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
许可协议
- 开放获取
- 论文: CC BY 4.0
以下内容均依据论文全文，按其 CC BY 4.0 许可协议使用；其中的图已注明作者。
一句话总结
一项设计研究（research-through-design），制作了类植物的机器人叶片、茎和花盆，将其组合成四个原型，并从有 11 人参加的工作坊中得出设计考量。
为何重要
论文给出了适合家用或桌面机器人的缓慢、安静、柔软的驱动形态在机构层面的细节，包括失败的做法，例如噪声大且抖动的舵机。其关于存在感、表达手段、时机和形状的设计考量，适用于任何旨在退居背景的机器人。
问题
大多数 HRI 设计借鉴人类和动物模型，无论机器人扮演什么角色，往往都会产生显性的、需要注意力的交互。植物提供了一种不同的模型，一种低需求的存在，却仍能通过缓慢的节律和细微的姿态塑造日常习惯；但早期受植物启发的机器人研究涉及的是孤立的功能或材料，而不是植物隐喻如何从整体上重塑 HRI。
提出的方法
通过迭代的原型制作，作者构建了四种基元：一种 3D 打印的 TPU 叶片，随着穿过其叶脊的线绳被拉紧而卷曲和伸直；一种由同心 TPU 和 PET-G 波纹管构成、由齿轮齿条驱动弯曲的茎；可旋转或可移动的花盆；以及 LED 花朵，均由配有 TMC 驱动器的步进电机驱动。他们将这些基元组合成四个原型（Snake Plant、Flower Plant、Keeper Plant、Dancing Pot），在三场各 90 分钟、共 11 名参与者的工作坊中为每个原型展示了一个故事板场景，并将结果转化为设计考量。
关键见解
- 伺服电机对于环境式表达来说噪声太大且抖动；使用 TMC 驱动器并进行微步细分的步进电机可实现近乎无声、分辨率精细的运动。
- 植物姿态的含义可以有不同解读：Keeper Plant 的脉动在一些参与者看来是温和的提醒，在另一些参与者看来则令人费解。
- 细微的姿态可能不被注意：Keeper Plant 缓慢的舒展除非近距离观看否则很容易被忽略，这对用药提醒来说是个问题；而 Snake Plant 的颤动和 Dancing Pot 的摇摆则很受欢迎。
- 将植物姿态与类人的提示相结合是有帮助的：Snake Plant 脉动的叶片被理解为庆祝式的“鼓掌”，参与者很喜欢。
- 参与者看重非反应性：一位参与者说，与类植物的机器人交谈会比与有脸的机器人交谈更容易，因为它不会对他们皱眉。
主要结果
- 由这些基元构建的四个原型：Snake Plant（旋转且倾斜的花盆上有三片驱动叶片）、Flower Plant（旋转花盆上有驱动的茎、花和被动叶片）、Keeper Plant（四片驱动叶片和四片被动叶片围绕一个空腔，带有光传感器）以及 Dancing Pot（带两层叶冠的可移动花盆）。
- 三场各 90 分钟的工作坊，共 11 名年龄 19–82 岁的参与者（M = 39.7，SD = 24.8），其中一场全部由老年人组成，为每个原型产出了一份带注释的作品集。
- 参与者对 Flower Plant 引导对话持批评态度（指向零食让人觉得“尴尬”和“咄咄逼人”），并将社交中介的用途转向教室、家庭情绪植物，以及用于异地关系的成对“双生”植物。
- 参与者将 Snake Plant 的姿势提醒扩展到更广泛的健康提示，并提出了一个出于隐私考虑可以闭合的花形视频通话摄像头、一个用于睡眠习惯的渐暗灯，以及用于习惯追踪的植物花园。
- 工作坊中的想法促使作者随后又制作了两个非写实的原型：一盏受植物启发的灯和一个机器人书签。
- 研究结果被整理为四个维度上的设计考量：Presence（存在感）、Palette（表达手段）、Rhythms（节律）和 Shape（形状）。
局限
- 这些原型是思辨性的探针，而不是功能完整的系统，花朵基元只得到了有限的探索。
- 驱动噪声、扭矩、运动粒度、热管理和电源限制了形态和姿态，而多材料制造使美学品质难以达到。
- 机器人植物带来很大的生态足迹，并可能取代真实植物，作者将此作为未来工作的方向提出。
- 原型只使用了光照和触摸等低保真度的感知，而许多设想的用途需要更丰富的情境感知。
- 工作坊参与者只有十一人，并且由于时间不足，第 #3 场工作坊跳过了微交互设计环节。
对领域的影响
获得 HRI 2026 最佳论文奖（Best Paper Award）荣誉提名（设计方向，长论文），被引用 1 次。作者通过论文中给出的材料链接，以开源形式发布了机器人植物原型。
摘要
植物为交互提供了一个看似矛盾的模型：它们是环境式的、低需求的存在，却通过时间节律和细微的表达塑造着氛围、日常习惯和人际关系。相比之下，大多数人机交互（HRI）都以拟人化和拟动物化范式为基础，产生的是显性的、高需求的参与形式。我们采用设计研究（Research through Design, RtD）方法，探索以植物作为 HRI 的隐喻灵感；我们进行了构思、原型制作和反思的迭代循环，以研究从植物的隐喻和形态中会产生哪些设计基元，以及这些基元如何组合成富有表现力的机器人形态。我们展示了一套思辨性的开源原型，有助于探究受植物启发的存在感、时间性、形态和姿态。我们通过以原型为中心的工作坊，深化了从设计和原型制作中获得的认识，这些工作坊探讨了人们对受植物启发的机器人的感知和想象。这项工作的贡献包括：(1) 一套受植物启发的机器人人工制品；(2) 关于人们如何感知受植物启发的机器人的设计性洞见；以及 (3) 为如何利用植物隐喻重塑 HRI 提供参考的设计考量。
链接
- 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
- 代码: https://tinyurl.com/3k82nww3