《具身物理交互在机器人-机器人及机器人-人协作中的应用》122页

本研究通过物理交互增强机器人间协作的移动性，并优化机器人-人交互的通信效能。研究围绕两条主线展开：(1) 具身多机器人系统的算法开发；(2) 无人机与人类物理交互通信方法的探索与创新。在第一条主线中，我们研发了一种新型平面模块化机器人系统，其核心贡献在于构建了可扩展的制造与操作系统架构。这需要开发新型协调算法，特别权衡能耗效率、计算可扩展性与连接冗余度等关键参数。在第二条主线中，我们专注于理解、设计与应用无人机与人类之间的物理交互接触。物理接触作为人机协作的有效通信模式，在无人机交互领域尚属探索不足。随着无人机日益融入人类生活空间，理解这类交互对安全拓展应用场景至关重要。我们通过用户研究揭示了全身物理交互中的新型通信方法。

本研究通过物理交互增强机器人间协作的移动性，并优化机器人-人交互的通信效能。研究围绕两条主线展开：(1) 具身多机器人系统的算法开发；(2) 无人机与人类物理交互通信方法的探索与创新。

为探索太空与深海等极限环境，需研发具备长期任务耐久性的机器人系统。这要求系统具备高度自主性以适应动态环境与突发状况。模块化机器人凭借并行性、适应性与冗余性等特征，相较单体机器人具有更高效率与成本效益。并行性指模块同步执行多任务提升效率；适应性使集群能重构形态应对新挑战（如地形变化）；冗余性保障单模块故障时任务持续。因此，模块化机器人是推进科学发现的理想长期自主平台。

模块化系统在解决传统问题的同时引入新挑战：硬件层面需应对机械损耗、连接错位导致的误差传播及大规模维护；软件层面需开发兼具可扩展性、效率与可验证性的算法。通过硬件-软件协同设计，我们在开发早期同步优化物理约束与算法局限，而非后期被动适配，从而提升系统级鲁棒性。本研究参与开发的新型平面模块化机器人系统，其核心创新在于构建可扩展的制造与操作架构，并研发了能平衡能耗、计算扩展与连接冗余的新型协调算法。

在无人机-人通信策略方面，我们聚焦物理交互突破视听局限。例如在噪声环境中，触觉通信可有效替代听觉方式。无人机（微型飞行器）作为辅助设备在搜救、环境监测与导航等领域潜力巨大，但需建立清晰通信机制以支持人机协作，包括状态传达、行动预示或操作提示等功能。相较于地面机器人，无人机-人通信技术发展相对滞后，制约其应用潜力释放。

触觉通信在多变光照条件下的适用性优于投影等视觉方式，对视障群体更具包容性。无人机全向飞行的特性使其可实现全身交互，超越地面机器人的交互维度。然而物理触觉通信策略设计仍存在基础认知缺口：(1)人体哪些部位适合触觉交互；(2)可接受的触觉模态类型；(3)不同触觉模式的信息传递效能；(4)触觉模态的优化选择机制。本研究通过系统性探索解答这些问题，建立无人机物理指令传递的基础框架，并开拓新型应用场景。

进一步地，我们在人-机协作框架下探索物理接触的新型应用。通过设计无人机舞伴系统，研究动态全身交互中的协作机制。我们开发了增强动态环境下物理接触的无人机行为模式，并收集舞者对物理交互的体验反馈。这种视角为理解全身人-机交互中的用户体验提供洞见，助力新应用开发。

第二章聚焦首条研究主线，详述通过可扩展高效算法强化模块间物理连接，提升系统移动性与鲁棒性的算法创新。第三、四章探索第二条主线，成果拟提交会议或期刊。第三章阐述物理触觉通信的基础性发现；第四章详述人-机协作研究，重点关注人类协作方的体验认知，以及增强物理接触的自主行为设计。研究范围限定于人类视角分析与接触增强算法开发，为后续研究奠定基础。