送水機器人系統(tǒng)設(shè)計含開題及5張CAD圖

送水機器人系統(tǒng)設(shè)計含開題及5張CAD圖,機器人,系統(tǒng),設(shè)計,開題,cad Int J Soc Robot (2010) 2: 417–429 家用機器人生態(tài)學(xué) 建立一個在家長期接受機器人的初步框架 JaYoung Sung · Rebecca E. Grinter ·Henrik I. Christensen 收錄日期：2010年6月21日 發(fā)表時間：2010年7月7日施普林格科學(xué)與商業(yè)媒體BV公司2010 摘要 人們已經(jīng)認識到與機器人技術(shù)的互動中存在的長期影響。盡管認識到這一點，我們?nèi)匀缓苌僦廊绾闻c家用機器人相關(guān)的時空效應(yīng)。為了彌補這一差距，我們進行了長期的實地研究。我們分布的倫巴吸塵機器人30戶，使用超過6個月的觀察。在這項研究中，橫跨超過149家訪，我們確定了如何通過預(yù)領(lǐng)養(yǎng)、收養(yǎng)、改編、并使用/保留的時間這四個階段，接受家用機器人成為家庭的一部分。有了這些結(jié)果，我們注意到朝著建立一個框架，家用機器人生態(tài)學(xué)（DRE）的第一步。它顯示了一個機器人在家中塑造的關(guān)系，全面的觀點。此外，它闡明這些關(guān)系如何隨時間而改變。我們建議，DRE可以成為一個有用的工具，以幫助向長期在家里接受機器人技術(shù)的設(shè)計。 關(guān)鍵詞：家用機器人?長期的互動 1 引言 長期以來，人們一直承認[15，17]，人們表現(xiàn)出不同的互動模式，隨著時間的推移[16，23，31]中使用的技術(shù)中存在的長期影響。盡管承認，我們?nèi)匀恢兰矣脵C器人相關(guān)的長期影響不大。較長期的相互作用的研究是至關(guān)重要的，真正發(fā)生時，機器人成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠郑驗樗由钗覀兊囊娊?，并告知如何使產(chǎn)品超出最初的使用價值[8]。然而，很少有人探討如何促進長期在家庭空間的人類和機器人之間的相互作用。隨著越來越多的機器人進入家庭，作為寵物、保姆，甚至我們認為這是一個要深入研究的現(xiàn)代學(xué)科。 為了解決這個議程，我們進行了縱向領(lǐng)域的研究有30人從未擁有任何種類的機器人家電的家庭。我們給我們的參與者的倫巴吸塵機器人，然后反復(fù)走訪了六個月內(nèi)每家每戶，以更好地了解他們不斷變化的使用模式?？偠灾?，整個研究跨越了一年多，涉及149個家訪。通過學(xué)習(xí)，我們的目標是：（1）以確定戶主如何接受機器人成為家庭的一部分，（2）建立一個理論框架（簡稱為家用機器人生態(tài)學(xué)），有系統(tǒng)地闡明了長期的接受成果，以幫助指導(dǎo)家用機器人的交互設(shè)計。 通過審查有關(guān)的工作，說明我們的研究過程，我們開始這篇文章。下一步，我們提出了一個家用機器人生態(tài)學(xué)的概述，并介紹如何與機器人長期相處的經(jīng)驗。下面，我們描述了實證數(shù)據(jù)支持我們?nèi)绾蔚贸龅目蚣?，然后再討論它如何可以幫助設(shè)計師創(chuàng)造與家用機器人長期互動的經(jīng)驗。最后，我們總結(jié)報告目前的局限性和加強未來的DRE設(shè)計。 2 相關(guān)工作 在本節(jié)中，我們處理兩方面的相關(guān)工作。首先，我們回顧了機器人通過長期的研究探索在社交場合。然后，我們討論如何對家用機器人的研究探討這一議程，??并突出我們的研究如何能有助于進一步的研究。 2.1人類長期機器人互動的研究 在長期的人類與機器人互動已積極研究在非住宅空間的領(lǐng)域，如辦公室[12，19]、學(xué)校[13，26]、醫(yī)院[17，18]等。它們表明，因為他們通過新奇刺激而使人們表現(xiàn)出不同的使用模式。例如，神田等放置機器人在一個教室并觀察小學(xué)生的參與情況，時間為九個星期[13]。?Robovie從事與兒童個人定制談話。起初，孩子們很興奮地想與Robovie玩耍，但隨著時間的推移，俏皮的互動頻率下降。然而，Robovie的持續(xù)互動，讓孩子看到它是教室的一部分，而不是一個時間的玩具機器人。在第八周的相處時間后，研究人員發(fā)現(xiàn)，孩子們決定分享他們的知識和有關(guān)Robovie的信息板，使他們能夠更好地了解其特點。帕羅（小海豹機器人）的研究也表明這種的長期影響。馬蒂發(fā)現(xiàn)，超過三個月的使用給帕羅與智障兒童之間的社會行為帶來的變化（即其他人接觸和表達情感）[17]。此外，兒童表現(xiàn)出的情感紐帶的行為，如給帕羅的父母寫一封信，讓他們和機器人相處持續(xù)的時間更長。然而，長期與機器人的互動并不總是出現(xiàn)在積極的領(lǐng)域。其他的研究已經(jīng)證明，隨著時間的推移，人們對機器人的興趣有所下降。在他們的3個月的研究中，田中等試圖使機器人（QRIO）跳舞作為一種刺激使保持兒童和機器人之間的互動時間延長，但他們看到了孩子們的興趣隨著時間的推移而下降[26]。同時,人們也開始忽略一個大的機器人在走道上幾天后的引導(dǎo)互動(19),甚至忘記了機器人在一項為期三個月的田間小區(qū)試驗中的一個任務(wù) [12]。 這些研究人員不僅提供人類和機器人之間的長期相互作用如何發(fā)生的經(jīng)驗證據(jù)，還提供了設(shè)計的影響，使這種關(guān)系成為可能。神田等人聲明?“長期互動能力的各種因素，如視覺處理，語音識別，能夠物理化的任務(wù)和比賽，內(nèi)存數(shù)量等等組成”[13]。馬蒂 提供了不同的觀點，長期互動可以成功地發(fā)生，當(dāng)人們把機器人作為有感情的社會代理，而不僅僅是物體[17]。?Goakley等人注意到環(huán)境因素也可能影響長期的互動，如人數(shù)（組與個人）和天的時間[9]。雖然這些研究提供了哪些可能有助于成功的長期相互作用的見解，但是很少有在家庭的空間探索這個議程。 2.2家用機器人的研究 最近，越來越多的研究機構(gòu)（例如，[6，8，15，16]）也讓人看到了希望，了解如何設(shè)計用戶交互式家用機器人。Forlizzi和迪薩爾沃的倫巴使用的精領(lǐng)域評估中發(fā)現(xiàn)，這種清洗機器人通過增加清潔機會和計劃，已經(jīng)影響了家庭清潔工作的方法。此外，他們指出，機器人的使用和幫助（即消除障礙），物理環(huán)境起到了重要作用。此外,他們報道的具有認知和情感反應(yīng)的家用機器人中應(yīng)用的新穎性,如用倫巴找到丟失的耳環(huán) [8]。Forlizzi介紹了為什么這種結(jié)合可以創(chuàng)建家庭成員之間的社會動態(tài)，在她比較倫巴和胡佛的工作之后，一個輕量級的直立式吸塵器 [6]。據(jù)她介紹，使用機器人作為一個清潔器去關(guān)注所有的住戶而不是一個人。更重要的是，她認為這是一個的長期有效的基礎(chǔ)，來描述為何一年之后倫巴仍然使用，而胡佛已被另一吸塵器替換。?Kim等進行了一項類似的研究，在韓國的 家庭部署五種不同的吸塵機器人以了解用戶使用機器人的趨勢 [15]。從這個經(jīng)驗性的工作中他們發(fā)現(xiàn)，清理發(fā)生在較小的單位比整個房子，如從他們房間的具體點更容易設(shè)計出巡跡的方案。盡管有很多關(guān)于機器人在家里和人們相互影響的信息，我們?nèi)匀缓苌僦涝谝欢伍L的時間里這種影響的作用。在余下的論文中，我們將通過我們的縱向領(lǐng)域的研究探索這一議程。 3 研究設(shè)計 3.1方法 我們分發(fā)了30個倫巴到30家在美國亞特蘭大地區(qū)的商店。為了了解長期的影響，我們的研究超過六個月。我們選擇了研究倫巴，因為他們是分布在大眾市場的第一個機器人，并因此成為與人最熟悉而更容易招募。我們參觀了每個家庭五次并追蹤他們的經(jīng)驗。有一個家庭在第四次采訪后退出研究。我們一共進行了149次家訪。我們補償我們的參與者通過允許他們在研究之后繼續(xù)擁有機器人。在五次家訪中，我們使用了多種技術(shù)，揭開了長期的經(jīng)驗。進行家訪的前后我們鼓勵參與者報告他們的經(jīng)驗，如通過電子郵件。我們分別發(fā)表在詳細研究的過程中[24]。在這里，我們簡單介紹一下我們采用的方法如下。 我們走訪了第一次沒有倫巴的家庭。我們想記錄整體家居空間，包括家居布置和住戶之間的社會動態(tài)。要了解這點，我們與家長（如父母）做了半結(jié)構(gòu)式訪談。除了采訪我們要求他們進行家庭旅游，在這期間我們學(xué)習(xí)他們的清潔程序，包括清潔的時間、頻率和對象。我們用它作為基準來比較機器人的使用。我們完成了第一次面試，要求他們制定了自己的家庭的設(shè)計圖，并強調(diào)他們希望運行的機器人領(lǐng)域。我們把這個設(shè)計圖與實際使用的區(qū)域進行經(jīng)常性比較。 大約一個星期后，我們進行第二次訪問。在這次訪問中，我們帶來倫巴和觀察家庭的初步反應(yīng)。在此期間，我們要求的所有住戶包括兒童在場，因為先前的研究指出最初的參與可能會影響以后的使用[8]。我們觀察他們?nèi)绾尾鹧b并首次使用倫巴。然后，我們進行了匯報會議，期間與會者評估李克特量表上的7點的第一印象。他們評價了5個，包括“易于使用'、'有用'、'感情'、'娛樂價值'、'對家庭的影響程度”等類別的用戶體驗。我們從個別家庭的每位成員收集這方面的經(jīng)驗等級，因為以往的研究表明，戶主可以形成不同的看法（如爸爸喜歡的機器人而媽媽決定不使用它[25]）。我們反復(fù)地從這方面的經(jīng)驗等級進行經(jīng)常性互訪。 兩個星期后我們找出自倫巴抵達后改變了什么。我們對他們的“倫巴??規(guī)律”進行半結(jié)構(gòu)式訪談，例如它被使用了多久、誰使用它、以及何時何地他們?nèi)绾吻謇?。此外，我們問他們是否使用機器人進行非清潔活動，如把它展示給其他人，并介紹名字和個性。然后，我們要求我們的參與者三個活動，以更好地評估他們的經(jīng)驗。首先，我們要求他們重新強調(diào)了他們的家園的藍圖顯示，正是他們運行并保持機器人的地方。第二，我們重新收集了經(jīng)驗等級。第三也是最后，我們要求參加檢查活動，讓他們把對倫巴所做的事情列成表格如出租、給倫巴命名、展示給別人以充實我們的倫巴研究體系 [6，7，24，25]。因為這些研究指出倫巴的活動經(jīng)常會出現(xiàn)多個住戶之間，所以我們要求他們一起檢查。然而，我們個別跟進了解細節(jié)，如活動的領(lǐng)導(dǎo)者和參與者。我們在余下的采訪中重復(fù)這個活動清單,使它成為一個好的指標：是否倫巴的用法隨時代而改變。 兩個月后我們重新了解是否有任何改變，直到我們的最后一次訪問。我們保持類似一般的采訪形式比較用戶體驗是如何隨時間變化的。我們進行了關(guān)于倫巴規(guī)律的半結(jié)構(gòu)化訪談，在此期間我們著重于他們?nèi)绾问褂煤途S護的機器人，因為與會者開始表達有關(guān)管理技術(shù)問題的困難。然后，我們要求我們的學(xué)員完成三項活動：設(shè)計圖，經(jīng)驗等級，活動清單。 最后一次訪問是在倫巴抵達大約六個月后發(fā)生的。我們完成了采訪，要求參加者陳述整體經(jīng)驗和潛在的進步。 3.2參加者 我們采用滾雪球抽樣的方法聘請參加我們研究的人，要求我們的參與者介紹給其他可能會表現(xiàn)出興趣的人。我們限制參與的家庭至少有一個成年人（18歲及以上），而且在六個月內(nèi)沒有旅游計劃，因為以前的研究顯示家居布局的影響互動模式[7]。最后，我們有48人（22名男子和26名婦女）分別來自30個家庭。我們總結(jié)的人口統(tǒng)計信息如下： 家庭組成：我們試圖平衡家庭的組成，因為他們同住與否會影響實驗[23]。我們有17個雙家長和13個單家長住戶。我們總共有48個成人，在這些家庭成為我們研究的主要采訪者（例如設(shè)計房子的藍圖并填寫評價表格）。他們的年齡介于18至67歲之間（平均42歲）。大多數(shù)的雙家長家庭（n = 13）和兩個單家長的住戶家中有兒童。這15戶有22名兒童的房子，每個家庭有一個孩子到三個孩子不等。對兒童的平均年齡為9歲，從1個月到18歲不等。給予重點吸塵，我們還邀請有寵物的家庭（N = 16），其中13個家庭有狗和三個家庭有貓。 教育和技術(shù)專長：我們收集教育和技術(shù)專長的信息，我們的主要參與者（成人）參加所有五次家訪。他們中的大多數(shù)曾接受大?；蛞陨系膶W(xué)歷。其中，研究生學(xué)歷24人，具有大專以上學(xué)歷的20人，高中學(xué)歷2人。超過一半的參與者（n = 19）自報技術(shù)，這意味著他們在技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域擁有學(xué)歷教育、專業(yè)培訓(xùn)或愛好。盡管有高水平的技術(shù)知識(一個人曾在一家機器人公司),只是兩個家庭有一個機器人玩具:歐寶和一個機器人恐龍。沒有機器人家電（即斯庫巴），因為它是我們的篩選條件之一。我們的參與者是一個職業(yè)大陣。其中包括航空安全審核員，軟件工程師，醫(yī)生，律師，獵頭，景觀設(shè)計師，廚師等等。 家庭收入：也許是由于教育和技術(shù)知識水平，約一半的家庭（n = 14）年收入超過10萬美元。除兩個參與者外，這些家庭有雙重收入。根據(jù)普查數(shù)據(jù)，格魯吉亞的家庭每年雙收入大約75,000美元（www.census.gov）?；谶@個數(shù)據(jù)，我們估計看似高的平均家庭收入在亞特蘭大地區(qū)不偏離太多。此外，這一數(shù)據(jù)表明我們的許多參與者能買得起機器人。事實上在研究過程中，三個參與者購買其他的倫巴作為禮物送給他們的家庭成員。此外，這14戶中的七個定期女仆服務(wù)，讓我們與外包清洗機器人使用。我們還包括收入少的家庭，因為我們認為他們的財政狀況可能會塑造他們的家庭生活，我們尋求一個機器人試驗的多樣性。在這項研究中，我們有8戶家庭年收入低于50000美元的。 家居布置：我們的參與者之間不同的房屋布局。最常見的是多層住宅（n = 17），由單一的房間（n = 9），閣樓（N = 2時）和公寓（N = 2時）。房屋面積為550平方英尺（一室公寓）至3900平方英尺（四間臥室，四個衛(wèi)生間的房子）。房子也各不相同，包括硬木、油氈、瓷磚、地毯（在閣樓彩色混凝土）的樓層。共享空間如客廳和用餐區(qū)往往有非地毯的地板，而臥室和樓梯往往有地毯。兩套房子沒??有地毯因家庭成員有嚴重過敏。 3.3分析：確定長期的互動 我們在數(shù)據(jù)分析中轉(zhuǎn)錄所有的采訪，并從用戶生成的材料，如收視率、活動清單、圖紙、掃描和輸入數(shù)據(jù)。分析主要側(cè)重于確定機器人如何被接受，并隨著時間的推移成為家庭的一部分。因為我們有一個大容量的數(shù)據(jù)（例如，超過一千頁的訪談記錄），我們決定把現(xiàn)有的文獻采用的相關(guān)技術(shù)（例如，[1，3，20，21，27，29]）和使用結(jié)果為指導(dǎo)來編寫實時經(jīng)驗?？偟膩碚f，我們確定了四個時間步驟使一個機器人被戶主接受成為房子的一部分。這些步驟包括： （1）接受前：在此過程中，人們了解的產(chǎn)品并確定其價值。此外，他們形成對對象的期望和態(tài)度[3]，這在很大程度上影響以后的用戶滿意度[8]。 （2）接受：它是指在購買時得到的第一印象或最初的相互影響[20]。 （3）適應(yīng)：在此期間，人們嘗試了解更多的試驗在當(dāng)前環(huán)境下的使用和兼容性的復(fù)雜性有關(guān)的文物，并進行必要的修改，以更好地接受[20]。通過這個階段，人們決定重申或拒絕繼續(xù)使用[20]。 （4）使用及保留：期間人們開始表現(xiàn)出技術(shù)的使用習(xí)慣。此外，通過升級或改變下一代模型人們傾向保留使用超越了當(dāng)前產(chǎn)品的生命周期{11]。 我們根據(jù)這四個步驟重新組織的面試采訪錄，然后用扎根理論[22]（ 一個新興的定性分析方法）確定每個時間階段的互動模式。我們試圖在所有四個階段保持一致，以便更容易地比較和對比的相互影響的效果。例如，我們標記的機器人類型，在互動中扮演如下三種形式之一的角色：完成任務(wù)的工具，環(huán)境變化的承擔(dān)者和一個演員引起的社會反應(yīng)（[7]啟發(fā)）。作為扎根理論的結(jié)果，我們制作了一個初步框架，假設(shè)解釋機器人與家庭環(huán)境一個長期的相互作用的關(guān)系，我們稱之為家用機器人生態(tài)。在下一節(jié)中，我們描述了這個框架的基本概念。 4 家用機器人生態(tài)學(xué)（DRE）：構(gòu)造長期的互動 ＤＲＥ是一個初步的框架，闡明了機器人產(chǎn)品與周圍環(huán)境形成動態(tài)的關(guān)系（直觀地描繪在圖1）。我們特別選擇了這個詞“生態(tài)”（[7]的啟發(fā)），強調(diào)的是，我們的框架整體上顯示了機器人產(chǎn)品跨越上述所有四個階段的互動經(jīng)驗。 圖1上：家用機器人生態(tài)學(xué)（DRE），長期與機器人互動的整體觀。下：DRE顯示互動格局的變化，經(jīng)過一段時間的延長期內(nèi)（預(yù)收養(yǎng)，收養(yǎng)，學(xué)習(xí)/適應(yīng)， 并使用/保留）。 　　總的來說，這個框架顯示的三個關(guān)鍵屬性在很大程度上影響所有時間階段的 互動經(jīng)驗。他們包括物理和社會空間，社會行為者，和預(yù)期的任務(wù)。我們詳細解釋與每個因素。 A.1　物理和社會的空間相互作用發(fā)生提供了一個平臺。文卡塔斯等人形容今 天的家庭包括物理、社會和技??術(shù)的空間[30]。物理空間是指室內(nèi)環(huán)境，如樓層、房間和內(nèi)部家具。社會空間是指家庭的生活方式和活動，構(gòu)成了 家庭生活的重要組成部分。我們以前的研究表明,機器人可以作用于這種社會空間的人們分享故事、照片和視頻的機器人經(jīng)驗[25]。技術(shù)空間表明總的配置和在家庭中的技術(shù)組織，如其放置的位置。我們主認為機器人的技術(shù)空間幾乎與整個物理和社會空間重疊。與基于屏幕的計算技術(shù)不同，由于在房子的各部分自主移動機器人擁有無處不在的空間存在 [16，31]。這就是說，機器人引起的影響存在于更廣闊的物理空間。此外，機器人可以智能地回應(yīng)人類并建立自己的連接，因此可以增加獲得參與社會活動的機會[14]。因此，我們建議，家用機器人技術(shù)的空間應(yīng)完全理解為物理和社會空間。 A.2　社會行動者是在家里生活的成員，如住戶、客人、寵物。現(xiàn)有研究家庭技術(shù)用戶分為兩類：內(nèi)部成員（例如家庭）和外部成員（如游客和朋友）[10，30]。然而，有研究表明，家用技術(shù)特別是家電的使用內(nèi)部成員之間是不平等的（最顯著的研究是[2]）。它使我們思考，社會行為者的定義不是居住在房子里面而是積極使用和未使用目標技術(shù)的人。這就是說，我們把社會行動者分成兩組：“用戶”定期與機器人完成交互任務(wù)的人，“非用戶”不經(jīng)常使用但在社會活動中從事這項技術(shù)的人。 我們注意到，寵物也作為社會行為者的一部分在列。類似地，兒童的參與增加了數(shù)字技術(shù)的采用[28]，寵物熱烈的響應(yīng)和與機器人積極的互動為戶主接受機器人發(fā)揮了重要作用。以前的的倫巴研究表明，寵物跟隨機器人左右移動，甚至學(xué)會了乘坐他們，從而增加人們的積極反應(yīng)[23，25]。 A.3　任務(wù)是指機器人設(shè)計的服務(wù)活動。家用任務(wù)是密切相關(guān)且界限不清[5]，因此使用機器人自動化實驗可能會帶來連接任務(wù)的實質(zhì)性的變化。此外，機器人產(chǎn)品的使用可能會出現(xiàn)和以往不同的新類型的家庭任務(wù)。以使用倫巴為一個例子，房子的持有人創(chuàng)造休閑活動，如創(chuàng)建一個與鄰居的倫巴的跑道比賽 [23]。 由于機器人長期的互動屬性形成了五種典型的關(guān)系。機器人形成的關(guān)系如下： R.1 執(zhí)行任務(wù)的工具： 作為功利工具服務(wù)，取代手工勞動，提高生活質(zhì)量的機器人。 R.2 直接影響到周圍環(huán)境的代理人： 機器人誘發(fā)物質(zhì)的影響，如去除在地板上的寵物毛發(fā)，在導(dǎo)航中移動較小的物體。 R.3 使環(huán)境的變化的中介因素的激勵人： 機器人有時會引起負面影響，如打破了一面鏡子和拖線。有限的兼容性與現(xiàn)有的環(huán)境調(diào)和促使人們進行必要的調(diào)整以更好地接受機器人。 R.4 提高家庭成員之間的社會關(guān)系的調(diào)解員： 在我們的研究發(fā)現(xiàn)，兒童和男子在清洗機器人被接納后承擔(dān)了更多的責(zé)任。此外，機器人往往成為一個社會活動的新手段。例如，人們把機器人展現(xiàn)給游客，甚至在他們的旅程中給周圍的人展示。 R.5 從事社會活動的代理人： 人類賦予機器人栩栩如生的素質(zhì)，直接從事社會活動，如提供姓名、性別和個性。 總體而言，上圖1中的DRE整體闡明了互動過程中可能出現(xiàn)的長期與機器人互動的模式。我們在比較和對比預(yù)領(lǐng)養(yǎng)、收養(yǎng)、改編和使用/保留時間的四個階段發(fā)展的互動模式之后，建立了一個具有共同點的整體觀念。我們在圖?1（下）用粗線條突出地直觀地描繪每人每個階段最突出的互動模式。 在每個時間階段的互動模式的可視化描述隨著時間的推移用戶和機器人體 驗的類型顯示出鮮明的對比。簡要說明（詳見下一節(jié)），人們通過之前的經(jīng)驗所設(shè)想的機器人是圍繞中心任務(wù)。簡單地期望機器人作為一個功利的工具，很大程度上是人們第一次在自己的家庭與機器人互動時產(chǎn)生的想法。機器人引起強烈的社會反響，如吸引兒童參與清潔活動，立即在家庭引起變化。初步接納機器人后，人們繼續(xù)花時間和精力來了解機器人并做出必要的調(diào)整。文卡塔斯把這個階段作為一個共同發(fā)展的過程，一個使家庭接受新技術(shù)的重要組成部分[28]。在此期間，我們看到了物理環(huán)境和社會關(guān)系中最積極和活躍的變化。在同一時間，人們評估倫巴作為一個有用的清潔工具的作用，這在很大程度上影響他們決定是否繼續(xù)調(diào)整、停止工作或拒絕進一步使用。通過此期間，戶主發(fā)現(xiàn)機器人適應(yīng)他們的家庭生活的規(guī)律，并因此在物理和社會空間的變化上減少了努力。相反，他們開始從越來越多的戰(zhàn)略和復(fù)雜的任務(wù)角度把機器人作為一個專門的工具來管理清洗。 因此，我們推出了家用機器人生態(tài)學(xué)，闡明機器人在家中塑造的長期相互作用的框架。更具體地說，我們在此框架內(nèi)提出了兩種類型的意見。首先，我們展示一個整體視圖（圖1：上），捕捉整體互動機器人所有時間階段創(chuàng)造的經(jīng)驗。第二，我們展示了時間視圖（圖1：下），突出了隨著時間的推移分別出現(xiàn)的關(guān)鍵互動模式。在下面的章節(jié)中，我們將討論這四個來自我們長期研究領(lǐng)域的具有典型時間觀念的經(jīng)驗。 5 解析長期接受 6個月的觀察，揭示了長期使用家庭機器人的模式。在堅持和積極接受倫巴的家庭，長期互動效果顯示的清潔狀態(tài)如圖?2。在這里，我們解釋了長期模式中存在的四個時間階段的實證例子：接受前、接受、適應(yīng)并使用/保留。 圖2 P15描述的長期使用機器人的影響：這位母親使用該機器人的動機是給整個房子進行大清洗。機器人保持地板的清潔和有序，她想保持其余的房子達到相同的標準。 5.1接受前：形成期望 也許由于只有一點機器人的經(jīng)驗，我們的參與者設(shè)想一個相當(dāng)簡單的關(guān)系。人們大多是把機器人作為一個工具以改善家里的清潔，并最終形成他們目前的生活風(fēng)格。他們希望最少的人為干預(yù)的清潔，并計劃增加吸塵頻率從每周一次（平均）到每天一次。此外，他們希望機器人管理整個室內(nèi)的地板清潔工作。當(dāng)我們要求我們的參與者設(shè)計他們的家園的藍圖，并突出他們會運行的倫巴的地區(qū)，他們都標志著整個室內(nèi)區(qū)域。例如， 圖3（上）中的P25強調(diào)所有三個樓層需要倫巴運行，除了車庫他們沒有考慮作為室內(nèi)面積的一部分。 圖3 上：P25：突出預(yù)期的整個家庭使用倫巴的區(qū)域。下：P25 ：6個月后本地化的清潔以紅色突出顯示的區(qū)域 雖然人們預(yù)期的機器人在家里的整潔帶來明顯的影響，我們了解到，用戶通過使用機器人的配置文件，如技術(shù)專長和為清潔援助的需要，可以帶領(lǐng)他們到不同的層次。高層次的技術(shù)知識，包括一個人擁有一個機器人公司的參與者，知道目前的機器人產(chǎn)品的限制并沒有希望超越手動真空清洗的質(zhì)量。六位參與者在技術(shù)上天真，之前不知道吸塵機器人的存在，知識過于依賴電影和小說，因此期望先進的服務(wù)，如能夠探測到遠處的污垢。此外，家庭構(gòu)成也影響倫巴作為一種實用工具的期望。例如，擁有寵物的人希望機器人能減少目前的家里的寵物毛發(fā)數(shù)量，而那些身體殘疾的期望更加獨立的生活因為他們沒有別人可以依靠去清潔地板。 因此，人們預(yù)料的機器人成為一個主要的獨立的工具來管理家庭事務(wù)。它導(dǎo)致人們形成兩個特別的焦點，我們確定了影響實際使用過程中的滿意度的因素。首先，參與者討論了機器人如何學(xué)會互動地與當(dāng)前環(huán)境的操作系統(tǒng)兼容，如在不同的地板類型（例如瓷磚的浴室和書房糙米木地板）航行、通過小物件（例如兒童玩具）。人們期望機器人可以處理這些挑戰(zhàn)。一個男性參與者（P22的）指出，他寧愿不使用機器人，如果他將不得不很努力地幫助它在房子里定位，如清理掉了一地的電線。事實上，在實際使用中，經(jīng)過幾次試驗后他停止運行倫巴，因為他每次實驗前都要撿起一些雜物。最后，我們的戶主強調(diào)耐用和可靠的機械性能，特別是因為倫巴進入家庭空間以取代現(xiàn)有的清潔工具，通常持續(xù)多年。事實上，我們的一些參與者使用地板真空清潔器十多年了。他們補充說，潛在的機器人產(chǎn)品成本高導(dǎo)致他們期望其性能更加可靠。事實上，一個家庭（P9）五個月后放棄了使用它，由于技術(shù)故障頻繁，盡管報告中倫巴的清洗質(zhì)量讓人滿意。 5.2接受：獲取的第一印象 參與者后首次使用機器人會更積極地反映使用經(jīng)驗。在我們問過他們的初步經(jīng)驗之后，參與者在所有類別的用戶體驗中表現(xiàn)出更高的滿意度（見表1）。 表1比較用戶在前和后初次使用倫巴的評分（1 =最積極的差異，7 =最正） 接受前（平均分） 接收后（平均分） 差異（T檢驗） 智能操作 3.6/7 4.04/7 t(47)=3.07 P <0.005 清潔 4.93/7 5.19/7 t(47)=1.06 P> 0.1 易于使用 5.13/7 5.35/7 t(47)=1.24 P> 0.1 娛樂價值 4.27/7 4.75/7 t(47)=2.34 P <0.05 感情 3.92/7 4.42/7 t(47)=2.97 P <0.005 整體印象 4.58/7 5/7 t(47)=2.11 P <0.05 在運作初期，參與者試圖評估他們之前通過的期望和關(guān)注。例如，所有的家庭運行了約15分鐘的機器人，通過拿起垃圾桶檢查有多少灰塵和寵物毛發(fā)來證實倫巴是實用的清洗工具。在大多數(shù)的家庭，倫巴顯示了比預(yù)期更好的清洗質(zhì)量，從而獲得“有用清洗”被接受后（見表1）較高的評價。此外，住戶使用運作初期來評估機器人與環(huán)境的兼容性。他們跟著機器人圍繞房子走，并開始在必要時改變其任務(wù)，如拿起電線、拆除面積地毯。此外，他們嘗試讓機器人清潔他們認為將有困難的地方，如樓梯的附近和門檻。此外，他們還進行了以倫巴潛在的危害性實驗來保護自己的家園，特別是如果他們有寵物和兒童。父母把他們的腳放在倫巴下面，看它是否是意外事故的原因。此外，所有有寵物的16戶家庭讓機器人在寵物的活動區(qū)域運行，并觀看了反應(yīng)。一個在家庭擁有化學(xué)處理的混凝土地面的參與者，仔細觀察是否倫巴會在表面刷上任何劃痕。 除了確認倫巴作為一個有用的工具，我們看到了住戶和機器人之間形成的一種新型關(guān)系。我們的研究顯示，戶主在查看最初的互動后把機器人作為一種社會代理。表1中的數(shù)據(jù)支持這一結(jié)論。參與者評為與非清洗相關(guān)的用戶使用體驗，如智力和情感依戀顯著比實際使用程度高。我們的實證觀察報告類似。在最初的互動，人們馬上會賦予栩栩如生的素質(zhì)，如倫巴去某個地方的意圖。參與者指出，他們覺得倫巴的動作使他們感覺到逼真的元素，即使它并沒有像任何生物。他們補充說，機器人的性能超出了他們的期望，如到沙發(fā)下、返回到本身的充電底座，提高了認知的智能水平因而它更加自動化并替換體力勞動。 或許擁有更豐富的社會交往，人類會認為機器人的實驗更有趣。在P20的男孩（3歲到6歲）一邊追逐機器人，一邊大喊“這是活著！”并試圖跳過去。一個十幾歲的男孩（P15，13歲）把他操作倫巴的視頻錄在手機里并在學(xué)校顯示給他的朋友。孩子們開始問他們的父母他們能否在自己的房間運行它。在P25和P29，我們看到父母如何立即用操作倫巴來獎勵完成作業(yè)的孩子。從孩子們的這種興奮，增加了家長的積極經(jīng)驗。一位母親特別告訴我們，她想讓倫巴成為女孩經(jīng)常清理并保持地面整潔的靈感。 5.3學(xué)習(xí)和適應(yīng)：學(xué)習(xí)研究和局限性 初步接受后，人們不斷探索機器人學(xué)習(xí)技術(shù)的局限性和更好的啟示，我們稱之為“適應(yīng)”階段。例如，我們的參與者提出了試探性操作，如在門廊和一輛面包車內(nèi)的地板上運行機器人清理面包屑。他們積極探索的結(jié)果使他們報道比他們需要保持房子的清潔更頻繁地運行機器人。參與者指出，這一時期在接受后通常持續(xù)約一個月。 機器人不斷引發(fā)活性劑在物理環(huán)境的變化。他們在家里自主操縱并在這個過程中清洗。經(jīng)過幾個星期的使用，人們注意到了視覺上的差異，如看到清潔地毯和寵物的毛發(fā)少、赤腳走路時感覺少屑。在環(huán)境的這些變化，保證機器人的價值作??為一個有用的工具，并促使繼續(xù)使用。然而，由于機器人的運動區(qū)域尚未被修改以適應(yīng)他們的環(huán)境，他們遇到了一些意外，如打破一個全尺寸的鏡子、吃玩具和破壞家具。在此期間發(fā)生意外戶主表現(xiàn)出更多的寬容，他們認為這是機器人認知環(huán)境的一部分而不是認為其自身的智力限制。盡管如此，他們不希望這些事故再次發(fā)生，并采取行動以防止它們（圖4）。他們需要在每個操作重復(fù)一些行動包括因果關(guān)系和臨時變化，如折疊地毯、拿開阻塞倫巴導(dǎo)航的日常物品（如玩具車）和雜物。其他的變化更持久：人們把一本書放在一盞燈下，這樣倫巴不會因試圖攀上而被卡?。簧踔燎袛嗟靥旱牧魈K，以防止它在邊緣上卡住。事實上，這些意外導(dǎo)致機器人成為引起住戶家中變化的因素。 圖4人們?nèi)绾胃淖兗揖咏蛹{機器人 機器人除了在物理環(huán)境引起變化外，還引發(fā)了住戶、寵物和客人的社會交往的變化。首先，我們的參與者繼續(xù)把機器人作為一種社會代理，并開始為它申請社會規(guī)則。最值得注意的是，13戶家庭使用的前兩個星期內(nèi)給倫巴取了名字，19戶從事與它交談并提到在使用時區(qū)分男性和女性以及最后3戶購買服裝。雖然這些活動普遍發(fā)生在6個月內(nèi)，但是我們依然看到了他們最積極的適應(yīng)時期。例如， 頭兩個星期以后我們只看到了倫巴的六個新名稱，也看到一個家庭的數(shù)量減少（12例），在六個月后才報告有與機器人的談話。 此外，倫巴發(fā)揮調(diào)解人的作用影響住戶之間的社會交往。人們用它作為一個話題和家庭娛樂的來源。例如，P2說他們故意在他們活動區(qū)域自發(fā)地排隊充電，因為它是觀看的樂趣。用他們的話說如下： “它通常會發(fā)現(xiàn)它的基地（完成清潔程序后）。但我還是把它放在廚房里（這 里裝有充電站），并按下按鈕讓它回去，因為它是觀看的樂趣。它可以一 點點地增加返回到充電點的正確率。這是我們的談話內(nèi)容。這是我最喜歡的部分?！? 更為顯著的社會變化發(fā)生在十幾歲的孩子成為主要負責(zé)清潔的家庭。倫巴吸引更多的住戶在清潔活動中合作（在 [7]中也有研究）。在一些家庭中，孩子們承擔(dān)吸塵責(zé)任。在P11的兒童（男，11歲），P25的（男，10歲）和P29（女孩，9歲和12歲）成為主要的倫巴用戶。他們不僅運行機器人進行清潔還維護它，如清空垃圾桶和更換過濾器。他們自我閱讀手冊學(xué)習(xí)這個相當(dāng)復(fù)雜的維修過程中，而且事實上他們知道比他們的父母更加了解整個程序。 此外，倫巴促進用戶與家庭以外的人（朋友和鄰居）的社會交往。對于前兩個星期，大多數(shù)參與者都談到它為別人（n = 23戶），并證明它是家庭旅客及親屬（n = 18戶）。一個家庭（P13）通過攝像頭把它展示給他在危地馬拉的朋友。兩戶家庭（P8，P25），甚至帶來他們的機器人去旅行，并在住的地方運行它以展示其性能。特別是中，P25和來訪的家庭運行倫巴作為一個娛樂的來源，如臺球桌上運行并看著它擊中球作為樂趣。因此，機器人所帶來的新奇因素刺激了人們了解和適應(yīng)使其更好地進入家庭的技術(shù)。因此，它在環(huán)境、社會成員和機器人的動態(tài)關(guān)系中引起了很大變化。 5.4使用和保留：日常使用和維修 適應(yīng)后，人們發(fā)現(xiàn)了一個機器人在自己家中使用的規(guī)律。這使人們把機器人看成一種執(zhí)行預(yù)期任務(wù)的工具，因為他們適應(yīng)之前是這樣做的。然而，清潔活動不再是簡單的和以前一樣重復(fù)。作為適應(yīng)機器人由于技術(shù)的限制（例如無法映射房子）而做出的努力，家家戶戶都精心打造了使用策略。一個值得注意的策略是在局部領(lǐng)域運行倫巴（即它運行在每一個操作區(qū)），每次旋轉(zhuǎn)清洗領(lǐng)域。也就是說，參與者運行機器人更多地作為清潔工具。例如，只有在極易弄臟的區(qū)域，如客廳和廚房（以紅色突出顯示在圖3：下），P25運行倫巴呈現(xiàn)出相 反的效果，因為它通過了整個房子（圖3：上）。 倫巴使用戰(zhàn)略，包括機器人運行的準備、維護、存儲，而不是使用。六個月后，戶主養(yǎng)成為機器人的運行整理房子的習(xí)慣，他們快速折疊地毯、放好電線。此外，參與者創(chuàng)造自己的方式來維護機器人，并把它作為一個新的家庭習(xí)慣。維護任務(wù)隨著時間的推移已成為一個機器人實驗的重要組成部分，因為它會遇到一些技術(shù)問題，如未能運作和停靠。因為這些錯誤往往來自維修質(zhì)量差，住戶故意放置倫巴的清潔工具（塑料刷）在他們家的鑰匙、計算設(shè)備、廚房電器旁邊。通過這種方式，他們將很容易被提醒去護理機器人。在這項研究中，我們看到，如果機器人仍然被戶主視為社會代理和向它發(fā)泄情緒，他們可能將花更多的精力在維修過程中（在[25]也有報道）。最后，戶主發(fā)展存儲倫巴的戰(zhàn)略。從功能上，家里基地需要坐在靠近一個插座充電。然而，人們消極地認為吸塵器是放置在一個開放的空間而不是在衣柜里。這導(dǎo)致一些參與者把倫巴放置在一個不太顯眼的位置，如沙發(fā)背后和在未使用的房間。然后，發(fā)生了另一個問題，機器人由于在視線之外而被遺忘。最終，我們的參與者要求放在不是很顯眼但足以可見得到的地方（圖5）。例如，P25把倫巴放在正門旁邊的桌子底 下，并把它形容為一個完美的存儲位置。用他們的話說： “這地方是完美的，因為它不是那么的明顯，但你可以很容易地在道路上 看到它，并被提醒打開它。當(dāng)你回來，房子是干凈的。” 圖5存儲機器人的策略：巧妙地隱藏在不顯眼的地方，但仍然在可看見和極易弄臟區(qū)域的使用，很容易被提醒。 總結(jié)我們的經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，不同的機器人互動與周圍的空間，人，任務(wù)和時間的推移。它強調(diào)反映在交互設(shè)計過程中的長期影響，這是我們在下一節(jié)討論的重要性。 6 長期的互動設(shè)計的啟示 作為一種方式，以反映交互設(shè)計的長期影響，我們首先創(chuàng)建了一個框架結(jié)構(gòu)，簡稱為家用機器人生態(tài)學(xué)（DRE）。研究人員表明使用基礎(chǔ)的框架設(shè)計可以帶來三個方面的好處。首先，它有助于闡明現(xiàn)實世界的相互作用的復(fù)雜性，從而有利于設(shè)計師更好地從多個學(xué)科之間的協(xié)作中分享上下文的共同點[10]。其次，該框架可以幫助設(shè)計師減少關(guān)于事情應(yīng)該是怎樣的概念的直覺和規(guī)定的設(shè)計，使研究更接近基礎(chǔ)的用戶數(shù)據(jù)[10，12]。最后，一個框架可以為征求開發(fā)商誰是新的設(shè)計者，提供一個堅實的基礎(chǔ)、想法和概念[10]。考慮到家用機器人的商業(yè)應(yīng)用的歷史很短，許多設(shè)計師會感覺相對較新的設(shè)計挑戰(zhàn)。 DRE在兩種觀點中反映了長期的互動。首先，這個框架描繪了所有時間階段的機器人互動的整體性和關(guān)系的觀點（圖1：上）。它允許設(shè)計師輕松地計劃如何選擇自己的設(shè)計會影響整體的用戶體驗。第二，它打破了根據(jù)時間的四個階段全面的經(jīng)驗，并提出了如何隨著時間的推移去發(fā)展互動模式（圖1：下）。在本節(jié)中，我們創(chuàng)建了最初的概念，以幫助指導(dǎo)設(shè)計師如何從長遠的角度運用這些到實際的交互設(shè)計中。 DRE“整體”觀：研究結(jié)果表明，機器人引起物理空間、家庭成員和預(yù)定任務(wù)的動態(tài)的相互作用。這些關(guān)系是相互關(guān)聯(lián)和相互關(guān)系的。在設(shè)計上，它意味著，設(shè)計者應(yīng)首先闡明三個相互作用的屬性：環(huán)境背景、用戶檔案和任務(wù)特點。設(shè)計師也可以利用映射到這個框架及其相互作用思路的DRE整體構(gòu)想，并與我們描述的五個關(guān)系輕松地創(chuàng)建互動的情景（4的R.1-R.5部分）。交互方案將有助于揭示在一個整體的用戶體驗設(shè)計的長處和弱點。 　　DRE“接受前”觀：接受之前，人們認為機器人作為一個功利的工具。他們圍繞中心任務(wù)績效（如地板清潔）設(shè)想機器人的試驗，如它如何兼容不同類型的物理空間（如地板類型）和持久地良好的運行。當(dāng)對兼容性和耐用性很高的期望沒有實現(xiàn)時，人們失去了進一步使用機器人家電的興趣。設(shè)計蘊涵著難以想象的重要性，詳細列出障礙會限制機器人家用電器實行獨立、自主經(jīng)營。以倫巴為例子，設(shè)計師可以建議擁有一個大車輪作為潛在的要求，以防止機器人卡在電線和雜物上。 DRE“領(lǐng)養(yǎng)”觀：當(dāng)戶主首次運行機器人時，他們對機器人表現(xiàn)出強烈的社會反響并從事探索活動，如在戶外和臺球桌上運行。他們開始察覺到它不僅是一個工具也許還是一個栩栩如生的代理。人類和機器人之間的社會關(guān)系的啟發(fā)，有助于在實驗中增加情感和娛樂價值。它留下幾個交互設(shè)計的影響。首先，設(shè)計師可以實現(xiàn)在開頭表現(xiàn)動作來增加情感和娛樂價值。其次，設(shè)計師可以考慮讓機器人展示并理解社會行動，如能夠問候和揮手。最后，設(shè)計師可以提高安全系統(tǒng)以保護人對機器人進行的隨機試驗，如在高的地方運行它。同時，機器人應(yīng)該能夠通過明確的錯誤反饋來通知參與者實驗所造成的技術(shù)問題。 DRE“學(xué)習(xí)/適應(yīng)”觀：首次采用之后，人們持續(xù)地花費時間和精力作出必要的調(diào)整，如改變家具布局。此外，戶主帶著機器人從事各種社會公益活動并開始賦予它一個唯一的身份（例如姓名、性別、個性）。進一步說，機器人會改變在家里的社會角色。他們引起更多家庭成員之間的合作以完成一個手工任務(wù)，這些任務(wù)在機器人使用之前曾經(jīng)屬于一個人的（例如媽媽的清潔）。這一發(fā)現(xiàn)表明，即使是一個簡單的功利機器人，只要它具備適應(yīng)社會規(guī)則的能力就可以成為長期被接受的關(guān)鍵。為了提高其代理和獨特的特點，機器人應(yīng)該能夠認識到自己被賦予的特點。進一步說，機器人需要識別家庭成員不同的反應(yīng)來提供個性化的互動，如觸發(fā)與兒童的同伴關(guān)系。設(shè)計機器人的關(guān)鍵因素，是能夠根據(jù)家庭中社交需要去學(xué)習(xí)和發(fā)展。 DRE“使用/保留”觀：在一個較長時期，倫巴已成為專業(yè)的工具來保持房子的清潔。然而，為了適應(yīng)無差錯的自主操作，戶主實施了幾個戰(zhàn)略，如局部和旋轉(zhuǎn)清潔區(qū)。默認情況下，機器人應(yīng)該能夠繪制整個房子的局部清潔程序以減輕用戶的智力負擔(dān)，特別是那些年輕或技術(shù)上天真的人。此外，他們還應(yīng)該讓用戶選擇是否在整個房??子或家中的一個特定區(qū)域運行機器人。除了操作策略，與會者特別強調(diào)在家庭的例程中納入一個全新的任務(wù)，使他們能夠保留使用和維護可靠。然而，一些參與者很容易忘了定時清洗機器，從而導(dǎo)致性能故障。為了維持良好的質(zhì)量性能，機器人應(yīng)該能夠激活自啟動通知模式，及時提醒用戶的操作和維護。最后，我們的參與者試圖制定其他相關(guān)任務(wù)戰(zhàn)略，如精心選擇大本營的地方。我們的參與者尋求一個不是那么顯眼但可見的地方，足以提醒用戶它的存在和繼續(xù)使用。它表明，機器人的外觀設(shè)計也應(yīng)精心打造，并允許用戶自定義機器人的外觀和感覺，使在他們的家中協(xié)調(diào)或者脫穎而出。 7 結(jié)論 在這篇文章中，我們試圖了解家用機器人的長期相互作用。為了在互動中研究時間的影響，我們進行了長期的實地考察，我們把30個機器人分發(fā)給30戶家庭，并觀察他們接納和使用機器人超過六個月。在這項研究中獲得的結(jié)果超出我們的意想，我們了解到人們?nèi)绾谓邮軝C器人作為家庭的一部分。根據(jù)研究結(jié)果，我們朝著建立一個家用機器人生態(tài)學(xué)（DRE）的框架邁出了第一步，它闡明了機器人與周圍的家居環(huán)境創(chuàng)造的整體和時空的關(guān)系。我們認為這樣的銜接，可以幫助設(shè)計人員更容易接近長期與機器人互動的復(fù)雜性。 ? 考慮到倫巴是一個只進行吸塵的相當(dāng)基本的機器人，我們承認我們框架理論的局限性。我們預(yù)計，至少在三個方面與先進的家用機器人的互動模式將變得更加生動。首先，我們建議DRE的第六種關(guān)系：家中智能家電的交互代理關(guān)系。這種特殊的關(guān)系并未出現(xiàn)在倫巴的研究中，因為這種機器人并不具有與其他機器人進行網(wǎng)絡(luò)溝通的能力。然而在即將到來的未來，我們可以很容易地設(shè)想一個保安機器人在家里用無線攝像機和其他機器人溝通（[4]中所示）。第二，機器人將作為一種社會行為者超過作為一種工具。目前服務(wù)型機器人主要作為一種根據(jù)用戶需要執(zhí)行任務(wù)的工具。例如，當(dāng)人們要清理時才運行倫巴。在未來，機器人將有望根據(jù)用戶行為和用戶檔案來處理復(fù)雜的任務(wù)和管理智能技術(shù)，如記憶和通知調(diào)度，并提供個性化的服務(wù)（[10]中詳細說明）。這意味著，未來的機器人可能會作為社會行動者，根據(jù)需要自主確定和執(zhí)行的任務(wù)而無需用戶輸入。最后，我們設(shè)想機器人將充當(dāng)中間人，引導(dǎo)人們改變現(xiàn)有的環(huán)境。隨著映射房子和跟蹤導(dǎo)航路徑的能力的增強，未來家用機器人會巧妙地感知和避開障礙物。他們甚至可能會伸縮機械手臂，根據(jù)自己的需要調(diào)整環(huán)境。與其他消費機器人更多的個案研究將有助于驗證這些對目前DRE的預(yù)想。盡管如此，我們希望我們的初步嘗試創(chuàng)建的DRE會引起其他研究人員之間關(guān)于如何將其納入日常機器人的設(shè)計長期的互動的學(xué)術(shù)興趣。 致謝 我們感謝參與這項研究的所有參與者。我們也感謝捐贈倫巴的iRobot公司。 參考文獻 1. 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