互系统设计
1、与猫猫玩乐相关的数字技术与产品
猫咪玩具市场
随着科技的发展，猫咪玩具市场也迎来了智能化、数字化的浪潮。这些玩具不仅包括传统的羽毛棒和机械老鼠，还扩展到了智能玩具，如自动激活的智能盒子和能够躲避障碍的电动老鼠。这些智能玩具能够根据猫咪的行为进行互动，增加了游戏的趣味性和互动性。
例如，Petlibro的Pixie Mouse Interactive Toy就是一个结合了传统猫咪追逐本能和现代传感器技术的智能玩具，它能够自动移动，吸引猫咪的注意力，并与其互动。
Pixie Mouse Interactive Toy
数字屏幕与猫咪互动
论文中提到，有相关研究人员探索了 数字屏幕如何成为人类和猫咪共享玩乐体验的媒介。 例如，Noz和An开发的iPad游戏应用能够利用猫咪的追逐本能，通过屏幕上的虚拟老鼠图标与猫咪进行互动。这类应用不仅为猫咪提供了视觉和听觉上的刺激，还允许人类通过手机应用控制虚拟老鼠的移动，增加了人与宠物之间的互动和联系。
Cat cat revolution: an interspecies gaming experience
该应用游戏的界面包括一个鼠标图标，在屏幕上随机运行，产生声音并改变方向、速度和方向；iPhone 上的一个相关应用也允许人类控制虚拟鼠标的运动变量。
论文也提到了 Westerlaken 和Gualeni 开发的平板电脑游戏，通过一个显示虚拟水族馆的界面，让猫和人类一起玩。这个游戏为 猫提供了视觉和音频反馈，而界面允许人类玩家修改一些游戏的变量。
Grounded Zoomorphism: An Evaluation Methodology forACI Design
这类案例启示了如何通过数字界面设计来增强人与宠物之间的情感纽带，同时也提出了如何确保这种互动对动物福利无害的挑战。
专属猫猫的智能环境和机器人
论文提到了Pons等人先前的工作的目的是开 发智能、多模态的玩乐环境，这些环境利用机器学习和身体交互，涉及多个技术元素，以根据猫的反应提供适应性体验来吸引猫。 为此，研究人员开发了一个基于深度跟踪系统，使用微软Kinect传感器数据，用于检测环境中猫和其他玩家的位置、姿势、手势和视野。
Developing a depth-based tracking system for interactiveplayful environments with animals
我们可 将通用型机器人视为智能环境的一种形式，尤其是那些能够学习和适应的。在动物-机器人交互中，无论动物是否是目标用户，追求这一目标都需要机器人正确地解读动物的通信模式，并允许它们提供输入，根据动物可能表达的需求和愿望安全且适当做出回应。
2、 机器人世界和数字生态学
机器人与环境的互动设计
随着机器人技术的发展， 人们开始关注如何设计机器人与其所处环境的互动。 例如，论文提到Moxi机器人通过在 门上部署机器人可读的贴纸来解决开门的问题，而SN机器人则通过调解孤独个体之间的社会互动，并最终减少孤独感。
机器人的设计不仅仅是机器人本身，还包括其所处的环境。 从交互设计的专业视角切入，这启示我们在设计机器人时，需要考虑到机器人如何与其环境互动，以及如何通过环境设计来增强机器人的功能和用户体验。
数字技术的生态学方法
在设计数字技术时，采用 生态学方法意味着要考虑到技术所处的更广泛环境，包括人、技术、实践和价值。 这种方法 强调了技术与其环境之间的相互作用，而不仅仅是技术本身。
在回顾了有关数字技术生态学方法的129项工作后，Lyle等人识别出四种关键类型：
- 信息生态学 是人们、技术和价值观在一个本地环境中的系统；
- 设备生态学 是互联设备的系统；
- 艺术生态学 强调艺术品与实践的关系；
- 通信生态学 强调通信实践。
他们进一步建议将生态学视为 三个层次的规模考虑：
- 个体、物品和任务的微观尺度；
- 人和实践的中观尺度；
- 组织和活动系统的宏观尺度。
其他人则使用“生态系统”一词来描述 数字技术存在的更广泛的组织背景，包括支撑信任的监管和治理结构。简而言之， 在技术存在范围内的更广泛生态学可以采取多种形状和形式，但本质上涉及远远超出仅设计技术的设计。
例如， Stewart Brand的“剪切层”理论 提供了一个框架，用于理解建筑随时间的演变——
1）“物理场地”，由地理场定义了结构的边界；
2）“结构”，即建筑或结构本身；
3）“皮肤”，体现在结构的立面和墙壁上；
4）“服务”，包括电线和其他基础设施以运行和维护它；
5）“空间计划”，是空间布局，包括放置墙、门和地板；
6）“短期存在的物品”，如家具和装饰品，它们比静态和永久性更动态和临时
但所有六层—— “皮肤、服务、空间计划和短期存在的物品” 是最直接地在设计和部署任何新技术时需要考虑的。这种思维方式鼓励我们 超越单一设备的设计，考虑技术如何与用户的日常生活和环境相融合。
从顶刊中学习设计项目创新
Cat Royale有何妙处？
还对理论知识感到抽象难懂？我们来直接看看完整的 Cat Royale 的设计系统——
1、设计外壳：猫的乌托邦
设计灵感与功能
Cat Royale项目的外壳设计灵感来源于70年代的艺术作品，如Verner Panton的Visiona II展览，旨在创造一个既适合猫居住又吸引观众眼球的豪华环境。 这个外壳不仅是猫的家，也是它们的游乐场。设计团队考虑到猫的天性，比如喜欢高处、需要隐蔽的地方休息和玩耍，因此在外壳中设置了高架平台、休息区、悬空走道等。
这些设计既满足了猫的生理和心理需求，也保证了它们在与机器人互动时的安全。 外壳的设计经过了多次迭代，从草图到3D模型，最终形成了一个既美观又实用的猫的乌托邦。
论文中的图3，展示了从最初的灵感到最终全尺寸安装的装置设计过程。从左上角开始，首先是一系列迭代设计，受到Verner Panton艺术作品的启发。接下来是3D渲染和比例模型，最后展示的是最终的全尺寸安装。
人机交互的考量
外壳的设计不仅要考虑猫的需求，还要考虑人类的观看体验。外壳内部装有八个摄像头，实时捕捉猫和机器人的互动，而外壳的设计也使得这些摄像头能够捕捉到最佳视角。
此外，外壳的外观设计也考虑到了观众的感受，通过视觉传达猫的奢华生活，增强了观众的观赏体验。外壳的入口和双向镜设计使得人类在不干扰猫的情况下，能够进入外壳进行维护和清理，体现了人机交互中对人类角色的细致考量。
2、猫：项目的核心参与者
猫的选择与福祉
在Cat Royale项目中，三只猫不仅是实验对象，更是项目的核心参与者。为了确保它们的福祉，项目团队精心挑选了三只猫，确保它们在进入外壳前已经相互熟悉，减少压力。猫的主人也被要求在项目期间住在附近，以便于猫在需要时能够得到熟悉的陪伴和照顾。此外，为了确保猫的健康和安全，项目团队还制定了详细的福利协议，包括食物、水的供应，以及定期的健康检查。
从左到右的三只猫猫：Clover，Pumpkin和Ghostbuster。
猫的参与与反馈
猫的参与是项目成功的关键。 猫对机器人的互动反应，如玩耍、休息或撤退，都被实时记录和评估。 这些反馈信息对于调整机器人的行为至关重要，以确保猫的福祉和提高互动的质量。猫的每一个动作和反应都被用来训练和优化机器人的决策引擎，使其能够更好地理解和响应猫的需求。 这种以猫为中心的设计方法，不仅提升了猫的体验，也为交互设计提供了宝贵的数据和见解。
3、机器人及其底层系统：智能互动的核心
机器人的选择与功能
Cat Royale项目中的机器人是与猫互动的核心。项目团队选择了Kinova Gen3 lite机器人臂，这是一个小型协作机器人，具有6个自由度和0.76米的到达范围。这个机器人的选择考虑了猫的安全和舒适性，确保猫可以轻松地从机器人旁边撤退。机器人配备了定制的末端执行器，可以安全地抓取和操作各种玩具，从而与猫进行互动。
论文中的图5，展示了机器人系统的一些关键组件， 包括iPhone、决策引擎、计算机视觉系统以及紧急停止按钮等。 这些组件共同协作，使机器人能够执行各种任务并保持安全。首先，可以看到一个装有八个iPhone的外壳（图5.1），这些设备用于提供视觉输入和输出。其次，显示了决策引擎的推荐结果（图5.2）。该系统建议使用名为Clover的猫来完成直升机游戏任务，并选择直升机作为玩具。此外，还可以看到一些元数据，例如日志文件的相关信息。
接下来，计算机视觉系统被用来识别南瓜和Clover（图5.3）。每个物体都被高亮显示在一个边界框内，以便于观察者快速识别它们。最后，在操作员旁边的桌子上放置了一个紧急停止按钮（图5.4），以确保在需要时可以立即停止机器人的运行。
软件系统的协同工作
机器人的智能不仅仅在于硬件，还在于其底层软件系统。 项目团队开发了三个软件组件： 计算机视觉系统、决策引擎和机器人控制系统。
计算机视觉系统 能够识别每只猫及其在外壳中的位置，以便机器人可以针对特定的猫进行游戏。 决策引擎 则是机器人自主性的核心，它根据收集到的数据推荐游戏活动，而 机器人控制系统 则负责执行这些活动。这些软件系统的协同工作，使得机器人能够与猫进行复杂而安全的互动。
4、玩具、架子和机器人运动：互动的媒介
玩具的设计和多样性
在Cat Royale项目中 ，玩具不仅是猫的玩物，也是机器人与猫互动的媒介。 项目团队设计了多种玩具和附件，以丰富猫的玩耍体验。这些玩具包括羽毛、枕头、零食、铃铛和球等，它们通过机器人的运动与猫进行互动。为了增加互动的多样性，项目团队还设计了定制的末端执行器，使得机器人能够操作更多的物品，从而提供更丰富的游戏体验。
论文图6，展示了机器人可用的各种球以及玩具架。左上角展示了四种不同类型的球供机器人使用。左下角展示了一个带有四个末端执行器的玩具架，用于放置球和零食（右侧的架子）以及连接各种玩具（左侧的三个架子）。右图展示了可以与三种末端执行器一起使用的各种羽毛玩具。
机器人运动的创新
机器人的运动是Cat Royale项目中的另一个创新点。机器人需要能够执行一系列复杂的动作，如拖动、悬挂、投掷和提供等，以吸引猫的注意力。这些动作不仅需要吸引猫，还要确保它们的安全。随着项目的进行，机器人的运动库不断扩展，新的运动方式被添加进来，以保持猫的兴趣和参与度。 这种对机器人运动的创新，展示了如何通过物理互动来增强机器人与动物之间的互动质量。
5、人机交互：项目的灵魂
人类角色的多样性
Cat Royale项目展示了人机交互中人类角色的多样性。 项目团队包括艺术家、机器人操作员、动物福利官员、玩具管理员和观众等。 这些角色共同确保了项目的顺利进行，从确保猫的福祉到提供观众的观赏体验。每个角色都对项目的最终效果有着重要的影响，体现了人机交互中人类不可或缺的作用。
人机交互的实时监控与反馈
在Cat Royale项目中，人类不仅参与了项目的实施，还通过实时监控和反馈来调整机器人的行为。例如，动物福利官员会定期评估猫的压力水平，而艺术家和机器人操作员则根据猫的反应来调整机器人的动作。这种实时的人机交互确保了猫的福祉，并提高了互动的质量。通过这种方式，Cat Royale项目展示了 人机交互中人类智慧和机器人技术如何共同创造有意义的体验。
语料积累——设计机器人的世界
论文提供了哪些新思路？
要点一：超越设备的设计思维
设计机器人的物理世界
论文《Designing Multispecies Worlds for Robots, Cats, and Humans》提出了一个核心观点： 设计机器人不仅仅是设计机器人本身，而是要设计机器人所处的整个物理世界。 这意味着，设计师需要考虑机器人如何与环境互动，包括空间布局、物体（玩具、家具等）的布置，以及如何提供服务（如电力供应、网络连接等）。
这种设计思维要求我们从更宏观的角度出发，考虑机器人与环境的和谐共存，而不仅仅是机器人的功能和性能。
启发观点
在设计机器人时，我们不仅要关注机器人的功能和性能，还要关注它如何融入用户的生活环境。这可能涉及到机器人的外观设计、声音设计，甚至是它在空间中的移动方式。设计师需要考虑如何通过设计让机器人与环境和谐共存，同时提升用户的体验。
要点二：多物种互动的设计考量
设计多物种互动
论文中的Cat Royale项目展示了如何设计机器人与非人类物种（如猫）的互动。 这种设计不仅要考虑机器人与猫的直接互动，还要考虑人类观众的感受和参与。 设计师需要考虑如何让机器人的行为既吸引猫，又能让人类观众感到愉悦和舒适。这种设计思路扩展了交互设计的范围，从人机交互扩展到了多物种交互。
启发观点
我们不能只关注人机交互，还要考虑机器人如何与其他生物互动。 这种设计思路鼓励我们从更广阔的生态角度出发，考虑机器人在更广泛的生态系统中的角色和影响。 这可能涉及到机器人如何影响环境，如何与其他生物共存，以及如何通过设计促进这种共存。
要点三：人类角色的重新定义
设计人类在机器人世界中的角色
论文强调了人类在机器人世界中的重要性， 不仅仅是作为设计者和制造者，还包括作为监督者、维护者和互动者的角色。 在Cat Royale项目中，人类角色包括艺术家、机器人操作员、动物福利官员等，他们共同确保了项目的顺利进行。这种设计思路要求我们重新定义人类在机器人世界中的角色，考虑如何通过设计增强人类的参与和体验。
启发观点
在设计机器人时，我们要考虑如何 通过设计增强人类的参与感和控制感。这可能涉及到设计易于理解和操作的用户界面，或者设计能够响应人类指令的机器人行为。 设计师需要考虑如何通过设计让人类感到自己是机器人世界的一部分，而不仅仅是旁观者。
如果大家希望更为全面系统地学习HCI人机交互的专业知识，学园也开设了【人机交互设计基础】系统课，开设智能感知、人机交互接口技术、IoT、XR、多元界面等专题板块，帮组大家补足HCI学习过程的基础。
人机交互基础课程大纲
扫码试听课程
AI时代下的界面形态
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注1：第三期课程专题与分享学长学姐名单持续更新中，分享专题内容以实际课程为准。注2：第三期课程开课时间与正式报名方式将在近期公布。