病房配送機(jī)器人多模態(tài)交互設(shè)計(jì)

摘要：用戶和產(chǎn)品的交互是通過視覺、聽覺、觸覺、情感等多種模態(tài)，充分模擬人與人之間的交流方式完成的。為研究病房配送機(jī)器人的多模態(tài)交互，本文首先分析市場現(xiàn)有的病房配送機(jī)器人，對其交互特點(diǎn)進(jìn)行闡釋;其次通過研究交互過程，構(gòu)建多模態(tài)交互模型，并根據(jù)病房配送機(jī)器人的多模態(tài)交互特點(diǎn)，分析模態(tài)認(rèn)知、模態(tài)競爭以及模態(tài)之間的關(guān)聯(lián)邏輯，然后對病房配送機(jī)器人的交互模態(tài)特點(diǎn)進(jìn)行探討，提出病房配送機(jī)器人各模態(tài)的設(shè)計(jì)策略;最后結(jié)合病房配送機(jī)器人的設(shè)計(jì)實(shí)踐對理論進(jìn)行驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：病房配送機(jī)器人;多模態(tài);交互設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP242.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）16-00-02

0 引言

如今，智能機(jī)器人已應(yīng)用于人類生活的各個方面，配送機(jī)器人在醫(yī)院的應(yīng)用也越來越頻繁，其交互設(shè)計(jì)逐漸受到人們的期待和關(guān)注。雖然語音、觸摸屏等技術(shù)的革新讓交互方式不再單一，但是多模態(tài)交互具有一定的復(fù)雜性，且目前相關(guān)研究多集中于單模態(tài)方法領(lǐng)域，如視覺、聲音等[1]，缺乏對各模態(tài)之間協(xié)同關(guān)系的研究。因此，目前的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于在人機(jī)交互過程中協(xié)同各模態(tài)之間的關(guān)系，要讓交互過程變得更加順暢有趣，從而發(fā)揮出產(chǎn)品的最大價值。

1 病房配送機(jī)器人

病房配送機(jī)器人產(chǎn)品是指具有自主行走、自主避障、自主語音提示等功能的，應(yīng)用于醫(yī)院的感染病房、住院病區(qū)等場景的機(jī)器人設(shè)備，它可以用于藥品、標(biāo)本、衣物、餐食等物品的智能配送。目前市面上的病房配送機(jī)器人按照其應(yīng)用分類可分為三類。第一，餐食配送類。它主要負(fù)責(zé)病區(qū)病人的餐飲食品配送。第二，醫(yī)療物資配送類。它主要負(fù)責(zé)病房、藥房與PIVAS（靜脈用藥集中調(diào)配中心）配送環(huán)節(jié)中藥品、輸液包等醫(yī)療物資的配送。第三，醫(yī)療標(biāo)本配送類。它主要負(fù)責(zé)病人血液、尿液等標(biāo)本的運(yùn)輸。

市場上病房配送機(jī)器人的交互方式有燈光、語音、觸控反饋、表情等，分別對應(yīng)模態(tài)中的視覺、聽覺、觸覺、情感。但在實(shí)際工作中，各模態(tài)之間獨(dú)立運(yùn)作，雖然產(chǎn)品有眼、有耳，但眼只做圖像處理，耳只做語音識別，運(yùn)行時并沒有進(jìn)行交叉計(jì)算。

2 病房配送機(jī)器人多模態(tài)交互

2.1 多模態(tài)交互

模態(tài)指的是感知信息的一種感覺，所謂多模態(tài)人機(jī)交互是基于智能接口技術(shù)，通過人的多個感知通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行并行的、非精確的交互。張超[2]等人研究了汽車導(dǎo)航多通道交互的設(shè)計(jì)方法并提出了設(shè)計(jì)策略。林霜[3]等人從多模態(tài)感官用戶體驗(yàn)的角度，提取聽覺和視覺兩種模態(tài)并在真空吸塵器設(shè)計(jì)中進(jìn)行研究。朱自瑛[4]以仿生學(xué)概念為基礎(chǔ)，對多模態(tài)交互設(shè)計(jì)的研究方法進(jìn)行了探索。通過相關(guān)研究可以得知，采用多模態(tài)交互不僅能巧妙地利用各種模態(tài)的特性，完成其在功能上的劃分和互補(bǔ)，而且可以提高交互效率與靈活性。

以用戶的視角來看，多模態(tài)交互意味著用戶可以綜合使用不同的動作和感覺器官使病房配送機(jī)器人完成特定任務(wù)。病房配送機(jī)器人多模態(tài)交互模型如圖1所示，由于多模態(tài)交互關(guān)系到人的注意力分配與操作認(rèn)知，因此模態(tài)認(rèn)知分析、模態(tài)競爭以及模態(tài)之間的關(guān)聯(lián)邏輯顯得十分重要。

2.2 模態(tài)認(rèn)知分析與競爭

配送機(jī)器人交互行為具有多模態(tài)的特點(diǎn)，信息輸出時各模態(tài)會對用戶的注意力和操作認(rèn)知產(chǎn)生一定影響。信息輸出時的反饋方式有顏色、燈光、震動、聲音、表情等，對應(yīng)視覺、觸覺、聽覺、情感這幾個模態(tài)，其中顏色和燈光的反饋方式最能吸引用戶的注意力，聲音的反饋方式最能讓用戶理解，而震動和表情的效果則較為一般，甚至在某種交互情景下還會讓用戶產(chǎn)生認(rèn)知困難。

病房配送機(jī)器人在完成特定任務(wù)時，用戶對不同模態(tài)反饋的認(rèn)知度和注意力是不同的，用戶需要不斷地分配動作與感官以獲取信息，這將不可避免地產(chǎn)生感官與動作上的競爭，同時也會降低與病房配送機(jī)器人的交互效率。因此，避免交互過程中感官與動作競爭是提高交互效率和靈活性的關(guān)鍵，在對病房配送機(jī)器人進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時，需要根據(jù)任務(wù)的實(shí)際情況選擇競爭較小或沒有競爭的幾種模態(tài)。

2.3 模態(tài)之間的關(guān)聯(lián)邏輯

多模態(tài)不是多種模態(tài)的集合，而是對它們進(jìn)行整合。換言之就是，將語音、手勢等通過特定的算法與其他模態(tài)進(jìn)行整合，從而獲得更高層次的語義特征，實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用。模態(tài)之間存在一定的關(guān)聯(lián)邏輯，在特定任務(wù)下，我們需要選擇貢獻(xiàn)度較高的因素進(jìn)行模態(tài)關(guān)聯(lián)。以病房配送機(jī)器人的取貨任務(wù)交互為例，根據(jù)取貨任務(wù)行為進(jìn)行分級。在開始取貨階段，注視情況下出現(xiàn)燈光提示;尋找貨物階段，言語注視情況下增加語音提示，如“貨物在第二層”“請取走2號柜的貨物”等;拿取貨物階段，拿取貨物確認(rèn)信息的情況下燈光、語音、震動提示都被觸發(fā)。每個階段，各模態(tài)的反饋頻率及強(qiáng)度都會發(fā)生相應(yīng)的改變，因此在設(shè)計(jì)時需要根據(jù)任務(wù)場景確定每種模態(tài)的持續(xù)時間、能量強(qiáng)度等相關(guān)要素。

3 病房配送機(jī)器人各模態(tài)設(shè)計(jì)策略

3.1 視覺模態(tài)設(shè)計(jì)

在病房配送機(jī)器人的交互中，用戶操作認(rèn)知的建立取決于視覺信息的傳達(dá)，用戶期望與產(chǎn)品交互時，產(chǎn)品提供一定的視覺信息，但是過度的信息會對用戶造成視線干擾，導(dǎo)致用戶出現(xiàn)錯誤的操作。因此，在交互設(shè)計(jì)時應(yīng)該合理考慮病房配送機(jī)器人視覺模態(tài)上的信息分配與傳達(dá)，設(shè)計(jì)策略如下：病房配送機(jī)器人在視覺模態(tài)上要避免復(fù)雜、煩瑣的信息內(nèi)容，只需在用戶的注意被吸引時顯示必要的信息內(nèi)容即可;視覺信息應(yīng)該在短時間內(nèi)被用戶準(zhǔn)確地識別和理解。

3.2 聽覺模態(tài)設(shè)計(jì)

在人機(jī)交互中，用戶往往更加傾向于聽覺模態(tài)上的語音交互，因?yàn)檎Z音交互不僅與操作任務(wù)的沖突少，還可以更有效地幫助用戶完成操作任務(wù)。但語音交互也存在一定的局限性：語音交互容易受到外界環(huán)境因素的干擾，如周圍嘈雜的環(huán)境、接聽電話聲等;在執(zhí)行復(fù)雜的交互任務(wù)時，用戶組織命令語言會變得十分困難;在任務(wù)情景中，語音模塊對情景對話的支持較少。其設(shè)計(jì)策略如下：病房配送機(jī)器人的語音設(shè)計(jì)應(yīng)該基于自然語言構(gòu)建;為降低用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，病房配送機(jī)器人的語言應(yīng)該簡短易懂;噪聲環(huán)境下的語音提示應(yīng)該具有抗干擾性并且容易識別，從而避免用戶聽錯相關(guān)提示;語音模塊應(yīng)加入多種專屬情境對話內(nèi)容，以便為用戶提供更易用、更有趣的體驗(yàn)。

3.3 觸覺模態(tài)設(shè)計(jì)

按鍵與觸屏是病房配送機(jī)器人在觸覺模態(tài)交互上的體現(xiàn)。按鍵與觸屏的操作是手眼協(xié)同的，在實(shí)際交互操作中，雖然很多用戶認(rèn)為觸屏和按鍵的操作提升了任務(wù)的復(fù)雜性，但觸屏交互是用戶與病房配送機(jī)器人最直觀的交互方式，且按鍵能給用戶帶來最真實(shí)的觸覺反饋。其設(shè)計(jì)策略如下：病房配送機(jī)器人在觸覺模態(tài)上的設(shè)計(jì)需結(jié)合情境任務(wù)而定，在進(jìn)行特殊任務(wù)交互時，無論是進(jìn)行觸控還是物理按鍵操作，都應(yīng)有相應(yīng)的震動反饋，但同時也要避免不同模態(tài)之間的競爭;按鍵位置應(yīng)符合人體工學(xué)，操作手勢的設(shè)計(jì)不宜復(fù)雜。

3.4 情感模態(tài)設(shè)計(jì)

病房配送機(jī)器人的情感是人工技術(shù)賦予機(jī)器人以人類式的情感得以實(shí)現(xiàn)的，情感設(shè)計(jì)也是服務(wù)類機(jī)器人交互設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。現(xiàn)有服務(wù)類機(jī)器人產(chǎn)品大多以兩種方式傳遞情感：一是通過造型，二是以語音、顯示屏顯示表情這種直觀的方式。但是在一定情境下，執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人表達(dá)情感所用的媒介容易引起沖突，如在顯示屏顯示表情時會影響觸屏、手勢等操作，有時傳遞的情感也不易被理解。因此，病房配送機(jī)器人在情感模態(tài)上的設(shè)計(jì)必須基于使用情境進(jìn)行深入的考量;向用戶傳遞情感的形式應(yīng)該避免與其模態(tài)產(chǎn)生沖突，并且要容易被用戶理解，讓用戶在使用的過程中感受到溫暖。

此外，嗅覺雖然在病房配送機(jī)器人交互中還沒有實(shí)際的運(yùn)用，但是病房配送機(jī)器人的用戶人群較為特殊，因此嗅覺模態(tài)在交互設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也十分重要。在設(shè)計(jì)時，可根據(jù)不同的配送場景，加入氣味發(fā)散裝置，讓機(jī)器人散發(fā)出符合情景的氣味，以增強(qiáng)用戶的嗅覺體驗(yàn)，這也是接下來配送機(jī)器人多模態(tài)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之一。

4 設(shè)計(jì)實(shí)踐

首先，在明確產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)后分析病房配送機(jī)器人的用戶需求以及功能需求。其次，在完成病房配送機(jī)器人的用戶分析和任務(wù)分析后，搭建信息構(gòu)架，進(jìn)行各個模態(tài)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)各個模態(tài)設(shè)計(jì)策略設(shè)計(jì)各模態(tài)間的交互，同時根據(jù)功能需求進(jìn)行造型與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最后，整合并完善各個模態(tài)之間的交互設(shè)計(jì)，同時結(jié)合產(chǎn)品造型結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，從而完成整個設(shè)計(jì)。以蘇州赫格智能科技有限公司的項(xiàng)目為例，通過以上流程進(jìn)行病房配送機(jī)器人的設(shè)計(jì)，最終效果如圖2所示。

5 結(jié)語

本文以多模態(tài)研究為出發(fā)點(diǎn)，分析了模態(tài)認(rèn)知、模態(tài)競爭以及模態(tài)之間的關(guān)聯(lián)邏輯，對病房配送機(jī)器人的交互設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索并提出了設(shè)計(jì)策略，最終以蘇州赫格智能科技有限公司的項(xiàng)目為例進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)踐驗(yàn)證。結(jié)果表明，合理分配多模態(tài)信息和操作，不僅能夠清晰化、安全化病房配送機(jī)器人的用戶操作任務(wù)，也能讓整個交互過程更加自然高效。未來的多模態(tài)交互設(shè)計(jì)只有在設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)上進(jìn)行跨平臺、多領(lǐng)域、多學(xué)科協(xié)作，才能有效推動該領(lǐng)域的深入發(fā)展。

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[4] 朱自瑛.基于耦合仿生的多模態(tài)交互設(shè)計(jì)方法研究[J].包裝工程，2020，41（12）：99-105.

作者簡介：薛子安（1997—），男，江蘇常州人，碩士在讀，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。