Plant-Inspired Robot Design Metaphors for Ambient HRI

저자: Victor Nikhil Antony, Adithya R N, Sarah Derrick, Zhili Gong, Peter M. Donley, Chien-Ming Huang · HRI 2026

라이선스

오픈 액세스
논문: CC BY 4.0

아래 내용은 모두 논문의 라이선스(CC BY 4.0)에 따라 논문 전문을 바탕으로 하며, 그림에는 저자를 표기했습니다.

요약

식물 같은 로봇 잎, 줄기, 화분을 만들고 이를 네 가지 프로토타입으로 결합한 뒤, 11명과의 워크숍에서 디자인 고려 사항을 도출한 디자인을 통한 연구(research-through-design).

중요한 이유

이 논문은 집이나 책상 위 로봇에 적합한 느리고 조용하며 부드러운 구동 형태에 대해, 소음이 크고 떨림이 있는 서보처럼 실패한 것까지 포함해 메커니즘 수준의 세부 사항을 제공한다. 존재감, 표현 팔레트, 타이밍, 형태에 관한 디자인 고려 사항은 배경에 머물도록 의도된 모든 로봇에 적용된다.

문제

대부분의 HRI 디자인은 인간과 동물 모델을 바탕으로 하며, 이는 로봇의 역할과 관계없이 드러나고 주의를 요구하는 상호작용을 만들어 내는 경향이 있다. 식물은 다른 모델, 즉 요구가 적은 존재이면서도 느린 리듬과 미묘한 제스처로 일상을 형성하는 모델을 제공하지만, 이전의 식물에서 영감을 받은 로봇공학은 식물 은유가 HRI 전체를 어떻게 재구성할 수 있는지보다는 개별 기능이나 재료를 다루었다.

제안 방법

반복적인 프로토타이핑을 통해 저자들은 네 가지 프리미티브를 만들었다. 잎맥을 지나는 줄을 당기면 말리고 펴지는 3D 프린팅 TPU 잎, 랙 앤 피니언으로 구부러지는 동심 TPU 및 PET-G 주름관 줄기, 회전하거나 이동하는 화분, LED 꽃이며, 이들은 TMC 드라이버를 쓴 스테퍼 모터로 구동된다. 저자들은 이를 네 가지 프로토타입(Snake Plant, Flower Plant, Keeper Plant, Dancing Pot)으로 결합하고, 11명이 참여한 90분 워크숍 3회에서 각각의 스토리보드 시나리오를 보여준 뒤, 그 결과를 디자인 고려 사항으로 정리했다.

핵심 통찰

서보 모터는 주변적 표현에 쓰기에는 소음과 떨림이 너무 컸다. TMC 드라이버와 마이크로스테핑을 쓴 스테퍼 모터는 거의 소음 없이 미세한 해상도의 움직임을 냈다.
식물 제스처는 해석의 여지가 있다. Keeper Plant의 맥동은 일부 참가자에게는 부드러운 알림으로, 다른 참가자에게는 이해할 수 없는 것으로 읽혔다.
미묘한 제스처는 알아차리지 못할 수 있다. Keeper Plant의 느린 펼침은 가까이서 보지 않으면 놓치기 쉬워 복약 알림에는 우려가 되었으며, Snake Plant의 떨림과 Dancing Pot의 흔들림은 좋은 반응을 얻었다.
식물 제스처에 사람 같은 신호를 섞으면 도움이 되었다. Snake Plant의 맥동하는 잎은 축하하는 '박수'로 읽혀 참가자들이 즐거워했다.
참가자들은 반응하지 않음을 높이 평가했다. 한 참가자는 식물 같은 로봇이 자신에게 얼굴을 찡그리지 않을 것이므로 얼굴이 있는 로봇보다 말을 걸기 더 쉬울 것이라고 말했다.

주요 결과

프리미티브로 만든 네 가지 프로토타입: Snake Plant(회전하고 기울어진 화분 위의 구동 잎 3개), Flower Plant(회전 화분 위의 구동 줄기, 꽃, 수동 잎), Keeper Plant(빈 공간 둘레의 구동 잎 4개와 수동 잎 4개, 조도 센서 포함), Dancing Pot(2단 잎 관을 가진 이동 화분).
19–82세(M = 39.7, SD = 24.8) 참가자 11명과의 90분 워크숍 3회(그중 하나는 전원 고령자로 구성)에서 각 프로토타입에 대한 주석 포트폴리오가 만들어졌다.
참가자들은 대화를 유도하는 Flower Plant에 비판적이었으며(간식을 가리키는 것이 '어색하고' '강요하는' 느낌이었다), 사회적 매개 역할을 교실, 가족 기분 식물, 장거리 관계를 위한 한 쌍의 '쌍둥이' 식물 쪽으로 옮겼다.
참가자들은 Snake Plant의 자세 교정 넛지를 더 넓은 웰빙 신호로 확장하고, 사생활 보호를 위해 닫히는 꽃 모양 영상 통화 카메라, 수면 루틴을 위한 디밍 램프, 습관 추적 식물 정원을 제안했다.
워크숍 아이디어를 계기로 저자들은 이후 문자 그대로가 아닌 프로토타입 두 가지를 더 만들었다. 식물에서 영감을 받은 램프와 로봇 책갈피이다.
결과는 Presence, Palette, Rhythms, Shape의 네 축에 따른 디자인 고려 사항으로 정리되었다.

한계

프로토타입은 완전히 작동하는 시스템이 아니라 사변적인 탐침이며, 꽃 프리미티브는 제한적으로만 탐구되었다.
구동 소음, 토크, 움직임의 세밀도, 열 관리, 전력이 형태와 제스처를 제한했고, 다중 재료 제조로 인해 미적 품질에 도달하기 어려웠다.
로봇 식물은 생태적 발자국이 크고 실제 식물을 대체할 수 있으며, 저자들은 이를 향후 연구 방향으로 제기한다.
프로토타입은 빛과 접촉 같은 낮은 충실도의 감지만 사용했지만, 상상된 많은 용도는 맥락에 대한 더 풍부한 인식을 필요로 한다.
워크숍 참가자는 11명이었고, Workshop #3에서는 시간 부족으로 마이크로 인터랙션 디자인 단계를 건너뛰었다.

분야에 미친 영향

HRI 2026 Best Paper Award 가작(Design 트랙, 정규 논문), 인용 1회. 저자들은 논문에 제시된 자료 링크를 통해 로봇 식물 프로토타입을 오픈소스로 공개한다.

초록

식물은 상호작용에 대한 역설적인 모델을 제공한다. 식물은 주변에 머무는 요구가 적은 존재이지만, 시간적 리듬과 미묘한 표현을 통해 분위기, 일상, 관계를 형성한다. 이와 대조적으로, 대부분의 인간–로봇 상호작용(HRI)은 의인화 및 동물형 패러다임에 기반해 왔으며, 드러나고 요구가 많은 형태의 관여를 만들어 왔다. 우리는 Research through Design(RtD) 방법론을 사용해 식물을 HRI의 은유적 영감으로 탐구한다. 식물의 은유와 형태로부터 어떤 디자인 프리미티브가 나타나는지, 그리고 이 프리미티브를 어떻게 결합해 표현적인 로봇 형태를 만들 수 있는지 조사하기 위해 발상, 프로토타이핑, 성찰의 반복 주기를 수행했다. 우리는 식물에서 영감을 받은 존재감, 시간성, 형태, 제스처를 탐색하는 데 도움이 되는 사변적인 오픈소스 프로토타입 모음을 제시한다. 또한 식물에서 영감을 받은 로봇에 대한 사람들의 인식과 상상을 탐구한 프로토타입 중심 워크숍을 통해 디자인과 프로토타이핑에서 얻은 배움을 심화했다. 본 연구의 기여는 다음과 같다. (1) 식물에서 영감을 받은 로봇 인공물 세트, (2) 사람들이 식물에서 영감을 받은 로봇을 어떻게 인식하는지에 관한 디자인적 통찰, (3) 식물 은유를 사용해 HRI를 재구성하는 방법을 알려주는 디자인 고려 사항.

링크

arXiv 2601.22387: https://arxiv.org/abs/2601.22387
DOI 10.1145/3757279.3785645: https://doi.org/10.1145/3757279.3785645
PDF: https://arxiv.org/pdf/2601.22387v1
코드: https://tinyurl.com/3k82nww3