1990 के दशक के दौरान "WALL-E" अविकसित ही रह गया, आंशिक रूप से इसकी वजह यह रही थी कि लक्सो जूनियर (Luxo Jr.) या R2-D2 जैसा बर्ताव करनेवाले प्रमुख पात्र वाली लंबी फीचर फिल्म के बारे में स्टैंटन और पिक्सर पूरी तरह आश्वस्त नहीं थे। स्टैंटन ने बताया कि सिनेमा में दो प्रकार के रोबोट हैं :टिन मनुष्य की तरह के "धातु त्वचा वाले मानव", या लक्सो और R2 की तरह "काम करने वाली मशीनें". उन्हें दूसरा विचार "शक्तिशाली" लगा, क्योंकि इससे दर्शकों को खुद की तुलना पात्रों के साथ करने की प्रेरणा मिलती है, जैसे कि वे शिशुओं और पालतू पशुओं के साथ करते हैं: "आप मजबूर हो जाते हैं।.. आप लगभग खुद को यह कहने से रोक नहीं पाते हैं 'ओह, मुझे लगता है कि यह मेरे जैसा है! लगता है कि यह भूखा है! मुझे लगता है कि यह बाहर घूमना चाहता है।" उन्होंने आगे कहा, "हम दर्शकों को यह विश्वास दिलाना चाहते हैं कि वे एक ऎसी मशीन देख रहे हैं जिसमें जीवन है।" एनिमेटरों ने मशीनरी के अध्ययन के लिए पुनर्चक्रण केन्द्रों का दौरा किया, उन्होंने रोबोट डिजाइनरों से भी मुलाकात की, रोबोट के अध्ययन के लिए वे नासा की जेट प्रोपल्सन प्रयोगशाला गये, मार्स रोवर की एक रिकॉर्डिंग देखी, और सैन फ्रांसिस्को पुलिस विभाग से बम का पता लगाने वाला रोबोट ले आये। उनके प्रदर्शन में सहजता को पसंद किया गया, उनसे बहुत सारी हरकत करवायी गयी ताकि वे मानव जैसे लगें.

स्टैंटन चाहते थे कि WALL-E एक डिब्बे जैसा और EVE अंडे जैसी लगे। WALL-E की स्टैंटन द्वारा दी गयी आंखें एक जोड़ी दूरबीन से प्रेरित थी, स्टैंटन जब बोस्टन रेड सोक्स के खिलाफ ओकलैंड एथलेटिक्स का खेल देख रहे थे तब उन्हें यह बात सूझी, इस विचलन के कारण वे "पूरी इनिंग नहीं देख पाए." निर्देशक को बस्टर कीटन की याद आ गई और उसने फैसला किया कि रोबोट के मुंह या नाक नहीं होंगे। स्टैंटन ने WALL-E को अधिक सहानुभूतिशील बनाने के लिए एक जूम लेंस का प्रयोग किया। राल्फ एगलस्टोन ने गौर किया कि इस वैशिष्ट्य से एनिमेटरों को अधिक काम करना पड़ जाएगा और उन्होंने रोबोट को एक बच्चे जैसा स्वभाव दे दिया। पुनर्चक्रण केन्द्रों के दौरों के दौरान कचरा काम्पैक्टरों के पिक्सर के अध्ययन से उसके शरीर निर्माण की प्रेरणा मिली। उनके टैंक के ट्रेड्स एक व्हीलचेयर से प्रेरित थे, जिसे विकसित करके किसी ने पहियों के बजाय ट्रेड्स का इस्तेमाल किया था। एनिमेटर्स चाहते थे कि उसकी कोहनी हो, लेकिन उन्होंने महसूस किया कि यह अवास्तविक होगा क्योंकि अपने शरीर में सिर्फ कचरा भरने के लिए उसकी डिजाइन की जानी है। जब उन्होंने लहराकर उसका परीक्षण किया तो उसके हाथ बहुत कमजोर लगे। एनीमेशन निदेशक एंगस मैकलेन ने अपने पिता की डिजाइन की हुई इंकजेट प्रिंटर्स के आधार पर सुझाव दिया कि उसके शरीर के बगल से उसके हाथों को ट्रैक से जोड़ दिया जाय, ताकि उन्हें इधर-उधर घुमाया जा सके। हाथ की इस डिजाइन ने पात्र की दशा के निर्माण में योगदान किया, सो अगर वे उसे नर्वस दिखाना चाहते, तो वे उसे नीचे कर देते थे। स्टैंटन WALL-E और "शॉर्ट सर्किट" के जॉनी 5 के बीच समानता से तब तक बेखबर रहे, जब तक कि दूसरों ने उनका ध्यान नहीं दिलाया।
स्टैंटन चाहते थे कि EVE पर प्रौद्योगिकी का सबसे उच्च स्तर आजमाया जाय और उन्होंने आईपॉड डिजाइनर जोनाथन आइवे को उसकी डिजाइन का निरीक्षण करने को कहा. वे बहुत प्रभावित हुए. उसकी आंखें लाईट-ब्राईट खिलौने की तरह बनायीं गयीं, लेकिन पिक्सर उन्हें बहुत अधिक भावपूर्ण नहीं बनाना चाहते थे, क्योंकि इससे बड़ी आसानी से उसकी आंखें दिल में उतरकर प्रेम का या ऐसा ही कुछ का प्रदर्शन कर सकती हैं। उसकी सीमित डिजाइन के कारण एनिमेटरों को उसके साथ एक चित्रकला जैसा व्यवहार करना पड़ा, भाव व्यक्त करने के लिए उसकी शारीरिक मुद्रा पर निर्भर होना पड़ा. उन्होंने उसे एक मनाटी या एक सफ़ेद व्हेल जैसा पाया क्योंकि उसका तैरता हुआ शरीर पानी के नीचे रहने वाले प्राणी के सदृश लगा। ऑटो "" के HAL 9000 को एक सचेत श्रद्धांजलि था और कप्तान और ऑटो के बीच हुई भिड़ंत के लिए "अल्सो स्प्राच जरथुस्त्र" के उपयोग ने इसे और आगे बढ़ाया. जिस तरह वह एक दीवार से लटका होता है, इससे उसे किसी मकड़ी की तरह एक आशंका महसूस हुई। मूलतः, ऑटो की डिजाइन पूरी तरह से अलग की गयी थी, EVE जैसा, लेकिन मर्दाना और अधिकारपूर्ण; परिचारक रोबोटों को भी और अधिक आक्रामक गश्ती-बोट्स बनाये गये। अधिकांश रोबोट का निर्माण बिल्ड-अ-बोट कार्यक्रम के तहत किया गया, जहां सौ से अधिक विविधताओं में विभिन्न सिर, हाथ और ट्रेड्स को एक साथ मिश्रित किया गया। मनुष्यों को उनके स्थूल शरीर के कारण समुद्री सिंह (सी लॉयन) की तरह बनाया गया, साथ ही शिशुओं को भी. फिल्म निर्माताओं ने गौर किया कि बच्चों की चर्बी वयस्कों की तुलना में कहीं अधिक कड़ी होती हैं और उन्होंने इस संरचना का फिल्म के मनुष्यों के लिए नकल की। 

अपने रोबोटों के एनीमेशन के लिए पिक्सर ने लगभग एक साल तक कीटन और चैपलिन की एक-एक फिल्म रोजाना देखी, और कभी-कभी हेरोल्ड लॉयड की फिल्म भी. बाद में, फिल्म निर्माताओं ने जाना कि सभी भावनाओं का संप्रेषण खामोशी से भी किया जा सकता है। स्टैंटन ने कीटन के "ग्रेट स्टोन फेस" का दृष्टांत प्रस्तुत किया, ताकि अपरिवर्तनीय हाव-भाव के लिए पात्र को एनीमेटेड करते समय उनमें दृढ़ता डाली जाय. इन्हें फिर से देखने के बाद स्टैंटन ने महसूस किया कि फिल्म निर्माता- ध्वनि के प्रादुर्भाव के बाद से - विवरण संप्रेषित करने के लिए संवाद पर बहुत ज्यादा निर्भर कर रहे हैं। फिल्म निर्माताओं ने एक पालतू के रूप में रखे WALL-E के तिलचट्टे को "हाल" नाम प्रदान किया, मूक फिल्म निर्माता हाल रोश के संदर्भ में (साथ ही HAL 9000 के अतिरिक्त संदर्भ में भी). उन्होंने "", "द ब्लैक स्टेलियन" और "नेवर क्राई वुल्फ" फ़िल्में भी देखी, जिनमें ध्वनि तो थी मगर संवाद पर निर्भर नहीं थीं। स्टैंटन ने "साइलेंट रनिंग" के प्रभाव को स्वीकार किया, क्योंकि इसके मौन रोबोट R2-D2 के सद्रिशों के अगुआ रहे थे, और "होपलेस रोमांटिक" की वुडी एलेन ने भी WALL-E को प्रेरित किया।

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