随着自主性和机器人技术的不断进步，人类和协作机器人可能会共享一些相同的目标和制造空间。

　　美国德克萨斯 A&M 大学的研究人员正在分析协作机器人和人类员工——这对充满活力的二人组如何协同工作，以允许一方在另一方可能暂时不在状态的时候“挺身而出”。

　　首席研究员Sarah Hopko和他的团队正在研究，人类与具有大量重复性工作的制造环境中的自主协助之间的相关性，以确定如何通过机器人编程以可信赖的方式在人类疲劳期间介入。

　　人类以相对较低的成本带来了对生产线的灵活性和高度理解。但是，由于人类的身体和认知能力有限，他们会变得疲倦，并在繁重的工作任务中出错。在人类可能缺乏持续工作能力的地方，机器人可以帮助完成任务中重复性更高的部分，例如提升较重的物体或根据应用施加力量。

       

　　“越来越多的人意识到人机协作是一种可行的解决方案，它有助于实现生产自动化，或为构成困难或需要付出代价高昂的棘手问题提供解决方案。”Hopko 说。

　　这项研究的目标是了解特定的人为因素，如认知疲劳和信任，是如何相互作用的，以确保协作机器人的设计考虑到操作员的行为和需求，从而涵盖所有基础。

　　认知疲劳（cognitive fatigue）是指一种精神上的疲惫。它发生在我们必须长时间用我们的头脑工作时。从本质上讲，只要你的大脑很忙，你就会逐渐走向认知疲劳。当您达到认知疲劳时，即使是最基本的脑力任务也变得困难重重。

　　萨里大学临床心理学家 Catherine Huckle 博士认为：“当我们对自己的思维有多种需求并持续一段时间时，就会发生认知疲劳。

　　认知疲劳的结果是我们越来越不能忽视干扰，我们需要更多时间来计划，我们的思维变得不那么灵活。我们也变得不太能够进行高级信息处理（需要我们吸收信息，对信息应用一个过程，然后传递一条转换后的信息的任务——诸如复杂的数学问题的任务）。

　　“我们不希望操作员因为自己的疲劳状态而灌输错误的安全意识，过度依赖机器人增加的协助。我们也不希望操作员在其他适当的情况下没有充分的利用机器人协作。”Hopko 说，“在某种程度上，协作机器人应该充当操作员的队友。”

　　在与工作中的队友合作时，识别参与度或疲劳程度都可以通过感知或简单的对话来完成。然后，您可以根据收集到的信息确定如何最好地帮助您的队友。Hopko 表示，目标是让人机交互以相同的方式进行。

　　研究小组进行了一个多重区段的实验，让男性和女性操作员在不同的认知疲劳状态下，利用不同程度的机器人协助，与协作机器人共同完成金属抛光任务。在执行制造任务之前，参与者在一个小时内对具有挑战性的视觉空间工作记忆任务感到疲劳。

　　通过可穿戴生理监测评估每位参与者的疲劳、情境意识和工作量，以确定3个任务绩效指标：任务效率、准确性和精确度。

　　总体而言，研究小组发现，操作员的表现可以通过提高协助水平而得到改善，并且增加协助可以恢复认知疲劳。

　　认知疲劳和自动化水平会影响不同的绩效结果。疲劳影响了参与者的效率。虽然准确度和精确度没有受到影响，但他们完成任务需要更长的时间。

　　Hopko 说：“我们还发现，女性参与者报告说，利用高度自动化带来了更大的绩效收益，而男性参与者虽然表现出类似的任务表现，但并未感觉到帮助带来的明显效益。”

       

　　随着工业4.0的推进，这一发现对于机器人技术的接受度来说是独特而重要的，因为越来越多的行业在其工作过程中采用协作机器人。

　　虽然机器人协助的好处在于提高性能和疲劳恢复能力，但研究还表明，较高的支持会降低参与者的任务参与度和精神刺激，从而降低参与者的情境意识。

　　而较低的情境意识会导致安全问题。因此，更高水平的自动化保证了对操作员疲劳状态的改进适应性，同时确保了人机交互的效率。

　　研究显示，在心率变异性信号和主观测量中观察到的情境意识和自动化之间也有很强的相关性。

　  “这些发现凸显了可穿戴设备在帮助操作员向机器人传达关键信息方面的潜力，”Hopko 说。

　　虽然更多的机器人辅助能够提高准确性和效率水平，但不能提高精度。考虑人为因素（例如操作员性别及其认知状态）与机器人因素对协作性能之间的相互作用，有助于改进人机协作系统的设计。

     “我们希望通过向机器人提供这些知识，以帮助实现更顺畅的人机适应过程，使操作员和机器人之间的合作能够对扰动因素具有同样的鲁棒性。”Hopko 说。