고령자의 신뢰 향상을 위한 간호 로봇 디자인의 인클루시브 감성 인터랙션 특성 연구 = A Study on Inclusive Emotional Interaction Design Characteristics of Nursing Robots for Enhancing Trust Among Older Adults

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the rapid acceleration of global population aging, nursing robots are increasingly regarded as a crucial technological solution for addressing caregiver shortages and improving the quality of life of older adults. However, existing studies have predominantly focused on functional and usability aspects, while insufficient attention has been paid to the emotional experience and trust-building mechanisms of older adults during actual interactions with robots. To address this gap, the present study integrates four theoretical frameworks—Inclusive Design, Emotional Interaction, Human–Robot Interaction (HRI), and User Experience (UX)—and proposes a comprehensive concept termed Inclusive Emotional Interaction Features, which aims to explain how emotional cues shape user experience and trust formation in elderly-robot interactions.
This study adopts a mixed-method approach combining interviews and experiments. First, in-depth interviews were conducted with 8 HRI experts and 10 older adult users to extract the key interaction features most relevant to elderly users. Based on the four theoretical frameworks, a four-dimensional structure of Inclusive Emotional Interaction Features was developed: emotional accessibility (appearance friendliness), emotional expressiveness (vocal qualities), empathetic responsiveness (motion synchrony), and interaction transparency (interface clarity). Subsequently, two controlled experiments were conducted. Experiment 1 (n = 40) employed a 2×4 factorial design to examine how high vs. low levels of the four features influence emotional experience (pleasure, psychological safety, emotional resonance) and trust (ability, benevolence, integrity). Experiment 2 (n = 40) focused on micro-motion frequency, comparing low, moderate, and high frequencies to test its nonlinear effects on trust. All data were collected using Likert-scale questionnaires (1–5) and analyzed using t-tests, ANOVA, MANOVA, and quadratic regression.
Results show that: (1) all four inclusive emotional interaction features significantly enhanced older adults’ emotional experience, with motion synchrony and vocal emotional expressiveness showing the strongest effects; (2) high-inclusive interaction environments significantly improved trust across all three dimensions, with benevolence trust exhibiting the largest effect size; (3) emotional cues (e.g., voice, facial expression) had a stronger influence on trust formation than informational cues (e.g., interface clarity, interaction distance), aligning with established HRI and UX findings that early-stage judgments are predominantly emotion-driven; (4) micro-motion frequency demonstrated a clear inverted U-shaped effect, with moderate frequency (once every 6–8 seconds) producing the highest trust levels, while overly frequent movements generated tension and reduced trust.
The contributions of this study are threefold. First, it integrates Inclusive Design, Emotional Interaction, HRI, and UX to construct a novel framework of Inclusive Emotional Interaction Features, extending the theoretical boundaries of emotional experience design in nursing robots. Second, it empirically establishes a sequential mechanism linking emotional experience to trust formation, addressing gaps in prior research that overlooked affective mediation. Third, it provides experimental evidence for the nonlinear effects of micro-motion rhythms, offering new insights into motion-based affective cues in HRI.
This study provides theoretical and practical guidance for designing emotionally attuned and trust-enhancing nursing robots for older adults. Future research may incorporate real-world deployment, longitudinal tracking, and individual differences to build more ecologically valid trust models in elderly–robot interaction.

국문 초록 (Abstract)

전 세계적인 고령화 가속화에 따라 간호 로봇은 돌봄 인력 부족 문제를 해소하고 고령자의 삶의 질을 향상시키는 핵심 기술로 주목받고 있다. 그러나 기존 연구는 기능성과 사용성을 중심으로 한 기술적 접근에 편중되어 있어, 정서적 상호작용을 통한 신뢰 형성의 디자인적 기제에 대한 논의는 충분히 축적되지 않았다. 본 연구는 이러한 문제를 보완하고자, 고령자의 신뢰 향상을 목표로 간호 로봇의 인클루시브 디자인, 감성 인터랙션, 인간-로봇 상호작용(HRI), 사용자 경험 디자인(UX) 네 가지 이론적 관점을 통합하고, 간호 로봇의 감성적·정서적 수용성을 증진시키는 방식을 설명하는 ‘인클루시브 감성 인터랙션 특성’ 개념을 제안하였다.
연구 방법은 인터뷰와 실험을 결합한 혼합 연구 설계를 채택하였다. 우선, HRI 전문가 8명과 고령자 사용자 10명을 대상으로 심층 인터뷰를 실시하고, 네 가지 이론적 틀을 바탕으로 고령자가 가장 중요하게 인식하는 상호작용 요소를 도출하였다. 정서적 접근성, 정서 표현성, 공감 반응성(동기화), 상호작용 투명성이라는 정서 기반의 인터랙션 특성이 고령자와 간호 로봇 간의 신뢰 형성에 어떻게 작용하는지를 정성 분석을 통해 정리하였다. 이후 두 가지 실험을 설계하여 이를 검증하였다. 실험 1(n = 40)은 2×4 요인 설계를 적용하여 상기 네 가지 특성이 고령자의 정서적 경험(공감, 심리적 안정감, 정서 신뢰, 정서 공명)과 신뢰 간의 관계에 미치는 영향을 측정하였으며, 실험 2(n = 40)에서는 ‘미세 동작 빈도’에 초점을 두고 저빈도/중간빈도/고빈도에 따른 조건을 비교하여 신뢰 형성에 대한 비선형 효과를 분석하였다. Likert 1–5 척도의 설문을 사용하였고 t-검정, ANOVA, MANOVA, 2차 회귀 분석을 통해 데이터를 해석하였으며, 연구 결과는 다음과 같다.
첫째, 네 가지 인클루시브 감성 인터랙션 특성은 모두 고령자의 정서 경험을 유의하게 향상시켰으며, 특히 동작 동기화와 음성 정서 표현성의 영향력이 가장 컸다.
둘째, 인클루시브 수준이 높은 상호작용 환경은 세 차원의 신뢰(기능, 성실성, 선의)를 모두 유의하게 향상시켰으며, 그중에서도 정서 신뢰의 증가폭이 가장 컸다.
셋째, 명료성·표정과 같은 정적 단서는 인터페이스 명료성과 거리감과 같은 정보 타성과 결합되었을 때 신뢰 형성에 더 강한 영향을 미쳤으며, 이는 초기 판단에서 정서 단서가 중심적 역할을 한다는 HRI 및 UX 연구의 관점을 뒷받침하였다.
넷째, 반응 타이밍 조절에 따른 실험에서는 보통 수준의 동작 빈도가 가장 높은 신뢰를 유발하였다. 반면, 과도한 빈도의 동작은 로봇에 대한 불안과 정서적 인식 저하를 유발하여 신뢰를 저하시키는 것으로 나타났다.
본 연구는 고령자 맞춤형 간호 로봇의 정서적 상호작용 디자인과 신뢰 향상 전략을 마련하는 데 실질적인 설계 기준과 이론적 시사점을 제공한다. 특히 인클루시브 디자인과 감성 인터랙션, HRI·UX 이론을 융합하여 ‘인클루시브 감성 인터랙션 특성’이라는 새로운 이론 틀을 제안하고, 이를 통해 감성적 상호작용 설계의 구현 범위를 확장하였다. 나아가 미세 동작 리듬의 비선형 효과를 실험적으로 규명함으로써 기존 연구의 한계를 보완하고, HRI 분야의 감정 단서 및 동기화 기반 인터랙션 연구에 새로운 증거를 제공하였다.
향후 연구에서는 설계 요인의 적용 환경에서의 장기 효과성과, 고령자 특성에 따른 반복적 정서 반응 측정 등을 결합하여 보다 생태학적 타당성이 높은 신뢰 모델을 구축할 필요가 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 1) 연구 배경 1
• 2) 연구 목적 5
• 2. 연구 범위 및 방법 7
• 1) 연구 범위 7
• 2) 연구 방법 10
• 3. 선행연구와 한계 12
• 1) 선행연구 개요 12
• 2) 연구의 한계와 단절점 13
• 3) 본 연구의 강점과 연구 위치 15
• Ⅱ. 이론적 배경 18
• 1. 간호 로봇과 고령자 18
• 1) 간호 로봇의 정의와 디자인 동향 18
• 2) 고령자의 특성과 요구 30
• 3) 고령자 간호 로봇 사용 문제와 디자인 시사점 41
• 2. 인클루시브 감성 인터랙션의 이론적 기반 49
• 1) 인클루시브 감성 인터랙션의 개념 규정 49
• 2) 인클루시브 디자인 관련 연구 50
• 3) 감성 디자인 관련 연구 57
• 4) 인간-로봇 상호작용 이론 관련 연구 62
• 5) 사용자 경험(UX) 이론 관련 연구 67
• 3. 인클루시브 감성 인터랙션과 간호 로봇 신뢰의 분석 70
• 1) 신뢰 관련 연구 70
• 2) 간호 로봇의 인클루시브 디자인과 고령자 신뢰의 관계 75
• 3) 간호 로봇의 감성 디자인과 고령자 신뢰의 관계 79
• 4) 인클루시브 디자인과 감성 디자인의 관계 83
• 5) 인클루시브 감성 인터랙션과 고령자 신뢰의 관계 88
• Ⅲ. 예비 조사 101
• 1. 근거이론 101
• 1) 근거이론 개요 101
• 2) 예비 조사 설문지 설계 102
• 2. 인터뷰 설계 103
• 1) 감성 인터랙션 구성 요소 도출을 위한 전문가 인터뷰 103
• 2) 고령자의 감성 인터랙션 요구 분석을 위한 사용자 인터뷰 109
• 3. 인터뷰 결과 및 코딩 분석 110
• 1) 감성 인터랙션 관련 개념의 개방 코딩 112
• 2) 감성 인터랙션 개념 간의 축 코딩 115
• 3) 핵심 범주 및 이론 구조의 선택 코딩 117
• 4) 이론적 포화도 검증 118
• 5) 인클루시브 감성 인터랙션 특성의 도출 118
• 4. 인터뷰 결과 분석 121
• 1) 인클루시브 감성 인터랙션 특성과 감성 경험의 관계 122
• 2) 감성 경험과 신뢰의 관계 123
• Ⅳ. 본 실험 126
• 1. 연구 배경과 실험 설계의 필요성 126
• 2. 네 가지 인클루시브 감성 인터랙션 특성의 이론적 기반 127
• 1) 정서 접근성(외형) 127
• 2) 정서 표현성(음성) 127
• 3) 공감 반응성(동작) 128
• 4) 상호작용 투명성(인터페이스) 128
• 5) 네 가지 특성의 통합 모델 기반 128
• 3. 연구가설(H1–H4) 129
• 4. 실험 설계 130
• 1) 예비 실험 (Pilot Test) 및 조작 타당도 검증 130
• 2) 측정 도구 132
• 3) 연구 구조와 실험 간의 논리적 관계 135
• 5. 실험 1: 인클루시브 감성 인터랙션 특성 조작 실험(H1–H3) 136
• 1) 실험 목적 136
• 2) 실험 설계 및 구조 137
• 6. 실험 2: 미세 동작 빈도 실험(H4) 138
• Ⅴ. 실험 결과 분석 142
• 1. 데이터 전처리 및 표본 특성 분석 142
• 2. 신뢰도 분석 143
• 3. 기술통계 분석 144
• 4. 가설 검증 146
• Ⅵ. 결론 152
• 1. 연구 요약 152
• 2. 연구시사점 157
• 참고문헌 161
• 영문초록 168
• 부 록 171