家庭智能機(jī)器人可用性與造型設(shè)計(jì)的年齡差異研究

關(guān)鍵詞：家庭智能機(jī)器人 可用性 造型 年齡差異 組間重復(fù)測(cè)量

引言

習(xí)近平總書記指出，“中國(guó)將成為機(jī)器人的最大市場(chǎng)”。按照核心支持技術(shù)的演變，機(jī)器人經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：電氣時(shí)代的一代產(chǎn)品由既定程序控制，只做固定動(dòng)作，無(wú)感應(yīng)和適應(yīng)能力;數(shù)字時(shí)代的二代產(chǎn)品裝有傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制獲取服務(wù)環(huán)境和對(duì)象信息，初步具備簡(jiǎn)單智能;人工智能時(shí)代的三代產(chǎn)品是基于知識(shí)的控制，使用機(jī)器視覺、自然語(yǔ)音處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)[1] ，具備高級(jí)智能，被廣泛應(yīng)用到家庭生活領(lǐng)域。家庭智能機(jī)器人的運(yùn)行主要聚焦在家庭中的生活場(chǎng)景和行為，感知能力和交互能力更高。因此，對(duì)于此類產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)而言，進(jìn)行深入的人機(jī)交互可用性以及造型研究就顯得非常關(guān)鍵。當(dāng)下，此類產(chǎn)品的開發(fā)流程仍然是憑借設(shè)計(jì)師的主觀經(jīng)驗(yàn)，采用手繪、計(jì)算機(jī)三維仿真、樣機(jī)制作等方法來(lái)推進(jìn)。設(shè)計(jì)方案定稿之后，通過(guò)制作樣機(jī)來(lái)反復(fù)測(cè)試產(chǎn)品和用戶的人機(jī)交互可用性以及修改整體造型設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致開發(fā)周期很長(zhǎng)。

一、相關(guān)研究現(xiàn)狀述評(píng)

虛擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形、仿真和傳感等技術(shù)[2] ，能給用戶提供非常有沉浸感的產(chǎn)品交互體驗(yàn)。在已有的研究中，曹國(guó)忠[3] 等搭建了清分扎把機(jī)產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，讓用戶在其中進(jìn)行體驗(yàn)并提出造型修改意見;李太然[4] 等將工業(yè)機(jī)器人的操作過(guò)程置入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境去執(zhí)行人機(jī)交互，減輕了用戶操作負(fù)擔(dān);李婷婷[5] 等利用虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)了博物館互動(dòng)展示系統(tǒng)。上述研究驗(yàn)證了使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展產(chǎn)品人機(jī)交互體驗(yàn)的可行性，但未對(duì)產(chǎn)品可用性進(jìn)行分析和測(cè)試。朱彥[6] 運(yùn)用主成分分析法對(duì)用戶的感性意象進(jìn)行量化，運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)了某一特定造型風(fēng)格的家庭服務(wù)機(jī)器人造型設(shè)計(jì)要素模型;婁熙純[7] 等基于老年人的情感訴求設(shè)計(jì)了智能陪伴機(jī)器人的人機(jī)交互方案，使用戶有更好的使用體驗(yàn)。上述研究均沒有對(duì)設(shè)計(jì)完成的智能機(jī)器人方案進(jìn)行交互體驗(yàn)量化研究，更沒有設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)亩嘁蛩貙?shí)驗(yàn)去檢驗(yàn)不同用戶在使用同一產(chǎn)品時(shí)的差異性。

人工智能技術(shù)的推廣，使得智能機(jī)器人將會(huì)更普遍地走進(jìn)尋常百姓家庭。智能機(jī)器人是所有家庭設(shè)備交互的中樞和智能運(yùn)算的終端，其將要面對(duì)的用戶不僅有年輕人，還有老年人和兒童等。這些家庭成員在使用智能機(jī)器人時(shí)，都有自己特定的使用場(chǎng)景，呈現(xiàn)出需求多元化的發(fā)展趨勢(shì)。只有針對(duì)家庭中的不同用戶進(jìn)行深入細(xì)致的研究，細(xì)分用戶群體，才能推出滿足用戶差異的個(gè)性化服務(wù)。本研究旨在運(yùn)用家庭智能機(jī)器人的人機(jī)交互虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)測(cè)量機(jī)器人的可用性與造型設(shè)計(jì)在面對(duì)不同用戶時(shí)是否存在差異。即選取家庭智能機(jī)器人的可用性和整體造型作為研究對(duì)象，探究適合年輕人使用的產(chǎn)品是否也能讓老年人接受并樂于使用。

二、測(cè)量指標(biāo)和數(shù)據(jù)采集

邀請(qǐng)兩位專家對(duì)30個(gè)家庭智能機(jī)器人設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和研究，挑選出4個(gè)典型方案參加實(shí)驗(yàn)評(píng)估，如圖1所示。機(jī)器人的可用性評(píng)價(jià)采用ASQ量表（After scenario Questionnaire，ASQ），具有客觀性、復(fù)用性、量化性、經(jīng)濟(jì)性、普適性的特征。該量表由James R. Lewis編制，探測(cè)用戶整體上完成任務(wù)的難易度、完成時(shí)間和對(duì)支持信息的滿意度，包括易用性、有用性和滿意度三個(gè)層面。整體ASQ得分是各個(gè)題目所反饋得分的均值，其測(cè)量的信度范圍為0.9-0.96（Lewis，1990b，1991，1995）。ASQ在Lewis等（1990，分析報(bào)告Lewis，1995）中的使用顯示，ASQ分?jǐn)?shù)與場(chǎng)景任務(wù)的成功率之間存在顯著相關(guān)[8] （r（46）=-0.4，p<0.01）。機(jī)器人的造型評(píng)價(jià)采用用戶主觀評(píng)分的方式，以Likert 7級(jí)量表完成測(cè)評(píng)。本實(shí)驗(yàn)的虛擬平臺(tái)系統(tǒng)選用HTC VIVE設(shè)備進(jìn)行交互，過(guò)程中需要實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)選功能集中在兩個(gè)操作手柄上。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在家庭智能機(jī)器人早期三維模型設(shè)計(jì)階段構(gòu)建用戶與產(chǎn)品的交互場(chǎng)景，用戶通過(guò)虛擬平臺(tái)與產(chǎn)品進(jìn)行交互并得到體驗(yàn)反饋，能幫助設(shè)計(jì)者及時(shí)修改設(shè)計(jì)方案，比制作產(chǎn)品實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行可用性測(cè)試的成本低，同時(shí)又能完成多次快速迭代。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)被試招募。實(shí)驗(yàn)被試對(duì)象為年輕人和老年人，兩組被試分別招募了22人。其中，年輕人均具有本科以上學(xué)歷，年齡在25—35歲之間，平均年齡為30.5歲，標(biāo)準(zhǔn)差是3.16;老年人均具有高中以上學(xué)歷，年齡在60—70歲之間，平均年齡為65.7歲，標(biāo)準(zhǔn)差是2.66。為了消除性別對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，控制兩組被試的性別人數(shù)比基本接近1：1。

（二）實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)采用組間重復(fù)測(cè)量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，要求每位被試依次觀看4個(gè)家庭智能機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)影像。在構(gòu)建交互場(chǎng)景時(shí)，首先梳理研究用戶的需求點(diǎn)。趙雅婷[9] 等利用Kano模型計(jì)算出老年人對(duì)服務(wù)機(jī)器人的功能需求并進(jìn)行了重要度排序，依據(jù)此方法同樣可以得到年輕人的需求點(diǎn);整理后，根據(jù)每個(gè)家庭智能機(jī)器人的功能定位和造型特征，分別賦予不同的典型交互任務(wù)，如表1所示。此外，根據(jù)測(cè)試目的的不同和設(shè)計(jì)展開的具體情況，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)家庭智能機(jī)器人的選擇和交互任務(wù)的定義都可以有不同的組合情況。

被試與每個(gè)家庭智能機(jī)器人在虛擬場(chǎng)景中的交互時(shí)間為1分鐘。嚴(yán)格控制任務(wù)數(shù)量和交互時(shí)間的目的是避免被試參加實(shí)驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)產(chǎn)生生理疲勞，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。確定典型任務(wù)后，利用虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)計(jì)，為了消除室內(nèi)環(huán)境可能對(duì)被試產(chǎn)生的外在影響，將4個(gè)家庭智能機(jī)器人均置入同一個(gè)虛擬家居環(huán)境中，如圖2所示。

（三）實(shí)驗(yàn)流程。實(shí)驗(yàn)正式開始前，被試進(jìn)入用戶體驗(yàn)與可用性實(shí)驗(yàn)室，先靜坐休息5分鐘。主試詳細(xì)講解具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和操作要求。然后，在主試的協(xié)助下，被試佩戴HTC VIVE設(shè)備，調(diào)試設(shè)備確保正常使用。正式開始實(shí)驗(yàn)，用戶逐一觀看每個(gè)家庭智能機(jī)器人的人機(jī)交互虛擬現(xiàn)實(shí)影像并進(jìn)行互動(dòng)。每觀看完一段影像，主試均會(huì)提醒被試暫時(shí)取下實(shí)驗(yàn)設(shè)備，填寫ASQ量表和Likert量表;然后，主試安排被試休息5分鐘后繼續(xù)觀看下一個(gè)家庭智能機(jī)器人影像，結(jié)束后再填寫量表;如此循環(huán)，直到實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，每位被試共觀看4段家庭智能機(jī)器人影像，填寫4次量表，約需20-30分鐘完成所有內(nèi)容。為了消除實(shí)驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的順序效應(yīng)和疲勞效應(yīng)，按照拉丁方順序排列4個(gè)家庭智能機(jī)器人的虛擬影像讓被試觀看。實(shí)驗(yàn)從上午8點(diǎn)開始，到下午5點(diǎn)全部結(jié)束。

（四）研究假設(shè)。本研究旨在推導(dǎo)出適合年輕人使用的家庭智能機(jī)器人是否同樣能滿足老年人的使用需求。根據(jù)此研究問題，提出以下5個(gè)研究假設(shè)，并用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。

假設(shè)1：相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下，家庭智能機(jī)器人可用性存在顯著年齡差異。假設(shè)2：相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下，家庭智能機(jī)器人易用性存在顯著年齡差異。假設(shè)3：相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下，家庭智能機(jī)器人有用性存在顯著年齡差異。假設(shè)4：相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下，家庭智能機(jī)器人滿意度存在顯著年齡差異。假設(shè)5：用戶欣賞相同的家庭智能機(jī)器人時(shí)，造型評(píng)價(jià)存在顯著年齡差異。

四、結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，首先運(yùn)用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和預(yù)處理，在去除異常值和無(wú)效評(píng)分后整理出有效問卷共40份，其中年輕人和老年人各20份。然后運(yùn)用Spss Statistics 19.0版本軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，經(jīng)檢驗(yàn)顯示，所有數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，通過(guò)K-S法和S-W法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，得到方差齊結(jié)果。最后，對(duì)處理和驗(yàn)證后的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較兩組被試間的差異情況，輸出如下分析結(jié)果。

（一）家庭智能機(jī)器人可用性評(píng)價(jià)結(jié)果。分析方法是對(duì)家庭智能機(jī)器人的可用性主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)求均值，即對(duì)A SQ量表中各項(xiàng)分值求和后再求均值，以此來(lái)計(jì)算出可用性總體得分。由表2結(jié)果可見，機(jī)器人1（t=12.58，p<0.001）、機(jī)器人3（t=10.172，p<0.001）、機(jī)器人4（t=18.104，p<0.001）的可用性評(píng)分存在顯著差異，機(jī)器人2（t=1.028，p=0.311）的可用性評(píng)分無(wú)顯著差異?？傮w上年輕人對(duì)家庭智能機(jī)器人的可用性評(píng)分高于老年人，且存在顯著差異，僅機(jī)器人2的評(píng)分沒有顯著差異。從評(píng)分?jǐn)?shù)值來(lái)看，年輕人和老年人對(duì)機(jī)器人2的評(píng)分?jǐn)?shù)值是所有機(jī)器人中最高的。

為了更加深入剖析兩組被試對(duì)易用性、有用性和滿意度的差異，進(jìn)一步對(duì)三個(gè)維度分別進(jìn)行數(shù)據(jù)的描述統(tǒng)計(jì)與分析。見表3所示，在易用性評(píng)分中，機(jī)器人2（t=0.632，p=0.531）、機(jī)器人3（t=7.061，p=0.162）無(wú)顯著差異。在有用性評(píng)分中，機(jī)器人2（t = 0.6 2 3，p = 0. 537）、機(jī)器人3（t=9.245，p=0.268）無(wú)顯著差異。在滿意度評(píng)分中，機(jī)器人2（t=0.000，p=1.000）無(wú)顯著差異，機(jī)器人3（t=6.200，p<0.001）存在顯著差異。因此，從總體來(lái)看，機(jī)器人2的可用性評(píng)分無(wú)顯著差異，而機(jī)器人3可用性評(píng)分的顯著差異主要是受滿意度的影響，在易用性和有用性層面并沒有顯著差異。

針對(duì)智能機(jī)器人可用性評(píng)價(jià)的差異，本文提出4個(gè)研究假設(shè)，即相同的交互任務(wù)場(chǎng)景下，家庭智能機(jī)器人可用性、易用性、有用性、滿意度的評(píng)價(jià)存在顯著年齡差異，實(shí)驗(yàn)的測(cè)試與分析結(jié)果支持部分假設(shè)內(nèi)容。在可用性評(píng)價(jià)層面，4個(gè)家庭智能機(jī)器人中有3個(gè)的結(jié)果差異是顯著的，不存在顯著差異的是機(jī)器人2。將可用性細(xì)化拆分至易用性、有用性和滿意度三個(gè)層面，分析后發(fā)現(xiàn)并不是每個(gè)可用性評(píng)價(jià)有顯著差異的機(jī)器人在這三個(gè)層面都有差異。機(jī)器人3在易用性和有用性方面都沒有差異，僅在滿意度上存在差異，說(shuō)明機(jī)器人3的交互任務(wù)內(nèi)容更能滿足年輕人的期望和要求。

（二）家庭智能機(jī)器人造型評(píng)價(jià)結(jié)果。家庭智能機(jī)器人的造型評(píng)價(jià)采用主觀評(píng)分的方式，用戶觀看完每段虛擬現(xiàn)實(shí)影像后，回答一道問題，具體為“整體上，我覺得這個(gè)家庭智能機(jī)器人造型是好看的”。問題的答案以Likert量表7級(jí)尺度評(píng)分，1分代表非常不同意，4分代表中立，7分代表非常同意。由表4結(jié)果可見，機(jī)器人1（t=0.6，p=0.552）、機(jī)器人2（t=1.525，p=0.135）的造型評(píng)分無(wú)顯著差異;機(jī)器人3（t=3.416，p=0.002）、機(jī)器人4（t=2.707，p=0.01）的造型評(píng)分存在顯著差異。

兩組被試對(duì)于不同機(jī)器人的造型評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分支持原假設(shè)，且年輕人對(duì)4個(gè)機(jī)器人的評(píng)分均高于老年人。機(jī)器人3和機(jī)器人4的造型評(píng)價(jià)結(jié)果存在顯著差異，機(jī)器人3的造型整體機(jī)械感強(qiáng)，特別是頭部扁長(zhǎng)狹窄，顯得冰冷酷炫，更像科幻電影里的機(jī)器人形象。機(jī)器人4是雙足行走機(jī)器人，胸前沒有傳統(tǒng)智能機(jī)器人的觸摸屏，缺乏明確的引導(dǎo)交互標(biāo)識(shí)，左前胸位置設(shè)計(jì)了圓形感應(yīng)區(qū)，可以感應(yīng)手勢(shì)交互動(dòng)作。年輕人對(duì)機(jī)器人3和機(jī)器人4的造型更喜歡。

五、討論和分析

本研究邀請(qǐng)了年輕人和老年人作為兩組不同的被試人群，參加了家庭智能機(jī)器人可用性測(cè)試和造型評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)。選取實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，挑選了4個(gè)不同的設(shè)計(jì)方案，并針對(duì)每個(gè)家庭智能機(jī)器人的功能和角色定位，設(shè)計(jì)了各具特色的交互任務(wù)供測(cè)試使用。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組不同年齡段的人群在使用相同的家庭智能機(jī)器人時(shí)，可用性評(píng)價(jià)和造型評(píng)價(jià)均存在顯著差異，設(shè)計(jì)應(yīng)尊重用戶差異，根據(jù)不同類型用戶的需求開展智能機(jī)器人設(shè)計(jì)。

1.年輕人對(duì)于機(jī)器人融入日常生活的接受度更高：對(duì)照交互任務(wù)表和用戶的評(píng)分?jǐn)?shù)值，發(fā)現(xiàn)年輕人的可用性評(píng)分普遍要高于老年人，年輕人更加愿意使用機(jī)器人控制家庭的智能家居家電設(shè)備，更加樂意聽到機(jī)器人主動(dòng)播報(bào)天氣預(yù)報(bào)、提醒生活細(xì)節(jié)，更加享受和機(jī)器人娛樂共舞的互動(dòng)，說(shuō)明年輕人對(duì)于機(jī)器人融入日常家庭生活的接受度更高，在以年輕人為目標(biāo)群體設(shè)計(jì)方案時(shí)可以將機(jī)器人作為用戶與家庭生活環(huán)境之間的交流媒介，引入更多的智能控制和交互功能。

2.語(yǔ)音交互操作是智能機(jī)器人重要的交互方式：在人類的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺這五感中，聽覺非常重要，對(duì)于任何類型的用戶而言，語(yǔ)音都是最自然的交流方式。此外，語(yǔ)音交互，讓用戶進(jìn)行多任務(wù)的操作處理。機(jī)器人2的評(píng)分無(wú)顯著差異，說(shuō)明老年人與年輕人一樣，都喜歡用語(yǔ)音交互方式來(lái)控制機(jī)器人播放他們各自感興趣的娛樂休閑節(jié)目。這是因?yàn)檎Z(yǔ)言是傳遞信息和交流溝通的最重要手段，用戶進(jìn)行語(yǔ)音交互的學(xué)習(xí)成本最低，又可以解放雙手，同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)。因此，智能機(jī)器人要想在情感交互體驗(yàn)上取得突破，必須在語(yǔ)音交互方式上去重點(diǎn)思考和設(shè)計(jì)。因?yàn)檎Z(yǔ)音交互方式讓用戶在使用機(jī)器人時(shí)更像是在和一個(gè)有生命力的對(duì)象交流，感到機(jī)器人“能聽、會(huì)說(shuō)、懂你”，從而得到良好的人機(jī)交互反饋。

3.年輕人對(duì)于機(jī)器人造型的包容度更大：對(duì)照4個(gè)機(jī)器人的造型圖片分析，發(fā)現(xiàn)造型特征為整體圓潤(rùn)飽滿[10] 、線型流暢、沒有銳利拐角的智能機(jī)器人，能同時(shí)得到年輕人和老年人的喜愛，因?yàn)檫@樣的造型與居家環(huán)境有非常好的融入感，不會(huì)額外打擾用戶的日常生活，能讓他們產(chǎn)生安全感。此外，兩個(gè)機(jī)器人的頭部造型都具備動(dòng)漫中孩童形象的外貌特質(zhì)[11] ，能引起用戶的喜愛和愉悅共情。相形之下，造型特征具有很強(qiáng)現(xiàn)代感和科技感的智能機(jī)器人，居家感較弱，在心理層面很難塑造親近感，較難讓老年人接受。年輕人對(duì)于新鮮事物的接受能力強(qiáng)，樂于嘗試新技術(shù)體驗(yàn)，對(duì)于機(jī)器人造型的包容度更大。

六、研究局限

研究在選取家庭智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案時(shí)，邀請(qǐng)兩位專家憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較和篩選，存在一定程度的主觀影響。若合理增加專家人數(shù)，以及充分考慮專家團(tuán)隊(duì)中學(xué)科背景的差異，可以降低這樣的影響;其次，為了控制每位被試觀看虛擬現(xiàn)實(shí)影像的時(shí)間，避免產(chǎn)生生理疲勞影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，只選擇了4個(gè)典型方案參加實(shí)驗(yàn)測(cè)試。后續(xù)可以增加更多不同的家庭智能機(jī)器人設(shè)計(jì)方案和交互任務(wù)，合理編排實(shí)驗(yàn)的流程細(xì)節(jié)，以便能做更深入的研究。最后，本次實(shí)驗(yàn)選擇了年輕人和老年人作為比較樣本，后續(xù)可以將兒童納入到樣本中，以及將樣本人群按照性別等其他屬性劃分繼續(xù)研究。

結(jié)論

本文通過(guò)組間重復(fù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)年輕人和老年人使用家庭智能機(jī)器人可用性和造型感知的主觀差異進(jìn)行了量化研究，發(fā)現(xiàn)兩類人群的可用性和造型評(píng)價(jià)存在顯著差異，探究了產(chǎn)生差異的內(nèi)在原因，并歸納了具體差異的表現(xiàn)形式。研究認(rèn)為智能家庭機(jī)器人走進(jìn)日常家庭生活中后能讓每一位家庭成員都有機(jī)會(huì)感受智能科技帶來(lái)的便捷，設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)尊重用戶的差異性，充分滿足不同用戶的需求，更好提升他們的使用體驗(yàn)。