老年人家庭陪伴型機器人交互設計研究

陳欣然　高娃

中圖分類號：J524 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2021）08-0122-04

引言

隨著科學技術(shù)與經(jīng)濟的發(fā)展，社會保障體系更加健全，醫(yī)療水平不斷提升，生育率持續(xù)下降，人類平均壽命的延長，導致人口老齡化進程加速。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2000年至2025年我國的老齡人口呈飛速發(fā)展態(tài)勢，65歲及以上老齡人口占總?cè)丝跀?shù)量的比例將從了%左右上升至12%;2025年至2050年老齡人口將處于高速發(fā)展階段，人口占比預估高達20%。由此可見，中國正在步入“中度老齡化”社會。由于我國傳統(tǒng)的養(yǎng)老觀念，大多數(shù)老年人選擇居家養(yǎng)老，因此適老化居家用品的需求量提高，智能養(yǎng)老產(chǎn)品開始發(fā)展。老年人的身體機能、行為方式和心理需求隨著年齡的增加發(fā)生轉(zhuǎn)變，導致測量身體質(zhì)量指數(shù)、吃藥等需求逐漸頻繁，出遠門、提重物等行為變得吃力。家庭陪伴型機器人是以更好地幫助老年群體完成日常需求而設計的輔助型智能產(chǎn)品，它給予老年人安全感和歸屬感，并促進老年人的身心健康、提高幸福指數(shù)。本文從老年人的日常需求和心理特征出發(fā)，通過問卷調(diào)研和人物訪談等方法，并根據(jù)數(shù)據(jù)進行需求分析、構(gòu)建人物模型、情景劇本、需求定義和交互行為分析，提出老年人家庭陪伴型機器人的產(chǎn)品方案，為老年人健康養(yǎng)老提供新的可行性途徑。

一、設計調(diào)研

家庭陪伴型機器人是為老年用戶在日常生活中提供陪伴和幫助的輔助性智能產(chǎn)品。為使該產(chǎn)品更加合理化、更加符合老年人的日常需求，本次調(diào)研分別對老年群體和大學生群體進行人物訪談調(diào)查和網(wǎng)絡問卷調(diào)查，具體內(nèi)容如下。

（一）調(diào)研概述

1.人物訪談

此次訪談對象為3位年紀在75歲左右的老人，主要訪談問題包括：（1）是否接觸過智能產(chǎn)品，是什么。設置此問題的目的是掌握老人對智能產(chǎn)品的接受程度和熟悉程度，并了解他們使用的設備。（2）身體存在哪些問題。（3）是否會定期服藥。（4）是否會定期測量血壓、血脂、血糖等身體指標。這三個問題均是為了了解老人的身體情況，為家庭陪伴型機器人的功能設計提供參考，具體內(nèi)容見表l。

對于智能產(chǎn)品的問題，三位受訪的老人家中均有智能產(chǎn)品，其中有兩位日常會使用手機，另一位家中有智能音箱，他表示智能音箱主要用于收聽廣播。

對于身體方面的問題，兩位老人有腿腳不方便的情況，并表示有時會影響上下樓梯和出行。三位老人身體都存在一些不同的問題，因此均會每天服藥。由于三位老人的血壓、血脂、血糖等身體指標不同，因此有兩位會根據(jù)自己的身體需求去定期測量，另一位老人則表示身體比較健康，僅偶爾測量身體指標。

2.網(wǎng)絡問卷調(diào)查

由于大學生群體對家中老年人日常生活的反饋更加客觀，信息有效性更強，因此對本科在讀大學生群體進行網(wǎng)絡問卷調(diào)研。調(diào)研人數(shù)共41人，設置的問卷問題為大學生群體家中老人的行為情況和大學生群體對于家庭陪伴型機器人的交互方式、功能、外觀造型的傾向兩類，目的是了解居家養(yǎng)老的老年人的生活需求，以及確定家庭陪伴型機器人的設計方向。

（1）大學生群體家中老人的行為情況的相關(guān)問題。數(shù)據(jù)顯示，填寫者中有5人不了解老人的生活，因此該五份問卷視為無效。在有效的36份問卷中，與老人住一起的大學生有9人。據(jù)大學生群體所填寫的數(shù)據(jù)反映，大多數(shù)老人并未使用過智能音箱設備（占68.54%），他們對該類型的智能產(chǎn)品了解甚少;老人家中有按摩或血壓儀等儀器的居多（占53.33%），他們偶爾檢查血壓或身體情況（占63.89），偶爾進行理療、按摩或針灸治療（占44.44%），且多數(shù)老人需要定期服藥（占55.56%）;大多數(shù)老人都有腿腳不方便的情況（占63.89%），且有過重要物品（如鑰匙、存折等）忘記存放位置的經(jīng)歷（占44.44%）。

（2）大學生群體對于家庭陪伴型機器人的交互方式、功能、外觀造型的傾向的相關(guān)問題。對于該方向的回答，4l份問卷均有效。大學生群體認為機器人的交互方式為語音交流的人最多（占87.81%），且更多人認為該類型的機器人應該有情緒化表達（占60.98%）。在外觀造型方面，大多數(shù)人傾向于體型中等或偏小的機器人（占60.98%），喜歡簡潔舒適型的人最多（占73.17%）。更多的大學生認為，若該類型機器人可以無限充電和陪伴聊天（占60.98%），可以更好地服務老年用戶。

（二）調(diào)研數(shù)據(jù)分析

大學生眼中的老人生活情況和老人真實的生活情況存在差異，但從數(shù)據(jù)可以看出，多數(shù)大學生會關(guān)注家里老人生活情況。很多家庭里的老人可以自理生活，但由于年齡增加，身體不免會出現(xiàn)問題，他們家中會常備按摩儀器或血壓儀等儀器，在需要時進行身體指數(shù)的測量。定期服藥已經(jīng)成為老人生活的常態(tài)，接受藥物或針灸等治療可以改善他們的身體狀況。由于老年群體的記憶力大不如前，他們有時會忘記物品的存放地點或日常計劃事件。老年人的生活方式并沒有因智能設備越來越發(fā)達而改變，他們不善于接受新鮮事物，但是樂于嘗試。對于老年人家庭陪伴型機器人的調(diào)研數(shù)據(jù)，結(jié)果表明機器人與用戶的交互方式應為語音交流，可以有豐富的情緒變化;機器人的體形應為中小型，外觀簡潔舒適為宜;機器人功能需滿足老年群體的行為特征和情感需求。

二、用戶模型、情景劇本及需求定義

（一）構(gòu)建人物模型

人物模型是交互設計中目標導向設計方法中的概念，該人物并非真實的人，而是基于觀察、調(diào)研等結(jié)果得到目標用戶真實的行為與動機，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建綜合原型。通過網(wǎng)絡問卷調(diào)研和人物訪談提供的真實且直接的用戶數(shù)據(jù)，提取最具有典型性和確定性的行為模式，創(chuàng)建與家庭陪伴型機器人相關(guān)的人物模型。

該用戶模型主要從關(guān)鍵差異、用戶目標、痛點、智能產(chǎn)品使用情況、用戶行為和產(chǎn)品個人喜好6個方面進行構(gòu)建。1.該類型人物的關(guān)鍵差異主要體現(xiàn)在人體機能與家人對其的影響，人體機能下降，出現(xiàn)腿腳不便、記憶力下降的情況;身邊的子女工作忙，與他們的見面機會減少。2.明確用戶目標：用戶希望機器人具有陪伴型，有聊天、測量血壓、在伴隨外出時為蔬果等小型物品提供存放空間，減少日常負擔。3.根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)和人物模型的關(guān)鍵差異整理痛點，主要為市面上的智能產(chǎn)品無法解決老人孤獨感的問題。4.從調(diào)研結(jié)果中整理出該類人群家中有智能音箱、手機等智能產(chǎn)品。5.運用行為描述的方式提取用戶在日常生活中需求點，其中主要為：用戶使用智能音箱較頻繁;該人群由于年齡的增加導致身體機能衰退，血壓不穩(wěn)定，時常測量血壓;膝關(guān)節(jié)損傷，出門時需要輔助行走器械。6.通過調(diào)研的數(shù)據(jù)構(gòu)造了該人物模型的產(chǎn)品喜好：對于陪伴型機器人的外形，用戶更傾向簡單、有親切感的中型產(chǎn)品，交互方面喜歡語音交流、大屏幕顯示的方式，同時，用戶希望在使用過程中能夠感受到陪伴感，機器人可以有情感表達等功能。用戶模型圖見圖1。

（二）使用情景及需求定義

通過描寫用戶對機器人的使用情景，可以直觀地得到需求定義，并提取機器人的功能點。以下將根據(jù)人物模型中的角色信息，構(gòu)建王大媽使用陪伴型機器人的過程，并分析需求定義和機器人對應的功能。主要內(nèi)容如表2：

根據(jù)用戶在使用情景中的模擬行為，將機器人需求定義分為五個部分，并將五個需求對應至機器人的五個功能點：1.用戶對測量血壓、記錄血壓數(shù)據(jù)和儲存歷史血壓數(shù)據(jù)的需求對應機器人的測量身體指標并記錄數(shù)據(jù)功能點。2.用戶對希望被提醒事件的需求對應機器人的事件提醒功能點。3.用戶對語音喚醒或關(guān)閉機器人、機器人語音播報信息、通過其屏幕與家人視頻通話、機器人接收語音指令的需求對應機器人語音交互和視覺界面交互功能點。4.用戶對機器人充當拐杖的需求對應機器人陪伴外出功能點。5.家屬通過手機APP得到機器人記錄的老人的身體數(shù)據(jù)的需求對應機器人與手機APP互聯(lián)的功能點。

四、交互行為分析

（一）功能架構(gòu)

機器人的功能主要分為四個模塊，分別是語音交互模塊、陪伴外出模塊、測量身體指標模塊和APP互聯(lián)模塊。隨著年齡的增長，老年人在認知方面的能力發(fā)生變化，他們對信息的收取和判斷能力顯著下降，因此采用人與人交流的方式——即語言交流，可以讓老人更加快速、便捷的操作陪伴型機器人，減少在操作時的認知障礙。語音交互模塊可以讓老人通過語音指令實現(xiàn)語音控制、提醒事件、語音聊天的功能，例如，對機器人說“早安”后它會被喚醒進入工作狀態(tài)，對機器人說“提醒我澆花”后它會錄入事件并稍后提醒用戶，再如，用戶可以直接呼喚機器人向它詢問問題或聊天。由于老年人身體機能下降，尤其對于腿腳不便的老年人，外出時會使用輔助物品來減輕自己的出行負擔。陪伴外出模塊幫助用戶解決出行問題，其中，儲物柜需人臉識別才會開啟，保證了物品存放的安全性。測量身體指標的儀器逐漸成為老年人家中必不可少的設備，因此測量身體指標的模塊是陪伴型機器人的主要模塊。該模塊分為測量模式和儲存歷史數(shù)據(jù)，用戶根據(jù)自己的身體需求測量指標后，可以看到歷史數(shù)據(jù)形成的日報、周報等數(shù)據(jù)對比報告，可視化的數(shù)據(jù)對比可以讓用戶更加直觀地了解自己的身體情況。在APP互聯(lián)模塊中，用戶可以通過機器人與手機下載機器人APP的家人進行視頻通話，同時，家人可以通過手機APP查看老人的身體指標等數(shù)據(jù)信息，讓家人更加便捷地了解老人的健康狀況。功能樹菜單如圖2。

（二）交互流程——以機器人給用戶測量血壓為例

測量身體指標是該機器人的主要功能，因此交互流程以其中測量血壓的過程為例。機器人得到用戶測量血壓的語音指令后移動到用戶前，開啟血壓盒并在屏幕中顯示“開始”和“取消”，用戶將袖帶綁至上臂后即可點擊“開始”按鈕。機器人接收指令，立即向袖帶充氣進行血壓測量，測量完畢，機器人會語音播報血壓的測量數(shù)據(jù)，并在屏幕上直觀地顯示血壓值，同時該數(shù)值已保存至數(shù)據(jù)庫。用戶看完數(shù)據(jù)后可以選擇“繼續(xù)測量”或“結(jié)束”，如若繼續(xù)測量，機器人會重新向袖帶充氣，如若結(jié)束，用戶需將袖帶取下放至血壓盒內(nèi)，機器人檢測到袖帶已歸回原位后關(guān)閉血壓盒。圖3為機器人為用戶測量血壓的交互流程圖。

三、機器人造型設計

（一）曲線造型分析

相較于單一的直線，曲線在形態(tài)上更顯得優(yōu)美、柔和，給人以順滑、流暢的視覺感受。如今，產(chǎn)品設計中千變?nèi)f化的曲線無處不在，并起著舉足輕重的作用，它不僅增添了產(chǎn)品的裝飾性，而且承擔了產(chǎn)品功能的扮演者，使產(chǎn)品的美觀性與實用性并存。曲線沒有規(guī)定的形態(tài)，因而它的多變性使其有多樣化的情感表達。例如，弧線圓潤、線條充實的曲線造型往往會給人帶來輕松、愉快的體驗感，起到放松心情的效果;而螺旋狀的曲線動態(tài)感強，其夸張的形態(tài)會造成強烈的視覺沖擊。簡單、柔美、彎曲幅度較小的曲線造型符合老年人的心理特征，曲線在智能產(chǎn)品造型中的調(diào)和美可以減少機器的冰冷感和機械感，有效緩解了老年對現(xiàn)代科技產(chǎn)品的排斥心理，讓老年人在使用產(chǎn)品時心情更加放松、舒暢。同時，曲線也可以很好地輔助智能產(chǎn)品的功能設計，使老年人在使用過程中更加舒適。

（二）基于曲線造型的家庭陪伴型機器人的設計實踐

基于曲線造型，在機器人設計前期，對其進行草圖繪制。產(chǎn)品設計草圖可以有效地將模糊、抽象的設計思路轉(zhuǎn)為具象、清晰的圖形，運用手繪的方式高度概括產(chǎn)品的風格、造型、配色等，對產(chǎn)品的各方面進行不斷的推敲和完善，并記錄其優(yōu)化過程，為后期的產(chǎn)品建模奠定良好基礎(chǔ)。如圖4a是機器人的草圖方案，為一款曲線造型的雙足仿人的家庭陪伴型機器人，體型圓潤，風格簡約大方。根據(jù)前期的需求分析交互行為分析，機器人選用雙足仿人式。雙足仿人機器人可以適應多種地形，能夠跨越障礙，同時，其仿人的造型具有較強的親和力。配色方面選擇白色與黃色搭配：白色作為主色，并用明度較高的黃色進行點綴，不但讓機器人更具有吸引力，而且讓整體效果更加溫馨。為使機器人的外觀更加簡潔，對其局部造型做了進一步優(yōu)化。如圖4b，調(diào)整了機器人上半身的形狀，讓曲線更好地與其融合，使機器人更加靈活輕巧，以便更好地服務用戶;完善了機器人腿部和足部的造型，并增添了簡單的裝飾，讓機器人更加有記憶點?；趦?yōu)化后的設計草圖，借助三維建模軟件進行建模，并結(jié)合渲染工具對模型渲染，最終效果圖見圖4c。

由于老年群體身體機能逐漸下降，易引起骨質(zhì)疏松，導致出現(xiàn)身高變矮、駝背的現(xiàn)象，因此為適應更多老年用戶的身體高度，將機器人的尺寸設定較為長72cm、寬為32cm、高為110cm（見圖5）。機器人選用的材料為綠色環(huán)保的ABS塑料，其具有良好的耐熱性和韌性，沖擊強度高，容易上色。如圖6，機器人頭部為圓弧曲線，該輪廓可以給老人用戶柔和、親切的感覺。顯示屏位于機器人頭部正面，其主要功能是將信息可視化，為緩解老年用戶的眼部壓力，讓該群體更加清晰、直觀、便捷地看到屏幕中的信息，顯示屏中文字、數(shù)字等信息會放大;如圖了，用戶使用機器人時，顯示屏會出現(xiàn)調(diào)皮、開心、哭泣等情感化的面部表情，增加機器與用戶之間的情感互動。顯示屏上方為攝像監(jiān)控裝置，用于探測前方的障礙物、人臉識別及觀察老人活動狀況，如若機器人檢測到老人摔倒，則將立刻向家人、醫(yī)院發(fā)出求救信號。麥克風和收音器位于機器人頭部兩側(cè)，用于收音和語音播報。在用戶外出時，機器人的肩膀可以充當扶手，肩膀的曲線造型貼合人體手部結(jié)構(gòu)，更加符合人機工程學。機器人的下臂均設置有儲存箱，用于放置家用醫(yī)療器械及用品。其中左下臂的儲存箱為測量血壓的袖帶裝置空間（如圖8a），袖帶充氣管的管頭連接于儲存箱內(nèi)壁，用戶在測量血壓前需先將袖帶綁至上臂，而后點擊顯示屏中的“開始”按鈕完成檢測。測量完畢后應將袖帶放至原位，以便下次使用;右下臂的儲存箱用于存放家中常備醫(yī)療用品（如圖8b），如碘伏、棉簽、創(chuàng)可貼等;右下臂末端設置有酒精噴散裝置和測量血糖血脂裝置，均可自動伸縮（如圖8c）。酒精噴灑裝置用于對用戶在測量前的消毒，血糖血脂裝置在用戶測量前均會更換提取血液的管頭。身體指標測量完畢后，機器人的屏幕中顯示相應的測量結(jié)果（見圖9），同時對其數(shù)據(jù)進行語音播報。

結(jié)論

家庭陪伴型機器人是為老年群體的特定設計，它綜合考慮了老年人的生活需求和心理需求，讓老年人的生活中更加便捷、舒適，提高了該群體的生活質(zhì)量。老年群體的陪伴需求和情感交流需求是不容忽視的，家庭陪伴型機器人給予老年人更多的關(guān)懷，可以有效提高老年人的幸福感，從而降低該人群生理和心理方面的疾病。家庭陪伴型機器人也可以提醒廣大兒女重視家中老人的生活和健康，讓老年人的晚年生活更加美滿、快樂，讓家庭陪伴型機器人的價值最大化。