基于自閉癥兒童情感特征的陪護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究

趙芳華，楊　熙，張維維，李　昊

（河北工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，天津 300401）

基于自閉癥兒童情感特征的陪護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究

趙芳華，楊熙，張維維，李昊

（河北工業(yè)大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，天津 300401）

自閉癥兒童缺乏與人相處、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，針對該人群的產(chǎn)品設(shè)計(jì)就越重要。陪護(hù)機(jī)器人通過智能設(shè)計(jì)為自閉癥兒童提供了較好的交流手段。文章分析了現(xiàn)有自閉癥兒童陪護(hù)機(jī)器人的基本特點(diǎn)，研究了自閉癥兒童的情感特征和需求，從色彩、造型、交互方式等方面設(shè)計(jì)了一款陪護(hù)型機(jī)器人，以改善用戶體驗(yàn)，并為自閉癥兒童的相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供新的思路和參考。

自閉癥兒童；陪護(hù)機(jī)器人；情感特征；產(chǎn)品設(shè)計(jì)

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一、前言

近年來，國內(nèi)外研究者對于自閉癥陪護(hù)機(jī)器人進(jìn)行了不同方面的研究探析，機(jī)器人技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用為自閉癥兒童社交技能的訓(xùn)練提供了新的研究方向，陪護(hù)機(jī)器人對于促進(jìn)自閉癥兒童的恢復(fù)治療變得越來越重要。全球現(xiàn)有孤獨(dú)癥患者3500萬，其中40%是兒童，中國孤獨(dú)癥患兒數(shù)達(dá)100多萬，且呈逐年上升趨勢。隨著該群體的數(shù)量逐年增加，他們的特殊要求也逐漸凸顯出來，對自閉癥兒童陪護(hù)產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。陪護(hù)機(jī)器人在設(shè)計(jì)過程中，需關(guān)注自閉癥兒童的情感特征、喜好傾向和心理需求，根據(jù)這些情感要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過產(chǎn)品外觀的色彩、造型、產(chǎn)品的功能以及交互方面營造良好的氛圍，使患兒產(chǎn)生親切、輕松、愉悅、依賴等不同的心理情緒，并且要避免產(chǎn)品的色彩、造型給患兒帶來失落、抑郁等負(fù)面的心理。使產(chǎn)品能夠促進(jìn)患兒注意力集中，激發(fā)患兒參與的興趣，全面提升產(chǎn)品的使用體驗(yàn)。

二、自閉癥兒童陪護(hù)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例

國外應(yīng)用于實(shí)踐的機(jī)器人實(shí)例證實(shí)陪護(hù)機(jī)器人對于自閉癥兒童治療恢復(fù)起到有效的作用，大大改善其行為結(jié)果。目前較有代表性的自閉癥陪護(hù)機(jī)器人有3款。

第一，Nao是一款功能豐富的人形機(jī)器人，可以擬人講話、做出動(dòng)作，并且可以識(shí)別出人的面部和語音，為自閉癥兒童克服社交障礙提供了幫助。（圖1）

圖1　Nao

圖2　Milo

圖3　Leka

第二，Milo機(jī)器人通過語音、動(dòng)作可以與自閉癥兒童產(chǎn)生交流互動(dòng)，造型擬人可愛，可提供給患兒一定的社會(huì)互動(dòng)過程，培養(yǎng)其正常的溝通能力。自閉癥兒童通過使用Milo機(jī)器人，有利于其順利地掌握溝通技能。（圖2）

第三，Leka是一個(gè)能夠移動(dòng)的球形機(jī)器人。患兒可以在無人看護(hù)下單獨(dú)與 Leka玩耍。Leka具有聲、光、震動(dòng)等功能，促進(jìn)培養(yǎng)患兒對四周圍的感知能力，使其得以發(fā)展良好的社交技能。（圖3）

以上3款產(chǎn)品各具特色，其共同點(diǎn)是造型及行為方式親和、擬人化，都具備語音、圖畫交流顯示的載體，且肢體設(shè)計(jì)都能與患兒產(chǎn)生良好的互動(dòng)，幫助患兒取得更好的療效。以此做借鑒，引入設(shè)計(jì)實(shí)例中，并對產(chǎn)品的色彩選擇、造型及動(dòng)作交互作出更為詳盡的設(shè)計(jì)。

三、自閉癥兒童情感特征研究

為使陪護(hù)機(jī)器人能夠?yàn)樽蚤]癥兒童帶來親切、輕松、愉悅的感覺，營造適宜、富有安全感的環(huán)境氛圍，從以下幾點(diǎn)情感特征分析出發(fā)，為設(shè)計(jì)增添有利依據(jù)。

（一）感知覺障礙：一些自閉癥兒童對光、噪音、觸覺或痛覺等感覺刺激反應(yīng)特殊，有些表現(xiàn)為過度遲鈍，有些則反應(yīng)過度敏感。因此機(jī)器人的色彩、造型需選用處于中等程度的設(shè)計(jì)元素，避免極端反應(yīng)。色彩設(shè)計(jì)中可以通過研究自閉癥兒童的色彩偏好應(yīng)用到產(chǎn)品中，造型應(yīng)選擇簡潔、輕松的體態(tài)，以滿足自閉癥兒童的情感需求，促進(jìn)其治療效果。

（二）社會(huì)交往障礙：自閉癥兒童難以對父母或其他親人產(chǎn)生依戀感，也不能建立伙伴關(guān)系，導(dǎo)致感情和社會(huì)互動(dòng)方面困難，不能與人產(chǎn)生正常的溝通互動(dòng)。因此針對該人群的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中需要加入圖片交換溝通系統(tǒng)的應(yīng)用模塊，以幫助自閉癥兒童更好地掌握溝通技能。

（三）興趣和行為異常：自閉癥兒童很少主動(dòng)追求事物，難有興趣愛好；有些自閉癥兒童伴有自傷行為，甚至傷害他人，這種行為伴有持續(xù)性，需要來自家庭和看護(hù)者的持續(xù)照料。因此陪護(hù)機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)上應(yīng)注重其陪伴性、親和性，增強(qiáng)一定的安全感氛圍。

四、設(shè)計(jì)實(shí)例

通過實(shí)例及情感特征分析，明確了設(shè)計(jì)構(gòu)思的方向：一款適合自閉癥兒童情感特征的陪護(hù)機(jī)器人。將該群體特殊的色彩偏好以及其情感特征、精神需求融入到設(shè)計(jì)的色彩選擇及造型呈現(xiàn)中，探討其在自閉癥兒童陪護(hù)機(jī)器人設(shè)計(jì)中的思路和方法。

（一）以改善感知覺障礙為目的的配色選擇

色彩對大腦產(chǎn)生重要影響，對自閉癥兒童的認(rèn)知活動(dòng)發(fā)揮著強(qiáng)有力的作用，首次正式研究自閉癥群體顏色感知的美國研究者Ludlow發(fā)現(xiàn)，如果用顏色（藍(lán)色和紫色等）鏡片覆蓋文本將提高自閉癥兒童的閱讀速度高達(dá)13%。國內(nèi)曹漱芹等人采用對偶比較法針對4-6.5歲漢語自閉癥幼兒進(jìn)行的顏色偏好研究中，發(fā)現(xiàn)自閉癥幼兒在總體上偏好冷色，其顏色偏好的順序?yàn)椋壕G、藍(lán)、紅、紫、橙、黃，其顏色偏好順序顯著不同于普通幼兒。

基于以上色彩偏好研究結(jié)果，結(jié)合患兒情感特征分析，機(jī)器人應(yīng)盡量避免過于艷麗、強(qiáng)烈的色彩，亦不能色彩過于單調(diào)，呆板。其色彩設(shè)計(jì)在視覺、心理因素上要充分滿足患兒的特定需求，尋找有利于患兒身心發(fā)展的色彩，達(dá)到舒適、明快、整體的形象呈現(xiàn)。如此提高患兒的對機(jī)器人的色彩敏感度，使其感知覺障礙得以改善。該設(shè)計(jì)實(shí)例中，為符合自閉癥兒童色彩偏好，選用低明度的藍(lán)色、綠色和粉色與銀白色搭配，簡潔明快，色調(diào)偏冷，使患兒得以舒適的視覺體驗(yàn)。（圖4）

（二）以改善社會(huì)交往障礙、興趣和行為異常為目的的造型設(shè)計(jì)

為了改善自閉癥兒童的社會(huì)交往障礙、興趣和行為異常這些情感特征上的缺陷，那么在造型設(shè)計(jì)上應(yīng)充分滿足自閉癥兒童的精神需求，提升機(jī)器人的形象吸引力和象征意義，以產(chǎn)生良好的交流互動(dòng)。從機(jī)器人形象呈現(xiàn)、圖片語音及動(dòng)作的交互方式這三個(gè)方面對造型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.造型簡潔親和化

有研究表示，自閉癥患兒之所以不愿意與外界交流，其中一個(gè)原因在于難以識(shí)別人類復(fù)雜的行為表情。但機(jī)器人沒有太復(fù)雜的面部表情，自閉癥兒童面對機(jī)器比面對人群時(shí)反應(yīng)更為自然。因此，頭部也采用簡潔的形態(tài)并加以微笑的可愛表情，整體簡化了機(jī)器人體態(tài)上的裝飾，下身采用滾輪式移動(dòng)方式，亦可降低制作成本，為自閉癥兒童群體設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出友好、親和、簡潔整體的小伙伴形象，以促進(jìn)自閉癥兒童更順利地與機(jī)器人互動(dòng)，逐步培養(yǎng)鍛煉其溝通交流能力，該機(jī)器人造型方案如圖5所示。

2.加強(qiáng)溝通互動(dòng)能力的屏幕設(shè)計(jì)

根據(jù)2014年1月美國公布的《自閉癥兒童、青少年的以循證為基礎(chǔ)的實(shí)踐》這一報(bào)告，圖片交換溝通系統(tǒng)被列為有實(shí)證證實(shí)的、有效的循證實(shí)踐之一。自閉癥兒童在圖片提示條件下對情緒的認(rèn)知優(yōu)于在語言提示條件下對情緒的認(rèn)知，表明圖片可以幫助他們理解情緒。因此設(shè)定陪護(hù)機(jī) 器人胸前的屏幕用來實(shí)施圖片交換溝通系統(tǒng)，通過圖片、視 覺符號(hào)和自然語言的刺激來幫助自閉癥兒童更好地掌握溝通的技能，改善其社會(huì)交往障礙。

圖4　色彩方案（專利號(hào)：2016301307229）

圖5　造型方案

3.動(dòng)作交互日?；?/p>

由于自閉癥兒童面對機(jī)器人更為自然直接，陪護(hù)機(jī)器人的肢體動(dòng)作設(shè)計(jì)盡量地滿足動(dòng)作種類豐富、能順利地完成擁抱、手勢舞蹈、舉手等常見社交互動(dòng)動(dòng)作，為自閉癥兒童帶來情感關(guān)懷的同時(shí)，目的是培養(yǎng)促進(jìn)自閉癥兒童能在日常生活中與周圍進(jìn)行正常的社交互動(dòng)，充分地改善其興趣和行為上的異常，擴(kuò)展患兒的情感世界及興趣范圍。

五、總結(jié)

自閉癥兒童陪護(hù)機(jī)器人作為一種工業(yè)性產(chǎn)品，情感因素的考慮應(yīng)作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，方案中陪護(hù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)從自閉癥兒童的情感特征出發(fā)，并結(jié)合自閉癥兒童的色彩、造型偏好需求設(shè)計(jì)了新的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)中除了對機(jī)器人的色彩、造型上的考慮，還應(yīng)該對其材質(zhì)、動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的方式以及用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，開發(fā)出更加完善、科學(xué)的自閉癥兒童陪護(hù)機(jī)器人?！?/p>

課題項(xiàng)目：2016年天津市大學(xué)生服務(wù)企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目，服務(wù)型智能機(jī)器人設(shè)計(jì)

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［2］陳東帆，李睿強(qiáng)，韓琨.人形機(jī)器人技術(shù)在孤獨(dú)癥兒童干預(yù)中的應(yīng)用［J］.中國康復(fù)理論與實(shí)踐，2015（11）：1325-1328.

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［5］胡曉毅，范文靜.運(yùn)用圖片交換溝通系統(tǒng)改善自閉癥兒童需求表達(dá)及攻擊行為的個(gè)案研究［J］.中國特殊教育，2014（10）.

Research on the Companion Robot Based on the Emotional Characteristics of the Autistic Children

ZHAO Fang-hua， YANG Xi， ZHANG Wei-wei， LI Hao
（School of Architecture&Art Design of Hebei University of Technology，Tianjin 300401，china）

Autistic children lack ability about getting along with people and learning actively ， whilethe products for this group are more important increasingly. The companion robot， whit the intelligent design， provides a good communication method for the autistic children. This paper analyzes the existing basic characteristics of the companion robot， and studies the emotional characteristics and needs of the children with autism， designs a companion robot with the color， shape， and the pattern of interaction， in order to improve the users'experience， then， makes a proposal for the design of the products the are used by the children with autism.

children with autism； companion robot； emotional characteristics； product design

TB472

A

1008-2832（2016）10-0116-03