Скорость движения автономного протезного конечности формирует ощущение воплощения, удобство использования и социальные характеристики робота в виртуальной реальности

Почему то, как движется роботизированная рука, действительно важно

Роботизированные протезы становятся всё более совершенными каждый год, обещая не только восстановить движение после утраты конечности, но и ощущаться как естественная часть тела. Тем не менее один, казалось бы, простой вопрос изучен недостаточно: изменяет ли скорость движения автономной роботизированной руки то, насколько «естественно», безопасно и удобно она ощущается для человека, который её носит? Это исследование использовало виртуальную реальность, чтобы выяснить, как разные скорости движения влияют на чувство принадлежности роборуки, её способность действовать от имени пользователя и то, воспринимается ли она как надёжный партнёр, а не как дергающаяся машина.

Примерка виртуальной роботизированной руки

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи поместили добровольцев в погружающую виртуальную среду и дали им цифровое тело с ампутированным левым предплечьем. В виртуальном мире отсутствующий участок руки был заменён элегантным роботизированным предплечьем, которое могло двигаться самостоятельно. Участники контролировали плечо и верхнюю часть руки, но когда их виртуальный локоть приближался к светящемуся целевому объекту, протез автоматически сгибался, завершая достижение цели. Движение следовало плавной траектории «минимального рывка» — виду аккуратно криволинейной траектории, известной своим сходством с естественным человеческим движением.

Шесть скоростей, одна простая задача

Ключевой особенностью было то, что автоматическое сгибание протеза могло происходить очень быстро или очень медленно. Команда протестировала шесть длительностей движения — от стремительных 125 миллисекунд до спокойных 4 секунд, с несколькими шагами между ними. В каждом условии скорости добровольцы выполняли серию трайлов по достижению целей, стараясь касаться появляющихся мишеней как можно быстрее. После каждого блока тестов они оценивали, насколько сильно ощущают руку своей (владение телом), насколько им казалось, что движения «их» (ощущение агентности), насколько система удобна в использовании и как рука оценивается по социальным роботическим чертам, таким как компетентность, тепло и вызываемый дискомфорт. Исследователи также измеряли, как быстро участники двигали своим реальным плечом к цели до того, как протез подключался.

Средняя скорость ощущается наиболее частью тела

Результаты дали ясную картину: умеренная длительность движения примерно в одну секунду вызвала самое сильное чувство владения телом и агентности, а также наивысшие показатели удобства использования. Когда протез двигался либо значительно быстрее (125 мс), либо значительно медленнее (4 с), люди меньше ощущали, что он является частью их тела, и меньше чувствовали, что он действует от их имени. Немного более быстрая полуcекундная попытка тоже показала хорошие результаты, сохраняя высокий уровень владения и агентности по сравнению с крайностями. Эта закономерность указывает на существование «золотой середины» скорости, при которой автономная конечность ощущается одновременно естественной и полезной; слишком быстрое или слишком медленное движение затрудняет интеграцию устройства в телесный образ мозга.

Комфорт, компетентность и адаптация людей

То, как скорость руки формировала её «личность», оказалось не менее показательным. Движения с умеренной скоростью оценивались как более компетентные по сравнению с самыми медленными, в то время как самые быстрые движения вызывали наибольший дискомфорт, что перекликается с ранними результатами исследований автономных роботов. Любопытно, что оценки «тепла» — примерно насколько рука казалась дружелюбной и доступной — мало менялись с изменением скорости. Люди также незаметно меняли собственное поведение: когда протез двигался медленно, они склонялись двигать своё реальное плечо медленнее к цели, словно бессознательно подстраиваясь под темп робота. Эта адаптация даёт понять, что как только автономная конечность частично воплощается, пользователь может подстраивать свои движения для лучшей координации с ней.

Что это значит для будущих протезов

Для неспециалистов вывод прост: скорость движения автономного протеза — это не просто техническая настройка; она напрямую определяет, почувствует ли пользователь устройство действительно своей частью и будет ли оно казаться безопасным и компетентным. В этом исследовании в виртуальной реальности на здоровых участниках движения длительностью около одной секунды оказались оптимальными, обеспечивая максимум ощущений владения, контроля и удобства при избегании тревоги, вызываемой ультрабыстыми движениями. По мере того как более совершенные протезы и носимые роботизированные устройства входят в повседневную жизнь, тщательная настройка скорости движения — и удерживание её в пределах человеческого, комфортного диапазона — может оказаться столь же важной, как добавление дополнительных сенсоров или умных алгоритмов, если мы хотим, чтобы эти устройства были и эффективными инструментами, и по-настоящему пригодными для жизни продолжениями тела.

Цитирование: Hapuarachchi, H., Inoue, Y., Shigemasu, H. et al. Movement speed of an autonomous prosthetic limb shapes embodiment, usability and robotic social attributes in virtual reality. Sci Rep 16, 7750 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38977-8

Ключевые слова: протезные конечности, виртуальная реальность, воплощение, взаимодействие человека и робота, скорость движения