當Maja Mataric想要投身的機器人工程領域尚未存在時,她參與創建了這個領域。2005年,她協助定義了"社會輔助機器人學"這一全新方向。
作為南加州大學(USC)電腦科學、神經科學與兒科學副教授,她在洛杉磯潛心研發能夠通過社交互動提供個性化治療與關懷的機器人。這些機器人能夠進行對話、玩遊戲,並對情緒作出回應。
如今,這位IEEE Fellow已是USC的正式教授。她專注於研究機器人如何幫助焦慮症和抑鬱症學生開展認知行為治療(CBT),該療法的核心在於改變人的負面思維模式、行為方式和情緒反應。
憑藉這些研究成果,她榮獲了2025年MassRobotics機器人獎章。MassRobotics是一家總部位于波士頓的非營利機構,專門表彰推動機器人領域發展的女性研究者,並為機器人初創企業提供工作空間、原型開發設施、導師指導及交流合作機會。
在波士頓頒獎典禮上領獎時,Mataric難掩內心的喜悅。"我很幸運地收穫了多個獎項,對此我深感感激。但這枚MassRobotics獎章對我意義非凡,因為在場的人我至少認識一半,"她說,"大家都面帶微笑,整個氛圍充滿溫情。"
從貝爾格勒到MIT,工程師之路的起點
Mataric在塞爾維亞貝爾格勒長大,父親是工程師,母親是作家。16歲那年父親去世後,她隨母親移居美國。她將自己對工程的熱情歸功於父親的啟蒙,以及擔任航空航天工程師的叔叔對她電腦科學興趣的引領。
Mataric表示,直到加入USC教職前,她從未認為自己是工程師,因為她一直在電腦科學領域工作。"回頭來看,我一直都是一名工程師,"她說,"但我從來沒有刻意這樣定位自己——這也是我希望傳遞給年輕人的一條資訊:你不必提前把一切都想清楚。"
在堪薩斯大學攻讀電腦科學學士期間,她通過一本教材初次接觸了工業機器人。1987年畢業後,她進入MIT人工智慧實驗室(現為電腦科學與人工智慧實驗室)攻讀研究生。在那裡,她與IEEE Life Fellow、從事新型反應式行為機器人系統研究的Rodney Brooks相識,並加入了他的實驗室完成碩士論文。
受動物利用地標導航方式的啟發,Mataric開發了Toto——第一台基於行為導航的機器人。Toto藉助分布式模型繪製了實驗室所在建築的地圖,並能規劃路徑前往不同房間,同時利用聲吶探測牆壁、門及家具。
1990年獲得人工智慧與機器人學碩士學位後,她繼續在Brooks指導下攻讀博士,開創了允許多達20台機器人協同執行複雜任務的分布式算法,任務涵蓋物體搜索與環境探索。1994年博士畢業後,她加入馬薩諸塞州沃爾瑟姆市的布蘭迪斯大學,擔任電腦科學助理教授,並創建了互動實驗室,專注於研發能夠協作完成任務的自主機器人。
三年後,她轉赴加州,加入USC維特比工程學院,擔任電腦科學與神經科學方向助理教授。2002年,她協助創建了機器人與嵌入式系統中心(現為機器人與自主系統中心),該中心專注於以人為中心的可擴展機器人系統研究,並推動USC各學科之間的合作。
"媽媽的機器人能幫助別人"
Mataric研究方向的轉變發生在1998年她的第一個孩子出生之後。當女兒長大一些問她為何研究機器人時,她希望給出一個比"我發表了很多論文"更有意義的答案。
"孩子們不覺得那是好答案,她們可能是對的,"她說,"這讓我意識到,我有能力做一些不一樣的事情。我真的希望有一天當女兒再問這個問題時,我能回答:'媽媽的機器人是用來幫助人的。'"
2005年,Mataric與博士生David Feil-Seifer在國際康復機器人會議上發表論文,正式定義了"社會輔助機器人學"這一領域。這是當時唯一一篇探討通過與人交流(而非執行體力任務)幫助人們完成任務和學習技能的論文。Feil-Seifer現為內華達大學裡諾分校的電腦科學與工程學教授。
同年,她在USC創立了互動實驗室,並將其研究重心定位於開發提供社交支持(而非體力輔助)的機器人。"我已經走到了職業旅程中的一個新階段——我不想只做純粹出於好奇心驅動的研究,"她說,"我們今天做的很多工作仍然充滿探索精神,但始終圍繞一個核心問題:如何幫助某個人過上更好的生活?"
2006年,她晉升為正教授,並出任USC維特比工程學院研究事務高級副院長;2012年,她進一步升任研究副院長。"在學術界,你可以身處領導崗位的同時繼續做研究,"她說,"這是一個美妙而重要的機會,讓學者既能站在本領域前沿,又能培育下一代學生,幫助下一代年輕教師成長。"
機器人如何幫助孤獨症兒童與抑鬱學生
Mataric互動實驗室持續時間最長的研究項目之一,是探索社會輔助機器人如何幫助孤獨症譜系障礙(ASD)兒童提升溝通能力。ASD是一種影響社交與學習方式的終身神經系統狀況,患兒常常難以讀懂非語言信號、與他人共同遊戲或建立眼神接觸。
她的團隊研發了一款名為Bandit的機器人,能夠與兒童互動遊戲並給予積極反饋。Bandit高約56厘米,具有類人頭部、軀幹和手臂,頭部可水平轉動和俯仰,以兩個攝影機作為"眼睛",嘴部和眉毛可活動以表達多種面部表情,軀幹安裝在帶輪底座上。研究結果顯示,與Bandit互動的ASD兒童展現出超出其日常表現的社交行為,例如主動發起遊戲和模仿機器人動作。
團隊還研究了機器人如何服務老年人和中風患者,為他們提供社交與認知輔助,並引導他們完成日常運動訓練。
多年來,互動實驗室還相繼開發了Kiwi和Blossom等機器人。Kiwi外形似貓頭鷹,幫助ASD兒童學習社交與認知技能,並激勵獨居老人保持身體活動;Blossom最初由康奈爾大學開發,互動實驗室對其進行了改造,使其更具可定製性且成本更低,目前正被用於研究如何幫助焦慮或抑鬱學生練習認知行為治療。
機器人對比大語言模型聊天機器人:誰更有效?
Mataric在美國醫學會醫學新聞播客中介紹,這項研究的契機源於她發現大語言模型聊天機器人被推薦用於心理健康援助。"預約心理諮詢師通常並不容易,或者可能缺乏保險覆蓋,"她說,"加上焦慮和抑鬱的高發率,現實需求確實迫切。"
這讓聊天機器人的方案頗具吸引力,但她更想了解與Blossom這樣的實體機器人相比,聊天機器人的效果如何。
團隊在USC宿舍開展了一項為期兩周的研究,學生被隨機分配,每天與聊天機器人或與Blossom完成認知行為治療練習,兩種方式均由相同的大語言模型驅動。研究結果顯示,與機器人互動的學生心理困擾程度出現了顯著下降,而使用聊天機器人的學生則沒有這一變化。
團隊還對學生與機器人的對話記錄進行了分析,發現即便使用相同的模型,機器人的效果依然優於聊天機器人。
基於上述發現,Mataric於2024年獲得美國國家心理健康研究所資助,啟動了一項為期六周的臨床試驗,深入研究社會輔助機器人在輔助認知行為治療實踐中的有效性。該試驗目前正在進行中,預計還將探索Blossom如何根據每位用戶的偏好和進展進行個性化調整,涵蓋機器人的動作方式、推薦練習內容及反饋方式。
參與試驗的120名學生全程佩戴Fitbit手環,用於監測生理指標。研究團隊將評估參與者對機器人的認同感、內在動機、參與度及堅持程度等多項數據。
Mataric說,她為參與這一項目的研究生們感到驕傲。"工程師通常不會預料到自己需要與真人受試者合作,也需要在紮實的工程技能之外理解心理學,"她說,"選擇從事這類研究的學生,都是真正有愛心、有擔當的人。"
連接學術界與工程共同體
Mataric於1992年以研究生身份加入IEEE,當年她在《IEEE機器人與自動化彙刊》發表了第一篇論文,描述了她關於Toto的研究工作。她說,作為IEEE機器人與自動化學會成員,她找到了志同道合的社群,並積極參與多項重要學術會議。
她將自己加入USC工程系教職的機會歸功於IEEE Life Fellow、《IEEE機器人彙刊》創刊主編George Bekey。Bekey通過她的導師Brooks了解到她的研究成果,並促成了這一機緣。
"加入一個學會是有意義的,而且這種意義可以是非常私人的,"她說,"這就是為什麼我建議我的學生加入IEEE——走出去、建立聯繫,這很重要。"
Q&A
Q1:什麼是社會輔助機器人學?它和普通機器人有什麼區別?
A:社會輔助機器人學是由Maja Mataric等人於2005年提出的新領域,專注於通過社交互動(而非體力輔助)幫助人們完成任務或學習技能。與工業機器人或物理輔助機器人不同,社會輔助機器人通過對話、情感回應和遊戲互動來支持用戶的心理、認知或社交發展,適用於孤獨症兒童干預、老年人陪伴及心理健康輔助等場景。
Q2:機器人Blossom是怎麼幫助有焦慮或抑鬱的學生的?
A:Blossom是USC互動實驗室用於心理健康研究的社會輔助機器人,由大語言模型驅動,幫助學生開展認知行為治療(CBT)練習。研究表明,與Blossom互動的學生心理困擾程度顯著下降,效果優於僅使用聊天機器人的對照組。目前Mataric團隊正在進行一項為期六周、涵蓋120名學生的臨床試驗,探索Blossom的個性化適配能力及其在心理健康干預中的實際效果。
Q3:用大語言模型驅動的聊天機器人和實體機器人做心理輔導,效果一樣嗎?
A:不一樣。Mataric團隊的研究發現,即便聊天機器人和Blossom使用的是相同的大語言模型,實體機器人的干預效果明顯更好。與機器人互動的學生在認知行為治療練習後心理困擾有顯著改善,而使用聊天機器人的學生則未見同等效果。研究者認為,機器人的實體存在感和社交互動特性是帶來差異的關鍵因素。






