자율 방역 로봇 표정 감정 강도 요소 도출에 따른 최적 HRI(휴먼-로봇 인터랙션) 표정 디자인에 관한 연구

정혜승; 홍성수

doi:10.15187/adr.2023.08.36.3.317

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자료유형: 학술저널

저자정보: 정혜승 (한국공학대학교) 홍성수 (한국공학대학교)

저널정보: 한국디자인학회 Archives of Design Research Archives of Design Research Vol.36 No.3 (Wn.147)

발행연도: 2023.8

수록면: 317 - 339 (23page)

DOI: 10.15187/adr.2023.08.36.3.317

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

자율 방역 로봇 표정 감정 강도 요소 도출에 따른 최적 HRI(휴먼-로봇 인터랙션) 표정 디자인에 관한 연구

정혜승 , 홍성수 Archives of Design Research 2023.08 학술저널

로봇 감정 고도화 모델 구축을 위한 표정 디자인 개발에 관한 연구 : HRI 기반 자율 방역 로봇 적용을 중심으로

정혜승 산업디자인공학과 2023.01 학위논문

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연구배경 인간과 감정을 공유하는 로봇을 개발하기 위해서는 로봇이 다양한 상황에서 어떻게 적절한 감정을 표현할 수 있는지에 대한 연구가 필요하다. 전 세계적으로 감염병 예방을 위한 살균에 대한 관심이 높아지면서 검역 업무뿐만 아니라 인간과의 감정 교류까지 가능한 자율 검역 로봇 개발에 관심이 쏠리고 있다. 이에 본 연구는 인간과 자율 방역 로봇 사이의 최적 HRI 디자인을 위해서 로봇의 감정 강도를 구현할 수 있는 요소를 도출하고 이를 기반으로 한 자율 방역 로봇의 표정을 디자인 개발을 목적으로 한다.
연구방법 이론적 고찰을 통해 자율 방역 로봇을 이해하고 HRI 디자인의 개념과 요소를 알아본다. 사용자-로봇 통합 시나리오를 작성하여 로봇의 상황에 따른 감정 정보를 도출하였다. 로봇 얼굴 선호도 조사를 통해 사용자가 가장 선호하는 로봇 얼굴을 선정하고 FACS 기반 AU 조합을 바탕으로 로봇의 기초 표정을 디자인하였다. 선행 연구 조사와 인간 표정 검증 실험을 통해 로봇 감정의 강도를 구현하기 위한 요소를 도출하고 인간 연기자의 표정 영상 분석으로 도출된 최적의 감정 강도 요솟값을 로봇 표정에 적용하였다.
연구결과 자율 방역 로봇의 7가지 감정에 대하여 인간 연기자의 표정 정보를 바탕으로 최적의 감정 강도 요솟값을 도출하고 그래프로 나타내었다. 그래프를 분석한 결과, 7가지 감정의 최적 강도를 가장 잘 표현할 수 있는 로봇 표정 구현 요솟값이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 또한 속도, 지속시간, 눈깜박임, 색깔은 로봇의 감정 강도를 구현하기 위한 요소로 적절함을 검증하였다. 이는 각 감정을 효과적으로 표현할 수 있는 특정한 표정 구현 속성이 존재한다는 것을 나타내며 감정의 적절한 강도 구현을 통해 최적의 로봇 감정을 표현할 수 있는 로봇 표정을 디자인하였다.
결론 본 연구에서는 기존 로봇의 정형화된 감정 표현에 사용자와 로봇의 상황을 더하고 감정의 강도를 표현하기 위한 요소를 도출하였다. 이를 통해 로봇은 다양한 환경에서 효과적으로 로봇의 감정과 의도를 표현할 수 있으며 감정 강도를 조절하여 인간과 더욱 원활한 인터랙션이 가능하다. 또한 로봇 개발사와 로봇 전문가들이 유연하게 로봇 감정 시스템을 구현할 수 있도록 유용한 기초 자료를 제안하여 향후 완성도 높은 로봇을 개발할 수 있는 방향을 제시한 점에서 의의가 있다.

Background To develop a robot that shares emotions with humans, it is necessary to study how robots can express appropriate emotions in various situations. As interest in sterilization to prevent infectious diseases increases worldwide, the development of autonomous quarantine robots that are capable of not only quarantine tasks but also emotional exchanges with humans is of interest. Therefore, this study describes the optimization of a human-robot interaction (HRI) design that facilitates the interaction between humans and autonomous quarantine robots by designing and developing the facial expressions of robots so that they can express emotions.
Methods We created a user-robot integration scenario to derive emotional information according to the situation of the robot. Then, we selected the facial expression of the robot preferred by the user through a survey and designed the robot"s basic expression based on the Action Units (AU) combination. We derived elements to modulate the intensity of robot emotions based on previous research and human facial expression verification experiments. Finally, we applied the optimal emotional intensity factors derived from the analysis of videos showing the facial expressions of a human actor to the facial expressions of the robot.
Results We derived the optimal emotional intensity factors for producing the seven emotions of the autonomous quarantine robot and presented them in a graph. As a result, we found the values that can express the optimal intensity of the seven emotions. In addition, we verified that speed, duration, eye blinking, and color were appropriate for producing the desired emotional intensity by the robot. In addition, we developed a facial expression design that can express the optimal emotion of the robot through the appropriate emotional intensity.
Conclusions In this study, we add the situations of the user and the robot to the standardized emotional expression of the robot and derive elements to express the intensity of the emotion. Through this, the robot can effectively express its emotions and intentions in various environments and can interact smoothly with humans. In addition, we provide suggestions for developing optimized robots using basic data so that robot manufacturers and robot experts can implement an emotional system that adds flexibility to robot behavior.

#Human-Robot Interaction (HRI) #Emotional Intensity #Facial Expression Design #Autonomous Quarantine Robot #감정 강도 #표정 디자인 #자율 방역 로봇

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정혜승

소속기관 한국공학대학교

주요연구분야 예술체육학 > 디자인 TOP 10% 복합학 > 학제간연구

논문수 8 이용수 883

홍성수

소속기관 한국공학대학교

주요연구분야 예술체육학 > 디자인 TOP 5% 공학 > 전기전자공학 > 정보통신공학

논문수 53 이용수 5,572

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