Plant-Inspired Robot Design Metaphors for Ambient HRI

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

授權條款

• 開放取用
• 論文: CC BY 4.0

以下內容皆依據論文全文，依其 CC BY 4.0 授權條款使用；圖表已標示作者。

一句話摘要

一項設計研究（research-through-design），製作類植物的機器人葉片、莖與花盆，將其組合成四個原型，並從 11 人參與的工作坊中歸納設計考量。

為何重要

論文提供了適合家中或桌上機器人的緩慢、安靜、柔軟致動形態在機構層面的細節，也包括失敗的做法，例如噪音大且會抖動的伺服機。其關於存在感、表達元素、時機與形狀的設計考量，適用於任何設計為退居背景的機器人。

問題

大多數 HRI 設計借鏡人類與動物的模型，不論機器人扮演什麼角色，往往都會產生外顯、需要注意力的互動。植物提供了不同的模型，是一種低需求的存在，卻仍能透過緩慢的節奏與細微的姿態形塑日常作息；但先前受植物啟發的機器人研究涵蓋的是孤立的功能或材料，而非植物隱喻如何整體重塑 HRI。

提出的方法

透過迭代的原型製作，作者打造了四種基元：一種 3D 列印的 TPU 葉片，會隨著穿過葉脊的線繩被拉緊而捲曲與伸直；一種由同心 TPU 與 PET-G 波紋管構成、以齒條與小齒輪彎曲的莖；可旋轉或可移動的花盆；以及 LED 花朵，皆由搭配 TMC 驅動器的步進馬達驅動。他們將這些基元組合成四個原型（Snake Plant、Flower Plant、Keeper Plant、Dancing Pot），在三場各 90 分鐘、共 11 名參與者的工作坊中為每個原型展示一個分鏡情境，並將結果轉化為設計考量。

關鍵見解

• 伺服馬達對環境式表達而言噪音太大且會抖動；搭配 TMC 驅動器並使用微步進的步進馬達，可做到近乎無聲、解析度精細的動作。
• 植物姿態的意義可有不同解讀：Keeper Plant 的脈動對部分參與者而言是溫和的提醒，對另一些人則令人費解。
• 細微的姿態可能不被注意：Keeper Plant 緩慢的舒展除非近看，否則很容易錯過，這對用藥提醒是個隱憂；而 Snake Plant 的顫動與 Dancing Pot 的搖擺則很受歡迎。
• 把植物姿態與類人的提示混合是有幫助的：Snake Plant 脈動的葉片被解讀為慶祝的「拍手」，參與者很喜歡。
• 參與者重視不做反應的特質：一位參與者說，跟類植物的機器人說話會比跟有臉的機器人說話容易，因為它不會對他們皺眉。

主要結果

• 由這些基元打造的四個原型：Snake Plant（旋轉且傾斜的花盆上有三片致動葉片）、Flower Plant（旋轉花盆上有致動的莖、花與被動葉片）、Keeper Plant（四片致動葉片與四片被動葉片環繞一個凹槽，配有光感測器）以及 Dancing Pot（有兩層葉冠的可移動花盆）。
• 三場各 90 分鐘的工作坊，共 11 名年齡 19–82 歲的參與者（M = 39.7，SD = 24.8），其中一場全由年長者組成，為每個原型產出一份附註解的作品集。
• 參與者對 Flower Plant 主導對話持批評態度（指向零食讓人覺得「尷尬」又「強迫推銷」），並把社交中介的用途轉向教室、家庭心情植物，以及供遠距關係使用的成對「雙胞胎」植物。
• 參與者將 Snake Plant 的姿勢提醒延伸到更廣泛的身心健康提示，並提出一個為保護隱私而能闔上的花形視訊通話攝影機、一盞配合睡眠作息逐漸變暗的燈，以及追蹤習慣的植物花園。
• 工作坊中的想法促使作者之後又做了兩個非寫實的原型：一盞受植物啟發的燈與一個機器人書籤。
• 研究結果整理為四個面向上的設計考量：Presence（存在感）、Palette（表達元素）、Rhythms（節奏）與 Shape（形狀）。

限制

• 這些原型是思辨性的探針，而非功能完整的系統，花朵基元也只做了有限的探索。
• 致動噪音、扭矩、動作細膩度、散熱管理與電源限制了形態與姿態，而多材料製造讓美學品質難以達到。
• 機器人植物帶來很大的生態足跡，也可能取代真實植物，作者將此提出作為未來研究的方向。
• 原型只使用光線與觸碰等低擬真度的感測，而許多設想的用途需要更豐富的情境感知。
• 工作坊參與者只有十一人，且因時間不足，第 #3 場工作坊略過了微互動設計階段。

對領域的影響

獲得 HRI 2026 最佳論文獎（Best Paper Award）榮譽提名（設計組，完整論文），被引用 1 次。作者透過論文中提供的材料連結，以開源方式釋出機器人植物原型。

摘要

植物為互動提供了一個看似矛盾的模型：它們是環境式、低需求的存在，卻透過時間節奏與細微的表達，形塑氛圍、日常作息與人際關係。相較之下，大多數人機互動（HRI）都以擬人化與擬動物化的典範為基礎，產生外顯、高需求的參與形式。我們採用設計研究（Research through Design, RtD）方法，探索以植物作為 HRI 的隱喻靈感；我們進行構思、原型製作與反思的迭代循環，探究植物的隱喻與形態會產生哪些設計基元，以及這些基元如何組合成富表現力的機器人形態。我們呈現一套思辨性的開源原型，有助於探究受植物啟發的存在感、時間性、形態與姿態。我們透過以原型為中心的工作坊，深化從設計與原型製作中獲得的心得，這些工作坊探討人們對受植物啟發之機器人的感知與想像。本研究的貢獻為：(1) 一套受植物啟發的機器人人造物；(2) 關於人們如何感知受植物啟發之機器人的設計性洞見；以及 (3) 為如何運用植物隱喻重塑 HRI 提供參考的設計考量。

連結

• 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
• 程式碼: https://tinyurl.com/3k82nww3