2023儿童陪伴机器人白皮书

儿童陪伴机器人白皮书 中国电子技术标准化研究院 2023年3月 主要起草单位 中国电子技术标准化研究院华为终端有限公司 科大讯飞股份有限公司 广州视睿电子科技有限公司重庆凯瑞机器人技术有限公司 北京世纪好未来教育科技有限公司安徽淘云科技股份有限公司 北京光年无限科技有限公司杭州萤石软件有限公司 中国智慧家庭生态联盟 深圳市8K超高清视频产业协作联盟 国家数字音视频及多媒体产品质量检验检测中心国家虚拟现实/增强现实产品质量检验检测中心 全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会电子信息产品标准化国家工程研究中心 版权声明：本报告版权归属中国电子技术标准化研究院。如需转载或引用，请注明出处。 发展背景 随着智能技术、自动化技术的发展及应用，机器人从工业领域逐渐渗透到我们的日常生活中来。从传统的机场、医院、商场等ToB应用场景，逐渐走进家庭当中面向个人消费者，家庭场景已然成为机器人发展的下一个重点方向。 现代人工作节奏快、生活压力大导致陪伴孩子的时间相对较少，儿童陪伴机器人产品的出现，缓解了家长这一痛点，受到了广大年轻父母的青睐。儿童陪伴机器人一般都具有拟人化的动作能力，情感丰富的语言表达能力，能提供给儿童相对高质量的陪伴和互动。除此之外，家长们还希望儿童陪伴机器人可以拥有更多元的功能，如更智能的人机交互、智能对话、儿童看护、教育学习等，而这些需求，无疑对儿童陪伴机器人的AI能力以及交互体验设计提出了更高的要求。可以说，在人工智能机器人发展大趋势下，儿童陪伴机器人在性能和体验上 将迎来新一轮的产业升级。 1儿童陪伴机器人的演进 1.1工业机器人 20世纪50年代开始，在工业生产领域，机器人已经在工厂流水线上代替人工去完成那些重复度高且固定的工作。随着计算机、自动化技术以及人工智能技术进步和发展，使得工业机器人从传统的简单程控机器人，发展到通过视觉、触觉、传感器、高精度高速伺服驱动的智能化机器人，工业机器人整机性能和精度得到大幅提升，应用领域进一步扩大，工业机器人已在汽车、电子、化工、能源、医药等行业中广泛应用。工业机器人极大提高了生产效率，节省了劳动力，降低了企业制造成本。随着软硬件技术的发展，国家产业政策的支持，工业机器人也将进入高速发展期。 1.2服务机器人 服务机器人一般分为个人/家庭服务机器人、特种服务机器人、商业服务机器人。个人/家庭服务机器人主要应用有老年人健康护理、生活辅助，家政服务如做饭、扫地，智能家居服务如家居控制、安防等；特种服务机器人主要应用为军事、医疗救援、航空科研等专业领域；商用服务机器人主要应用为零售、酒店餐饮、机场服务等特定场所的服务工作。 随着人工智能技术，自动化控制技术的发展，服务机器人的智能化程度越来越高，应用场景也在不断丰富。服务机器人与人们的生活密切相关，给人们的生活带来了极大的便利，同时也改善着人们的生活质量。服务机器人同其他电子产品一样，越来越被普通老百姓所接受，需求急速上升，市场空间巨大。 1.3儿童陪伴机器人 随着传感器、机器视觉、智能芯片等人工智能技术的发展，传统产品的智能化演进已成为趋势。家庭场景中，传统的玩具式、学习机式的儿童产品如故事机、学习机已经不能满足现代家庭的需求，因此更加智能的、能够进行情感互动的、具备拟人化运动能力的儿童陪伴机器人应运而生。儿童陪伴机器人能帮助家长陪伴儿童，可以和儿童通过丰富的肢体动作，充满情感的面部表情进行情感化的人机交互；机器人能够理解儿童，与其进行伙伴式的交流问答，解决儿童们的十万个为什么；机器人能够辅助学习，是儿童们的学习助手。 2儿童陪伴机器人的基础能力 2.1儿童专属双语能力 儿童陪伴机器人需要具备优秀的语音交互能力，能够听清并听懂儿童的语言，并且能够自主的做出合适的内容回复。 能力上，支持中英文双语识别和表达，在中远距离，噪音场景能够准确的识别语音内容，同时针对低龄儿童说话特点，如语速慢，说话断断续续，字词重复，不符合语法规则等特征，能够快速并准确的对儿童的表达内容进行辨析，并且在思考和决策后，通过情感化的表达方式，以流畅自然的语句给出符合儿童认知范畴的并且易于儿童理解的回复，童音表达高度拟人化，流畅自然。 内容上，面向儿童用户，机器人表达的内容需要简短易懂，符合儿童的认知水平，避免长篇累牍；对话有温度，有一定趣味性，同时要严格避免出现不文明、负能量、暴力、歧视性等问题语句。机器人同时应具备丰富的百科问答类知识，开放域闲聊对话能力和优质的少儿有声资源，给儿童提供良好的陪伴体验。 2.2视觉感知能力 儿童陪伴机器人具有视觉感知能力，能够准确的识别并分析当前交互对象。机器人利用配备的摄像头，通过肢体运动或者相机方位控制，调整角度提高可视范围，通过AI视觉算法提供识别能力，能够准确的识别当前交互对象的位置、距离、人物属性、书本、物体等，支撑机器人做出多模决策。 2.3多模态感知能力 机器人具备多模态感知能力。机器人配备MIC阵列，可实现远距离场景的 精准收音，并且通过机器人的运动转向能力，能够支持360°全向唤醒，使得机器人可以对声源进行精准定位。语音算法上能力增强，儿童场景唤醒和语音交互成功率大大提高。机器人具备视觉识别能力，利用配备的摄像头，通过肢体运动或者相机方位控制，调整角度提高可视范围，通过AI视觉算法提供识别能力，能够准确的识别当前交互对象的位置、距离、人物属性、书本、物体等。同时机器人配备触摸传感器、毫米波传感器、光感传感器、陀螺仪等高精度传感器，能够精准感知触摸，感知交互距离，自身状态以及周边环境变化，支撑机器人做出多模决策。 2.4拟人化表达能力 儿童陪伴机器人要具备拟人化的行为表达能力。机器人可以利用运动舵机控制自身的身体、肢体转向，模拟人的运动；通过屏幕展示机器人的眼神、表情、口型；通过语音、表情、动作表达机器人的思想。多种能力融合，通过科学的设计和编排，让机器人拥有丰富多样的拟人化情感表达能力，使得行为动作更加细腻平滑，神态表情更加自然真实。 2.5本地智能 儿童陪伴机器人持续挖掘端侧AI极致潜能，提供体系化的端侧AI能力，赋能语音AI、视觉AI、决策AI能力，支持机器人做到拟人化的表现，真正实现听清、听懂、能思考，看清、看懂、能表达，可自主决策做出合适的行为。 端侧AI具有随时性、实时性和隐私性等重要特点。AI业务数据在本地完成处理、分析，能避免个人数据泄露，保护用户的隐私安全。端侧AI能提升智能服务的响应效率，不依赖网络限制，带来更灵敏的交互体验。 2.6儿童安全设计 儿童陪伴机器人需要确保儿童与机器人使用过程中的安全： 儿童陪伴机器人硬件设计、运动控制系统设计、交互动作设计过程中加入过载检测、弹簧力检测、碰撞检测、碰撞规避等算法保障使用过程中的人身安全，避免出现夹手等安全问题； 产品材料满足环保要求，电气满足相关认证要求； 机器人对话内容均进行专门设计，使其内容更加符合儿童的认知特点，并且保证应答内容具有积极性、健康性、正向性； 对于儿童对话中识别出的不适合的内容，能进行积极引导，培养孩子的良好习惯； 机器人拟人化形态，屏亮度显示更加柔和能动态调光，儿童更愿意接受。音量大小考虑儿童的听觉偏好，并且严格控制在安全的响度范围之内； 可中断设计，在过程中可以任意时间点中断，保障孩子的安全。 2.7儿童隐私设计 儿童陪伴机器人需要对儿童数据与隐私进行保护，严格按照国家隐私法律法规要求，在儿童使用服务时提供相应保护： 机器人需要向家长或其他监护人提供《家长同意书》，告知产品面向儿童提供的功能以及管控能力； 第三方分享：与第三方共享、转让个人信息用于相关业务目的时，在家长手机端充分告知，同时家长可以开启或关闭相关能力；对于信息接收方进行严格的安全评估，并与第三方签署相关协议，确保用户的个人信息安全不泄露。对于敏感信息做匿名化或假名化操作； 禁止广告营销：禁止个性化广告、直接营销；出于为儿童提供个性化体验、 为改进我们的服务目的使用儿童个人信息前会征得儿童家长或监护人的同意； 家长控制功能：家长可以在手机端对儿童使用机器人进行管控，例如设置机器人设备可以接听或拨打电话白名单； 摄像头、麦克风等敏感操作可知可控，提供一键关闭能力； AI视觉在本地处理，数据不上云。 3儿童陪伴机器人全新应用体验 3.1寓教于乐 机器人通过具有互动性、趣味性、游戏性的交互内容，以此激发孩子们的好奇心和主动性，培养和锻炼儿童的主动探索能力、感知能力、肢体运动能力等。 互动对话 对话互动是锻炼语言能力最基本的场景，是促进儿童语言能力发展最高效的方式，不仅关系着儿童词汇量的发展，同时也会影响未来的阅读能力。 儿童陪伴机器人能为儿童提供分龄精品有声资源点播。丰富的语境是儿童语言发展的基础，故事和儿歌是儿童用户接触频率最高、语境最丰富的场景。针对不同年龄的儿童提供优质的故事、儿歌内容，儿童通过聆听获取知识，提升语言表达能力。 儿童陪伴机器人具有百科和闲聊对话能力。儿童天性好奇，对任何事物都充满了兴趣，总有十万个为什么，机器人基于儿童语言能力的发展，用儿童能听得懂的表述，帮助儿童解答各种疑问，掌握各种知识。机器人具有提供话题式知识型情境聊天的能力、话题推荐能力，开放域聊天能力，并且能够支持连续对话，能够让对话聊不停，不停聊，在对话中丰富儿童的词汇量，锻炼儿童的社交能力，使儿童迅速掌握不同的常识，快速提升语言能力。 习惯养成 良好的习惯养成，不管对儿童的学习教育还是性格成长，都起着至关重要的影响。低龄儿童普遍有专注力弱和自控性差的特征，儿童陪伴机器人作为儿童的 小伙伴，家长的好帮手，在儿童的习惯养成上要起到持续引导，榜样的作用。儿童陪伴机器人注重儿童生活习惯的培养。通过不定时的提醒，培养良好的 饮食习惯、睡眠习惯。儿童陪伴机器人注重儿童卫生习惯的培养，培养刷牙习惯，戴口罩习惯，护眼的习惯，垃圾分类习惯。通过游戏化的交互过程，引导小朋友掌握正确的刷牙步骤、正确戴口罩的方式、保护视力等，通过长期不断的培养和巩固，帮助儿童形成长期记忆达到习惯固化的作用。 3.2拟人化交互 通过动作、表情、声音、内容等可感知的表现层，使得机器人具有人的特征，而不是冰冷的机器，丰富了机器人的交互方式，使得机器人更具备拟人性、更聪明、凸显机器人的智慧。 儿童陪伴机器人提供主动式交互能力。通过多模感知和AI决策，在不同条件或者场景下发起不同的主动交互，吸引用户来进行进一步的交互。机器人具备智能感知免唤醒的功能，可以主动感知用户的交互意愿，省去用户的唤醒过程，可以自动从睡眠状态醒来，也可以自动启动收音等待用户直接发起语音交互。机器人能主动和人打招呼逗趣，进行天气提醒，节日时主动送上问候，有计划的对儿童的生活习惯进行养成教育，休息放松的时候主动推荐儿歌和感兴趣的故事。通过主动式拟人交互，为儿童提供无需思考的自然交互形式，使得机器人更具备拟人性、更聪明。 儿童陪伴机器人提供被动式交互能力。机器人能够感知用户的触摸，对用户的挠痒痒动作进行俏皮的响应；能够感知环境的变化，对光线的突变、身体状态倾斜等做出应激表达；能够准确对发出的动作类、情绪类指令做出拟人化的响应。 儿童陪伴机器人拥有情绪共情与情感反馈能力。能感知情绪并表达情绪，与 儿童形成共情，产生同理心，机器人可以通过识别儿童表情或说话语境，来识别情绪并实时进行情绪响应，开心的时候与儿童一起庆祝，伤心的时候给予拥抱和关怀。多样化的情感表达能力，让儿童的每一次交互都充满惊喜。 儿童陪伴机器人应具有独立的人格化特征。累的时候会伸个懒腰、打哈欠，没人的时候也会打瞌睡、睡觉；无聊的时候会漫无目的四处打量，时而思考时而走神；听到看到喜欢的东西会表现出喜欢，看到听到害怕的东西也会惊恐和躲闪。 3.3互动游戏 游戏是儿童的至爱，儿童可以通过玩游戏锻炼肢体的灵活度，刺激大脑的发育，促进身体各个机能的发展，完善健全的人格。游戏场景模拟了人际沟通的互动场景，可以锻炼儿童的社交能力、思维能力、反应速度等。