
当前,个人出行机器人、园区配送机器人、城市清洁机器人已广泛落地机场、商圈、街道、园区等公共空间,人机混行常态化成为趋势。日本成田机场等场景已率先落地自动驾驶接驳机器人,实现商业化试运行。但长期以来,行业缺少统一的人机共融交互标准,机器人避障逻辑、社交导航策略多基于经验预设,缺乏真实人群行为数据支撑,导致公共场景运行效率低、适配性差、安全性难以量化,制约机器人规模化普及。
空间关系学(Proxemics)是人机交互的核心理论基础,早在1966年就已确立个人空间四区模型,明确亲密区、个人区、社交区、公共区的距离边界。人类日常交互会主动预判他人运动轨迹,微调速度、方向维持安全间距,常规行人交会最小间距稳定在0.75米左右。但机器人作为非人类交互主体,行人的适配逻辑、空间偏好、行为规律长期缺乏系统性量化验证。此前27项相关研究始终无法形成统一结论,行业亟需大规模、跨场景、跨地域的实证研究,明确人机交互与人人交互的核心差异。
本次Science子刊研究填补了行业空白,团队搭建跨地域、多场景、多机型的实证体系,选取CrowdBot、SCAND、JRDB、SiT四大覆盖欧、美、亚的真实公共场所数据集,涵盖户外步行区、大学校园、城市街道等典型场景,适配轮式机器人、四足机器人、载人出行机器人等多元硬件平台。各数据集覆盖差异化机器人速度区间,其中SCAND最高达5.4km/h,CrowdBot速度覆盖最广、场景交互最自然,成为本次研究核心数据支撑,并迭代发布全新CrowdBot-v2基准体系。
为精准量化人机交互(HRI)与人人交互(HHI)的行为差异,研究团队搭建统一标准化分析流水线,依托激光雷达实现行人精准检测与轨迹跟踪,制定严谨的交互标注规则,以主体为中心,结合感知角度、短时碰撞风险双重条件界定交互行为。同时通过加权k-means++算法,依据人群局部密度,将所有场景划分为低、中、高三级密度层级,从运动动力学、空间距离学两大维度,全方位量化行人适配行为差异。
研究团队预先提出三大核心假设,经过海量数据验证,最终得出颠覆性、确定性的行业结论,彻底重构行业对人机共融的认知。
第一,行人运动动力学几乎无差异,推翻“机器人引发行人剧烈避让”的固有认知。数据显示,人机交互与人人交互场景下,行人角速度、线加速度、运动冲击度三大核心动力学指标高度贴合,各项指标差异阈值极低。无论是常规轨迹变化,还是极速转向、变速等突发避让行为,两类场景的行人动作分布、事件密度几乎一致,个体化运动变化差异极小,不存在明显的动作变形、紧急急刹等应激反应,证明行人适配机器人的核心方式并非被动紧急避让。
第二,行人会为机器人主动预留额外安全净空,形成特异性空间偏好。跨数据集验证显示,所有场景、所有密度层级下,机器人周边的最小通行间距均大于普通行人,机器人舒适区被入侵的频次大幅低于人类行人。其中高速运行的工业级机器人场景差异最显著,低密度环境下额外净空可达0.23米;中低速场景净空增量稳定在0.06-0.10米。同时人群密度越高,额外预留空间越窄,高密度拥挤场景下,行人空间调节自由度被压缩,人机空间差异逐步收窄。
第三,人机间距具备显著的机器人速度特异性,形成线性正相关规律。研究发现,行人预留的安全净空与机器人速度呈现近似线性增长关系,低、中密度场景下斜率显著更高;但行人自身速度对交互间距影响极弱。这一结论直接证实,行人对机器人的空间预判是针对性、特异性的,并非通用的“快速物体更远避让”逻辑,源于行人对机器人未知运动风险的前瞻性预判。
基于所有实证数据,研究团队总结出核心交互机制:人机共融的核心差异不在于行人运动状态,而在于前瞻性空间分配策略。面对机器人,行人不会改变常规行走节奏、不会出现剧烈动作调整,而是通过提前微调行进轨迹、预判机器人运动方向,在不产生运动扰动的前提下,主动预留额外安全距离,平滑规避交互风险,实现高效、顺滑的人机混行。
本次研究结论为行业带来三大关键落地启示,彻底改写社交机器人导航研发与场景落地逻辑。首先,人机交互评估体系需要迭代升级,相较于易趋同的运动动力学指标,“密度+速度”关联的空间间距指标,是衡量人机共融安全性、舒适性的核心标准。其次,公共场景机器人可通过合理调速优化交互体验,低速运行可有效缩减行人额外避让空间,提升通行效率,高速机器人需预留更大安全冗余。最后,下一代社交导航算法,需摒弃传统单一反应式避障逻辑,搭建适配前瞻性预判、平滑拟人运动、动态密度感知的全新规划模型。
同时研究也明确了现有局限,为后续研究指明方向。本次研究为真实场景回溯分析,无法完全剥离机器人外观、运行场景、载人状态等干扰因素,难以实现纯粹因果归因;部分数据集因近距离交互样本不足,未纳入定量分析体系。团队后续将开展受控跨场景实验,精准拆解单一变量对人机交互的影响,持续完善基准体系。
整体来看,这项Science子刊研究成果,搭建了全球首个可量化、可复用、场景通用的人机共融导航基准,终结了行业长期经验化、模糊化的交互规则乱象。从技术研发层面,为人形机器人、服务机器人、配送机器人的社交导航算法迭代提供权威数据支撑;从产业落地层面,为公共场景机器人的速度规范、通行间距、运行逻辑制定标准化依据,将加速人机高效共融场景规模化落地,推动具身智能机器人真正融入大众生活。