智能口罩回收終端設(shè)計與應(yīng)用研究

摘? 要：智能口罩回收終端設(shè)計與應(yīng)用研究是針對口罩作為公共衛(wèi)生突發(fā)事件下，大量使用時無法快速有效解決口罩回收的難題。因此，對口罩回收效率低、不規(guī)范，造成的環(huán)境污染問題進(jìn)行研究，報告了現(xiàn)階段難以對廢棄口罩進(jìn)行有效回收的現(xiàn)狀，同時進(jìn)行了一系列產(chǎn)品理念和應(yīng)用場景的調(diào)查，將產(chǎn)品設(shè)計與大數(shù)據(jù)人工智能理念相結(jié)合，最終設(shè)計出一款智能口罩回收終端。

關(guān)鍵詞：口罩回收;人工智能;回收終端

中圖分類號：TP368? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）22-0127-03

Research on Design and Application of Intelligent Mask Recycling Terminal

LI Xi

（Chongqing Technology and Business University，Chongqing? 400067，China）

Abstract：The design and application research of intelligent mask recycling terminal is aimed at masks as a public health emergency，when they are used in large quantities，they cannot quickly and effectively solve the problem of mask recycling. Therefore，the environmental pollution caused by the low and irregular recycling of masks was studied，and the status that it is difficult to effectively recycle discarded masks at this stage was reported. At the same time，a series of product concepts and application scenarios were investigated. Combining product design with big data artificial intelligence concept，an intelligent mask recycling terminal was finally designed.

Keywords：mask recycling;artificial intelligence;recycling terminal

0? 引? 言

作者一直從事產(chǎn)品設(shè)計方向的研究與學(xué)習(xí)，具有豐富的理論知識與設(shè)計經(jīng)驗，多次獲的產(chǎn)品設(shè)計類比賽獎項，同時參與了重慶市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃重大委托項目“重慶市社會科學(xué)大數(shù)據(jù)集成運(yùn)用基本規(guī)律研究”。在重大醫(yī)療衛(wèi)生事件發(fā)生時，針對口罩消耗量研發(fā)智能口罩回收終端，集成人工智能技術(shù)，不但能提高廢棄口罩的回收效率，也可以防止口罩隨意丟棄所帶來的二次污染。同時通過記錄大數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r檢測和預(yù)測所在區(qū)域居民健康情況，也可為相應(yīng)部門提供有效數(shù)據(jù)。在一定程度上豐富目前該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)理論知識，對未來相關(guān)領(lǐng)域研究具有一定的理論和指導(dǎo)意義。

1? 口罩回收的現(xiàn)狀和問題

1.1? 口罩回收必要性

口罩作為防護(hù)隔絕細(xì)菌、病毒的重要物資在民用防護(hù)和醫(yī)用防護(hù)領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，尤其在冬季呼吸道傳染病高發(fā)的情況下，口罩對阻隔細(xì)菌傳播有很重要的作用。近年來隨著公共醫(yī)療衛(wèi)生事件的頻發(fā)，口罩被越來越多的人使用。在專家的持續(xù)呼吁下，“口罩文化”已經(jīng)成為防控傳染性疾病的一個重要途徑?？谡质褂煤笕绾瓮咨铺幚怼⑷绾味沤^可能的“二次傳播”問題，也應(yīng)及時引起高度重視。成都、浙江、上海等多地的疾控中心發(fā)布科普提示，向群眾普及口罩佩戴完后的正確處理方法，這些科普無疑來得及時且必要。然而，細(xì)看多地公布的一些提示知識，在大體趨同的基礎(chǔ)上，也有一些細(xì)節(jié)存在沖突。比如，有地方就不提倡“開水燙一下”“剪碎后扔掉”和“焚燒”等方式[1]。但是這些方式都不能很好地對口罩進(jìn)行降解，口罩制作主要材料熔巖布，如果不用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行降解再利用，那么丟棄的口罩不會在自然情況下自行分解。在當(dāng)前形勢下，大量丟棄的口罩究竟應(yīng)當(dāng)如何規(guī)范、妥善處理，是一件非常值得去解決的問題，智能口罩回收終端正是在這種大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，如何處理好每一片小口罩，也是天大的事情，絕不能讓保護(hù)我們的口罩成為新的病毒傳播途徑和污染環(huán)境的白色垃圾。

1.2? 口罩回收現(xiàn)階段存在的問題

現(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對人工智能與產(chǎn)品結(jié)合，以及人工智能對防疫和環(huán)保進(jìn)行研究，更多的是關(guān)于理論和可行性方面的研究，但是將理論研究落地的并不多，目前國內(nèi)智能回收終端存在功能單一、智能化不足、分類效果差等問題，無法做到分類回收的要求[2]。

2? 產(chǎn)品理念以及應(yīng)用場景

2.1? 產(chǎn)品理念

通過開發(fā)智能口罩回收終端，集成人工智能技術(shù)，提高廢棄口罩的回收效率，也能防止口罩隨意丟棄所帶來的二次污染。同時，資源的再利用獲得的收益對回收企業(yè)是一個利潤增長點，人工智能技術(shù)的加入也提升了產(chǎn)品應(yīng)用場景的維度和廣度。

智能口罩回收終端記錄大數(shù)據(jù)，能夠?qū)崟r檢測和預(yù)測所在區(qū)域人體健康情況，不僅為有關(guān)部門提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)，也為保護(hù)環(huán)境提供切實可行的方案。所以研究人工智能與產(chǎn)品相結(jié)合，不僅使產(chǎn)品功能的維度大大提升，同時也把功能單一的產(chǎn)品升級成為具有數(shù)據(jù)分析處理能力的智能化產(chǎn)品[3]。

2.2? 應(yīng)用場景

口罩作為衛(wèi)生醫(yī)療物資在防控傳染性疾病方面有著的極大需求，相信在往后的很長一段時間內(nèi)，口罩仍然會是我們的整個社會中普遍的需求。但每當(dāng)在公共衛(wèi)生事件突發(fā)的初期，我們觀察到整個市場、社會對于醫(yī)療物資的哄搶、不規(guī)范的使用以及使用結(jié)束后的隨意丟棄造成資源浪費、環(huán)境污染等一系列社會問題。本項目擬針對這些問題以及對智能口罩回收終端探討：

（1）通過掃描APP將廢棄口罩投遞至回收終端，可對廢棄口罩進(jìn)行即時殺毒消菌處理，進(jìn)行二次回收利用，杜絕廢棄口罩亂扔造成的資源浪費和二次污染，同時通過回收廢棄口罩可獲得積分返利，積分可免費換取新口罩，引導(dǎo)人們擯棄亂扔亂丟的習(xí)慣;

（2）對于口罩佩戴不規(guī)范的問題，智能口罩回收終端的屏幕面板上滾動播出的口罩正確佩戴以及衛(wèi)生防護(hù)小知識起到宣傳作用;

（3）為醫(yī)療行業(yè)、生活小區(qū)、學(xué)校、商場、企業(yè)、交通樞紐等公共場所提供口罩智能管理的產(chǎn)品設(shè)備，設(shè)備運(yùn)行時，可主動檢測路過設(shè)備人員的體溫狀況，進(jìn)而完成投放場所人群健康數(shù)據(jù)抽樣調(diào)查。

以上為未來的智能口罩回收研究提供初步的解決方案。

3? 智能口罩回收終端的設(shè)計思路

3.1? 功能設(shè)計

3.1.1? 設(shè)計理念

智能口罩回收終端秉持“有用、易用”的設(shè)計理念結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

“有用”，對人民群眾來講，智能口罩回收終端不僅能幫助居民科學(xué)、安全的處理廢棄口罩，還能為居民提供豐富的防疫宣傳資料，培養(yǎng)居民良好的衛(wèi)生習(xí)慣并重視垃圾污染問題，減少廢棄口罩沾染細(xì)菌帶來的二次污染。對于產(chǎn)品開發(fā)而言，智能口罩回收終端引入人工智能技術(shù)后，讓原來單一的產(chǎn)品功能與人工智能相結(jié)合，變成服務(wù)終端和健康數(shù)據(jù)檢測收集終端。通過收集用戶數(shù)據(jù)后進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析所得出的結(jié)論，信息的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于回收廢棄口罩獲得的利益，對企業(yè)競爭力升級起到了積極作用。對于社會效益而言，智能口罩回收終端一方面能科學(xué)管理廢棄口罩，避免了口罩隨意丟棄造成對生態(tài)的破壞，將二次污染的風(fēng)險降到最低。同時，為政府提供科學(xué)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為政府決策提供參考[4]。

“易用”，用戶體驗也是我們設(shè)計的重點，智能口罩回收終端的使用不僅符合人體工程學(xué)，而且操作流程便捷簡單。居民只需要使用IC卡、進(jìn)行人臉識別或者在智能口罩回收終端小程序上操作，回收機(jī)箱門就會自動打開，居民可在不接觸回收箱的情況下，投遞廢棄口罩;終端全程監(jiān)控并給出語音提示，箱體顯示屏還可檢測投遞人員的體溫，用戶操作完畢后可領(lǐng)取對應(yīng)的積分獎勵。口罩投遞完畢后，回收箱會自動讀取口罩?jǐn)?shù)量，箱內(nèi)的紫外線燈會對箱子進(jìn)行連續(xù)三小時殺菌消毒，防止病毒和細(xì)菌滋生，箱內(nèi)滿溢時系統(tǒng)自動報警通知收運(yùn)人員，及時做好回收處置工作。智能口罩回收終端安裝了定位系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)，政府部門可以通過后臺監(jiān)管系統(tǒng)實時監(jiān)管，參與實現(xiàn)高效率無縫管理口罩收集、數(shù)據(jù)處理的全過程。

3.1.2? 硬件設(shè)計

硬件核心系統(tǒng)包括計數(shù)模塊、無線模塊、語音模塊等：

（1）計數(shù)模塊方面，口罩的材質(zhì)、形狀、大小不一，設(shè)計過程中采用了機(jī)械結(jié)構(gòu)配合光電傳感器的方式，多通道輸入捕獲來檢測投入口罩?jǐn)?shù)量等操作;

（2）無線模塊方面，主要采用ZigBee技術(shù)，是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通信技術(shù)。利用其特性，將范圍內(nèi)的回收終端覆蓋在同一個網(wǎng)絡(luò)下，可實時采集各個智能口罩回收終端的數(shù)據(jù)，便于監(jiān)控和調(diào)度;

（3）語音模塊方面，使用WT588D語音芯片，功能多、音質(zhì)好，應(yīng)用范圍廣性能穩(wěn)定，串口控制模式可以控制語音播放、停止、循環(huán)和音量大小，或直接觸發(fā)0～219任意語音的地址[5]。

3.1.3? 軟件系統(tǒng)

軟件方面，考慮到以上需求，軟件系統(tǒng)包含服務(wù)端、設(shè)備端、用戶端、Web端軟件設(shè)計：

（1）服務(wù)端方面采用阿里云服務(wù)器（ECS），可提供簡單高效、處理能力可彈性伸縮的計算服務(wù)，可用來快速構(gòu)建更加穩(wěn)定、安全的應(yīng)用且可幫助維護(hù)人員提升運(yùn)維效率，降低IT成本;

（2）設(shè)備端在軟件設(shè)計過程中使用了μC/OS-Ⅱ?qū)崟r操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個完整的、靈活的搶占式實時多任務(wù)內(nèi)核，可以使各個任務(wù)獨立、準(zhǔn)時且無誤的工作。通過時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度和信號量控制等方法實現(xiàn)對用戶請求消息的快速響應(yīng);

（3）用戶端分為IOS和Android。首先進(jìn)行用戶登錄，登錄成功之后，可以掃描二維碼開蓋投遞廢棄口罩（此功能供普通用戶使用），也可以進(jìn)行掃描二維碼開門清理回收箱（此功能供回收箱清理人員使用）;

（4）Web端為設(shè)備管理維護(hù)人員使用。Web端可獲得回收終端的報警顯示并進(jìn)行監(jiān)測，維護(hù)人員可根據(jù)報警消息進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。此外，可以在Web端的地圖上添加相應(yīng)回收終端的設(shè)備ID。

3.2? 外觀設(shè)計

智能口罩回收終端運(yùn)用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，分為室內(nèi)版和戶外版。室內(nèi)版如圖2所示，戶外版如圖3所示。

材質(zhì)：以鋼化玻璃和鍍鋅板作為機(jī)身的主要材料，鍍鋅板堅固耐磨、防腐防潮、視覺效果好且性價比較高，能讓產(chǎn)品在室外復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，同時，還能控制成本。

造型：設(shè)計分為室內(nèi)和戶外版，造型設(shè)計以長方體為基礎(chǔ)，大量直線構(gòu)成，造型簡潔渾厚，安全性更強(qiáng)、空間利用率更高。此外，通過模塊化設(shè)計，戶外版在室內(nèi)版的造型上增加了LED廣告屏、擋板、太陽能電池板，其他無異。

功能：智能口罩回收終端由箱體外殼、廢棄口罩投遞口、取物口、防盜鎖、口罩存儲箱、感應(yīng)開門、人臉識別、led顯示屏、太陽能板等模塊組成。具有紅外感應(yīng)、消毒殺菌、兌換獎勵、IC卡掃描、體溫檢測、自動箱門、溢滿感應(yīng)、防盜、網(wǎng)絡(luò)操作、語音報警、實時監(jiān)測、太陽能充電、避雨、底部排水等功能，操作簡單且可適用于各種馬路、小區(qū)、公園等戶外場地以及室內(nèi)場地[6]。

4? 結(jié)? 論

如何避免佩戴之后的廢棄口罩被不法商家回收，或在處置階段出現(xiàn)二次感染，從口罩使用后如何妥善處理、如何杜絕可能的“二次傳播”問題出發(fā)，展開對智能口罩回收終端的創(chuàng)新性課題的思考，從而設(shè)計一套規(guī)范的流程，有效的幫助社會做好廢棄口罩的處理工作，確保廢棄口罩無泄漏、無二次利用，保護(hù)廣大人民群眾的身體健康。此項目是結(jié)合當(dāng)今所需，解決社會問題，謀民生之本，具備十分重要的意義。

本項目參與者在研究過程中，閱讀、查找大量的相關(guān)資料文獻(xiàn)與本項目相結(jié)合，總結(jié)和探討出適合我國的智能口罩回收系統(tǒng)的創(chuàng)新型項目。智能口罩回收終端創(chuàng)新性地將產(chǎn)品設(shè)計與人工智能技術(shù)相結(jié)合，通過收集用戶數(shù)據(jù)后進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析所得出的結(jié)論，為政府提供科學(xué)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為政府決策提供參考，這些信息的價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于回收廢棄口罩獲得的利益，在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域里具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。這一創(chuàng)新成果在國內(nèi)整個公共醫(yī)療衛(wèi)生管理事業(yè)都具有標(biāo)志性和領(lǐng)先性，并且為營造健康生態(tài)環(huán)境作出積極的貢獻(xiàn)。智能口罩回收終端不僅為疫情防控和環(huán)保做出貢獻(xiàn)，更重要的是它可以作為一個大數(shù)據(jù)收集終端，對使用者的身體健康進(jìn)行檢測。通過產(chǎn)品設(shè)計與人工智能相結(jié)合，由原來的被動檢測變?yōu)橹鲃颖O(jiān)測，為未來公共醫(yī)療衛(wèi)生管理的監(jiān)控提供了新途徑。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：李茜（1995—），女，漢族，四川成都人，碩士研究生，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計。