必赢在线注册,（中国）科技公司机电学院石青教授团队在机器人-动物交互领域取得重要进展，12月5日，研究成果以“通过类鼠机器人调节大鼠情绪状态（Modulating emotional states of rats through a rat-like robot with learned interaction patterns）”为题，以研究长文（Research Article）形式在线发表于自然子刊《自然·机器智能》 (Nature Machine Intelligence)。该成果首创了一种机器人-大鼠社交范式（图1），展示了独特的社交学习技能，实现了机器人与动物长时、重复和可控的开放式互动，克服了生物系统内自然社会交互的局限性，为理解人类与人工智能之间的“社会”互动提供新思路。

机电学院石青教授为论文通讯作者，机电学院博士生贾广禄为论文第一作者，必赢在线注册,（中国）科技公司是该论文第一完成单位，相关工作由机电学院与德国慕尼黑工业大学研究团队合作完成。

图1 类鼠机器人通过多种学到的交互模式与大鼠互动并调节其情绪状态

近年来，机器人作为社交伙伴融入生物系统，已经成为研究动物行为与神经内在机制的重要工具，可以作为观察者和刺激物与动物互动，探索个体或集群动物如何对受控的环境变化做出反应，甚至能够跨物种和生态系统进行信息传递。这种生物混合系统带来了可控性，有助于阐明通过传统技术无法揭示的潜在生物智能。然而，交互机器人仍然难以在生物系统中传达多层异质信息，有效调节复杂的交互过程面临着巨大挑战：首先，与动物交流需要整合多种感官感知；其次，模仿多样的复杂行为对于融入动物群体至关重要；此外，如何直接改变动物的内部状态（如情绪）尚未深入探索。目前，仍缺乏全面的解决方案。

从大鼠的解剖结构、动态运动和社交互动中获得灵感，该团队开发了一款小型类鼠交互机器人。通过关键运动关节映射模型，设计了高灵活多关节脊柱，具有几乎与大鼠运动极限一致的运动空间，解决了机器人的复杂社交姿态表达难题。基于动物演示的模仿学习算法实现了四种社会行为模板生成，学习到的行为可以表现出大鼠的运动特征，具有高相对动态范围指数和高动态相似性。与国际同类机器人相比，在移动速度、体长、仿生外观、运动能力等方面更接近大鼠，综合性能更优（图2）。

图2 类鼠机器人模仿大鼠典型社会行为

团队建立了可自定义交互规则的自动控制系统，突破了视觉感知、目标跟踪和行为决策等多项核心技术，使机器人能够根据预定义的任务目标与大鼠自主交互，大大提高了交互效率，实现了半小时内平均30次持续互动。进一步，通过三种预设的交互模式与大鼠进行持续半小时不知疲倦的互动，实验结果标明大鼠可以区分不同的机器人的意图和活动并做出相应的行为和声学反应。特别是，机器人按住大鼠时（pinning）使其处于一种消极的情绪状态；机器人攀压或鼻尖接触大鼠时（pouncing和social nose contact）使其处于一种积极的情绪状态。这项工作有望帮助揭示感官感知、行为决策和内部状态之间复杂的相互作用，以及这些决策或预测背后的大脑功能和神经回路机制。

图3 与类鼠机器人社交互动实验后的大鼠表现出不同行为和声学反应

团队未来将继续探索使用多种感知反馈和行为模式在更长的时间内控制大鼠的内部状态，扩展行为模式的“学习空间”，并泛化到更大的群体，助力机器人、行为神经科学和可解释的人工智能发展。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s42256-024-00939-y

附团队介绍：

北理工微小型仿生机器人团队依托机电学院，面向世界前沿，在微小型仿生机器设计、感知、控制等方面已开展了一系列研究，相关成果发表在Nature Machine Intelligence、PNAS、IEEE Transactions on Robotics等国际知名期刊。