情緒模型在社會機器人設計上的應用
為什麼社會機器人要有情緒
為什麼機器人需要有情緒？從人際互動的觀點來看，情緒不僅對於個人的認知與判斷具有決定性的影響，情緒的展現與表達，也對於人際溝通帶來重大的影響。情緒表達與判讀的缺失，更可能為生活帶來不便。例如情緒障礙症（mood disorder）患者即是因為不善於情感的表達與判讀，在與一般人溝通時常常產生落差與誤解。自身表現出的情緒也因為症狀時常陰晴不定，進而阻礙患者的社交生活，產生負向的循環。由此可知，情緒對於社交能力來說，是極為重要的之一。不同於傳統用於工業的機器手臂，設計者期望社會機器人能有與人互動的能力。而根據上面的推論，想要讓社會機器人有與人社交的能力，機器人必須要具備有情緒辨識與表達的能力，因為情緒是社交能力的必要條件。
社會情感機器人的先驅：Kismet
在二十一世紀初，麻省理工學院的學者Cynthia Breazeal打造了一部牛頭造型的機器人，叫做Kismet。Kismet的設計強調表情變化，在外觀上，有著誇張的五官，包含眼睛、眉毛與上下唇等，可以用以表達情緒的特徵，如下圖所示。
社會機器人哪來的情緒
對於人類來說，表達或判讀表情不是太困難的事情。研究指出，嬰兒在六個月大的年紀時，就可以判讀雙親表達的情緒，甚至也有其他研究認為，新生兒也具有判讀情緒的能力。這些研究皆再一次凸顯了情緒對於人類社會生活的重要性。然而，對於機器人來說，無論是判讀或表達情緒，都仰賴人機互動研究者的設計。通常會經由心理學家提供情緒的模型，並由工程師打造出實際的機器人。主要的流程包括機器人接收刺激，將刺激對應成情緒，然後透過致動器（actuator）展現出表情。那麼，這個過程是如何發生的呢？
以Kismet為例，設計者將外來的刺激所引發的情緒，依據「情緒密度」、「情緒與刺激的相關性」、「是否與內在狀態有關」、「目標導向與否」此四個標準，分別給予這些情緒三項分數：喚醒程度（arousal）、價性（valence）、立場（stance）。分別給予+1250到-1250分的評價分數，作為座標。以喚醒程度為例，分數越高代表喚醒程度越高，也可以理解為越激動，例如憤怒、驚訝都是喚醒程度高的情緒。而價性則是表示正向或負向情緒，例如：生氣是一種負向情緒，開心則是正向情緒的代表之一。而以上的兩個向度，是參考自 Russell 所提出的二維情緒模型。第三個向度，指的是立場的開放程度。例如：接受的態度就是開放程度高的代表之一，而嚴格、古板的則是接受程度低的情緒。
Mapping of emotional categories to arousal, valence, and stance dimensions[ A,V,S].
有了這些情緒之後，設計者還需要將情緒對應成表情，才能讓 Kismet 順利地展現出情緒表達的功能，成為一名具有社交能力的社會機器人。針對這個部分，Breazeal 教授參考了 Paul Ekman 的面部動作編碼系統（Facial Action Coding System）。 Ekman 所提出的這套系統，是將人類的面部肌肉分一個個群組，一個群組就是一個最小動作單位（action unit）。而表徵基礎情緒的的表情，則是由不同的動作單位組合而成。其中每個動作單位，可能包含生理學上不同名稱的肌肉。而設計者依據編碼為基礎，對電腦輸入相應指令，並設計演算法辨認表情。在其系統中，Ekman 更是提出人類具有的六種基本情緒。此主張是基於對新幾內亞的原住民觀察而來。然而這樣的宣稱也在 1990 年代初期引起軒然大波，Ortony與Colins持反對意見，認為人類並不存在基礎情緒，時至今日，心理學界並沒有普遍的共識。
取自Yin, D. B. M. et al.(2017)
結語
對於社會機器人來說，情緒設計是一項必要的功能。然而機器人的情緒應該如何形成？機器人應該要能展現哪些情緒？這些都是人機互動領域研究者持續在探索的問題在心理學界中，連「人類是否存在基礎情緒、這樣基本的問題都尚未有共識，更遑論情緒產生的過程、情緒反應的機制等仍困擾著學界的問題。近年來，如電腦科學、人機互動等學門也對於情緒的心智模型、情緒反應的機制、情緒於社會互動的角色等問題有所探討。期望在多管齊進的情況下，揭開情緒這個神秘機制的面紗。
參考資料
Breazeal, C. (2003). Emotion and sociable humanoid robots. International journal of human-computer studies, 59(1-2), 119-155.
Walker-Andrews A. S. (1998). Emotions and social development: Infants' recognition of emotions in others. Pediatrics, 102(5 Suppl E), 1268–1271.
Russell, J., 1997. Reading emotions from and into faces: resurrecting a dimensional–contextual perspective. In: Russell, J., Fernandez-Dols, J. (Eds.), The Psychology of Facial Expression. Cambridge University Press, Cambridge, UK, pp. 295–320.
Ekman, P., & Friesen, W. V. (1978). Facial action coding system. Palo Alto: Consulting Psychologist Press.
Ortony, A., & Turner, T. J. (1990). What's basic about basic emotions?. Psychological review, 97(3), 315.
Ekman, P. (1992). Are there basic emotions?.
Ekman, P. (1992). An argument for basic emotions. Cognition & emotion, 6(3-4), 169-200.
補充
在本文中，對於Kismet表情產生機制的敘述是經過簡化的版本，實際上產生的機制更為複雜，參照的理論更為多元，詳情可見參考資料一。
關於是否存在基礎情緒的爭論，可參見參考資料中的五到七，其中五是反對存在基本情緒的主張。