張倚歌 張建敏

關(guān)鍵詞：情感化設(shè)計(jì) 兒童陪伴機(jī)器人 感性工學(xué) 聚類分析 多元回歸分析法

引言

根據(jù)我國第七次人口普查的數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，0—14歲人口為2.5億，占總?cè)丝诘?7.95%，其中3—6歲學(xué)齡前兒童超過1.8億[1]。隨著我國在2021年三胎政策的開放，新生兒的出生呈現(xiàn)上漲的趨勢，學(xué)齡前兒童的數(shù)量也隨之急劇增加。由于受到社會(huì)環(huán)境的影響，大部分家庭都是雙職工家庭，父母都要外出工作，因朝九晚五、“996”“007”式等工作模式，父母都會(huì)選擇把孩子托付給長輩、保姆或者托管班等進(jìn)行照看。尤其經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，學(xué)齡前兒童數(shù)量較多，兒童看護(hù)的市場需求較大，托管班的數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求[2]。

當(dāng)前社會(huì)屬于智能化的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，兒童的學(xué)習(xí)、娛樂方式從玩具、書本延伸到了手機(jī)、IPAD、電腦等，科技的發(fā)展豐富了兒童獲取知識(shí)的途徑，年輕一代的父母也會(huì)選擇新奇的教育方式；因此，兒童陪伴機(jī)器人的出現(xiàn)是必然的，作為兒童與父母之間溝通的橋梁，用智能與技術(shù)連接父母與兒童情感的道路。

一、研究綜述

情感是人對外界事物作用于自身時(shí)的一種生理反應(yīng)，主要由需要和期望決定[3]。當(dāng)這種潛在欲望獲得滿足時(shí)，會(huì)出現(xiàn)愉悅、欣喜的心理情感，相反，會(huì)產(chǎn)生痛苦和厭倦。情感化設(shè)計(jì)三層次理論是唐納德·A·諾曼在著作《情感化設(shè)計(jì)》中提出的，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)分為了三個(gè)層次，分別對應(yīng)用戶情感需求的三個(gè)階段，這三個(gè)層次分別為本能層、行為層與反思層[4]。本能層指產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)，由人的感官起直接的作用，人們會(huì)在一開始就判斷出自己對這個(gè)產(chǎn)品的喜愛、無感、或者厭惡；行為層是無意識(shí)的，與產(chǎn)品的功能息息相關(guān)，功能要易懂，產(chǎn)品要具有易用性才能在本能層之上延續(xù)；反思層則更注重一個(gè)產(chǎn)品背后傳達(dá)的意義和情感，在使用產(chǎn)品后能否獲得愉悅的體驗(yàn)，使用戶在情感上與產(chǎn)品達(dá)到共鳴。感性工學(xué)中通過感性意象挖掘使用者對產(chǎn)品的關(guān)注點(diǎn)、印象是產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中常使用的一種提取設(shè)計(jì)要素的方法，產(chǎn)品所呈現(xiàn)的特征、情感能使人們對產(chǎn)品形成特有的印象和想法。

錢皓等[5]基于用戶需求，找出5個(gè)與兒童遙控車性能相關(guān)的語意，篩選出5個(gè)與之匹配的動(dòng)物，建立李克特量表通過問卷調(diào)查選出最優(yōu)意象仿生對象對兒童遙控車進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)；李曉杰等[6]運(yùn)用INPD結(jié)合感性工學(xué)為老年人輔助陪護(hù)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過SET因素角度分析產(chǎn)品來明確目標(biāo)用戶的需求，從市場上選取符合老年人需求的感性意象詞匯樣本，結(jié)合形態(tài)分析法為老年人多功能陪護(hù)產(chǎn)品進(jìn)行再設(shè)計(jì)；陳豪強(qiáng)等[7]基于感性意象理論，搜集大量感性詞匯，采用語義差異法得到被測者對住艙設(shè)計(jì)方案的感性評價(jià)，依此建立住艙內(nèi)裝關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素模型，為艙室設(shè)計(jì)提供參考。

上述的諸多研究者，通過構(gòu)建感性意象空間篩選最佳方案指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在很大程度上將用戶的情感需求量化在了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，本文由剖析市場上的兒童陪伴機(jī)器人現(xiàn)狀，并總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)后，再經(jīng)過研究篩選情感詞匯并構(gòu)建情感意象空間，用語義差異法對用戶偏好進(jìn)行定量分析，提取造型設(shè)計(jì)要素，結(jié)合情感化設(shè)計(jì)三層次理論對兒童陪伴機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為兒童陪伴機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)提供新的思路。

二、兒童陪伴機(jī)器人產(chǎn)品現(xiàn)狀分析

當(dāng)前社會(huì)學(xué)齡前兒童的父母多為80、90后，這些年輕的父母對生活質(zhì)量期望更高，且更注重孩子的成長與教育[8]。在時(shí)間和金錢都有限的情況下，這一群體更愿意嘗試新型的教育方式，早教機(jī)器人、兒童陪伴機(jī)器人則更加契合年輕父母的工作與生活方式。但市場上現(xiàn)有的兒童陪伴機(jī)器人在外觀、功能上都比較相似且單一，對于驚喜型的創(chuàng)新點(diǎn)研究較少[9]。筆者通過電商、線下商店、網(wǎng)站等搜集了30個(gè)經(jīng)典兒童陪伴機(jī)器人產(chǎn)品，去掉功能重合、造型過于相似的產(chǎn)品后，從中挑選了三個(gè)具有代表性的不同造型、功能的陪伴機(jī)器人進(jìn)行分析。

陪伴機(jī)器人是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代快速發(fā)展的一個(gè)新興家庭機(jī)器人產(chǎn)品，最早可以追溯到1999年，日本索尼公司推出狗狗形機(jī)器人AIBO，意為人工智能機(jī)器人，如圖1所示，AIBO的誕生標(biāo)志著機(jī)器寵物的面世，也意味著結(jié)合人工智能的娛樂型機(jī)器人正式步入家庭的日常生活。金屬質(zhì)感的噴漆和裸露的關(guān)節(jié)為AIBO增添了科幻感，當(dāng)用戶對AIBO進(jìn)行撫摸時(shí)，AIBO會(huì)通過搖尾巴等行為進(jìn)行反饋，以此增加用戶與AIBO的情感聯(lián)系，有不少家庭在購入AIBO后，把它當(dāng)作真正的家人對待。

智伴機(jī)器人是智伴科技于2016年推出并延續(xù)升級至今的點(diǎn)觸式教育機(jī)器人，如圖2所示，主要功能為人工智能互動(dòng)、輔導(dǎo)孩子課后學(xué)習(xí)、提供在線教學(xué)資源等。該款陪伴機(jī)器人造型圓潤可愛，以白色和藍(lán)色為主色調(diào)，通過觸摸可以進(jìn)行語音互動(dòng)，該款機(jī)器人以實(shí)現(xiàn)功能為主，相比其他機(jī)器人少了科技感，靠外形與功能的多樣化來吸引兒童，但國內(nèi)市場上的同類型陪伴機(jī)器人不管是外觀還是功能都同質(zhì)化嚴(yán)重。

優(yōu)必選AlphaEot機(jī)器人是深圳優(yōu)必選公司研發(fā)的教育類人形機(jī)器人，和傳統(tǒng)機(jī)器人的外觀造型一樣，采用黑白灰經(jīng)典配色，整體由頭部、軀干和四肢共同組成，具有簡潔、帥氣的科技感，可以實(shí)現(xiàn)教育、娛樂、少兒編程等功能，這些功能由語音和終端軟件控制，盡管AlphaEbot定位為陪伴機(jī)器人，但缺乏對兒童主體的情感表達(dá)，傳統(tǒng)機(jī)器人的造型雖然在外觀上增加了酷炫感，但對于作為用戶的學(xué)齡前兒童來說，是否能滿足兒童的感性需求還有待考察。

綜上所述，市場上的陪伴型機(jī)器人功能大多以作業(yè)輔導(dǎo)、在線學(xué)習(xí)、娛樂以及即時(shí)通訊為主，除了傳統(tǒng)服務(wù)型機(jī)器人的類人形造型外，兒童陪伴機(jī)器人的外觀設(shè)計(jì)同質(zhì)化嚴(yán)重，且對于不同年齡階段兒童的針對性較弱，導(dǎo)致了很多功能的浪費(fèi)；也會(huì)造成家長作為消費(fèi)主體對產(chǎn)品感到滿意，而作為使用主體的兒童，卻無法獲得良好使用感的情況，缺乏對于兒童的情感表達(dá)與感性需求。

三、兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計(jì)分析

（一）學(xué)齡前兒童心理與認(rèn)知分析

3—6歲階段的學(xué)齡前兒童已具備了基本的表象思維能力和一定的創(chuàng)造力，且想象力豐富[10]。該階段的孩子對任何事情都產(chǎn)生了興趣和探求欲，但由于大腦發(fā)育正處于起步階段，因此注意力不持久，需要靠反復(fù)提醒、引導(dǎo)與加強(qiáng)記憶來提升邏輯思維能力。同時(shí)，這一時(shí)期的兒童活潑好動(dòng)且熱衷于模仿身邊人的行為，而現(xiàn)階段行動(dòng)力的提升與他們的思考能力并不匹配，所以往往會(huì)做出危險(xiǎn)舉動(dòng)而不自知。因此正確的家庭教育方式對學(xué)齡前兒童的成長與發(fā)展有很大的影響。

在視覺方面，該階段兒童更偏愛色彩鮮明、飽和度高的顏色；在聽覺方面，悅耳的聲音更能帶來愉悅感，兒童更容易對悅耳、溫柔的聲音產(chǎn)生正向反饋[11]；在觸覺方面，相比冰冷的金屬外殼，兒童對于柔軟的觸感更容易感到安心與熟悉。

（二）需求分析

根據(jù)上述對學(xué)齡前兒童特征與陪伴機(jī)器人現(xiàn)狀的分析，可結(jié)合情感化設(shè)計(jì)三層次理論得出下表。

（三）感性意象詞匯的選取

通過查閱大量兒童書籍、繪本、雜志、文獻(xiàn)與線上電商評價(jià)等共收集到符合本次研究的感性詞匯共200個(gè)，通過刪掉語意相近的詞匯并結(jié)合兒童需求后共整理出105個(gè)詞匯作為第一步篩選的感性意象語意。邀請三十位設(shè)計(jì)人員在觀察所給的標(biāo)志性樣本后，勾選最適合兒童陪伴機(jī)器人的形容詞，將形容詞被勾選的頻次進(jìn)行計(jì)算，選取勾選頻次高達(dá)1/3（10次）的形容詞共28個(gè)。

請受測者在仔細(xì)看過形容詞后，應(yīng)用人工分類法把受測者認(rèn)為有相同或相似含義的形容詞放入同一組群，各族群的詞匯數(shù)量可以各不相同，人工分為4—6個(gè)群。

本次問卷調(diào)查共回收33份，其中失效問卷3份，隨后對另外30份有效問卷進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)。將上表中的28個(gè)意象詞組成一個(gè)行、列項(xiàng)目相同的矩陣。對每兩個(gè)感性詞匯被歸為同一組的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸入到該矩陣中，得到28x28的感性意象詞匯相似性矩陣，進(jìn)行降維處理。

在將矩陣放入SPSS中進(jìn)行聚類分析之前，先用多維尺度分析法來確定本次意象詞匯的擬合度，若擬合度為優(yōu)，方可進(jìn)行聚類分析[12]；其中，壓力系數(shù)表示觀察的距離與模型（即實(shí)際的距離）之間的擬合度[11]，擬合度越接近0.01代表結(jié)果越趨近于優(yōu)。

將上述結(jié)果數(shù)據(jù)輸入SPSS軟件中，用多元尺度分析法進(jìn)行分析，得出Stress=0.03422，說明擬合度接近于優(yōu)，因此本次感性詞匯的分析可用聚類分析。

進(jìn)一步將上文數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析得出聚類表如表3所示，表中數(shù)據(jù)為感性意象詞匯在分析過程中聚類的過程，系數(shù)代表兩個(gè)意象詞匯之間的距離。在聚類過程中，需先將距離相距最小、親密程度最高的兩個(gè)感性詞整合為一類，以此為基準(zhǔn)將28個(gè)感性詞匯中距離最近的詞匯歸類到同一組中。

下圖是意象語意詞匯進(jìn)行聚合的樹狀圖，詞匯聚類的實(shí)際距離根據(jù)詞匯相關(guān)性調(diào)整為0-25。從對使用人群學(xué)齡前兒童及其家長的調(diào)研中可以看到，該用戶群體對兒童陪伴機(jī)器人的感性需求很簡單，他們更注重這類產(chǎn)品的外觀、功能等方面。因此筆者在圖中距離10-15間虛線處將28個(gè)意象詞匯分為4群。

如下表所示，通過分析上表詞匯的分組情況，將4群中的代表詞匯選定為：“圓潤的”“冰冷的”“實(shí)用的”“簡潔的”這四個(gè)詞匯。

從中挑選具有代表性的詞匯構(gòu)成4組形容詞對：圓潤的—幾何的；冰冷的—溫暖的；實(shí)用的—時(shí)尚的；簡潔的—復(fù)雜的。

（四）樣本選定

由于市場上的兒童陪伴機(jī)器人外觀造型同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，為避免兒童在對樣本進(jìn)行觀察時(shí)因過于相似的外形導(dǎo)致意象打分模糊，因此樣本沒有在兒童陪伴機(jī)器人產(chǎn)品中進(jìn)行選擇；筆者從動(dòng)畫、電影等中選擇了與兒童相關(guān)的9個(gè)意象樣本如下表。

為了明確上述意象的形態(tài)語義基因?qū)τ脩粽Z意感受的具體影響，將各樣本的外觀造型按輪廓、色彩、尺寸、材質(zhì)、類型五個(gè)方面進(jìn)行形態(tài)語義風(fēng)格的提取，并將各設(shè)計(jì)要素進(jìn)行編碼制成如表所示關(guān)系矩陣，其中，尺寸大于60cm為偏大，30—60cm為中等，小于30cm為偏小。

（五）建立意象與造型元素相關(guān)性

根據(jù)前文構(gòu)成的4組詞匯建立語意差異5階量表如下表所示。

鑒于兒童群體的特殊性，在貴陽市向3—6周歲的孩子及其父母派發(fā)線上量表答卷共80份，由父母指導(dǎo)孩子對樣本進(jìn)行評價(jià)打分，回收答卷72份，其中有效答卷69份。將問卷數(shù)據(jù)輸入spss計(jì)算各樣本感性意象平均值如下。

根據(jù)造型設(shè)計(jì)要素的基本構(gòu)成元素，對兒童陪伴機(jī)器人的輪廓，色彩，尺寸，材質(zhì)，類型方面細(xì)化15個(gè)特征元素，隨后對各個(gè)造型特征元素展開多元線性回歸分析。根據(jù)數(shù)量化I類理論的原理[13]，對代表性樣本的外觀設(shè)計(jì)元素進(jìn)行編碼并量化，得到只包含“0”和“1”的矩陣，如下表所示。

根據(jù)上文樣本將語意詞匯得分與樣本所提取的形態(tài)語義基因編碼矩陣輸入SPSS軟件，進(jìn)行多元線性回歸分析。其中每項(xiàng)語意詞匯作為回歸方程的因變量，樣本造型元素編碼作為自變量，得到包括造型元素類目在語意詞匯上的得分。樣本造型類目與語意評分的擬合優(yōu)度如下表所示，R2的取值范圍在[0-1]之間?？紤]到本次研究代表性樣本的規(guī)模偏小，故R2值≤0.4時(shí)，可靠性較弱；R2值為04.—0.6時(shí)，可靠性中等，0.6以上則可靠性強(qiáng)。

由上表可得，用戶模糊的感性意象量化為了清晰的數(shù)據(jù)，其中，圓滑的機(jī)身輪廓、中性色色彩、30—60cm的中等尺寸、光滑的材質(zhì)、動(dòng)物型會(huì)給用戶帶來圓潤的、溫暖的、簡潔的和時(shí)尚的感性意象。

而硬朗的機(jī)身輪廓，中性色或冷色，整體偏小的尺寸等會(huì)給用戶帶來冰冷的感覺。因此在對兒童陪伴機(jī)器人進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注重使用群體的感性需求，將上文得到的數(shù)據(jù)量化為具體的設(shè)計(jì)要素，結(jié)合意象語意對造型的輪廓、尺寸、材質(zhì)等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

四、兒童陪伴機(jī)器人造型設(shè)計(jì)與實(shí)踐

根據(jù)前文情感化設(shè)計(jì)理論和兒童陪伴機(jī)器人形態(tài)語義風(fēng)格分析，設(shè)計(jì)一款針對3—7歲學(xué)齡前兒童的陪伴機(jī)器人。用三維建模軟件將兒童陪伴機(jī)器人設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模與渲染，最終效果圖如圖5、6所示。

將設(shè)計(jì)方案與前文感性語意詞匯制成下述5階里克特量表，向貴陽市學(xué)齡前兒童及家長發(fā)放問卷共133份，讓受測者對該方案進(jìn)行評分，回收有效問卷119份；由下表可知，結(jié)合前文調(diào)研所得結(jié)果，問卷感性意象詞匯的意象均值絕對值均為較高分?jǐn)?shù)，故該款兒童陪伴機(jī)器人的造型設(shè)計(jì)方案滿足圓潤的、溫暖的、時(shí)尚的與簡潔的感性意象；機(jī)器人可愛的動(dòng)物外形符合學(xué)齡前兒童的審美，教學(xué)、陪伴、守護(hù)等實(shí)用功能實(shí)現(xiàn)了搭建父母與孩子間交流、溝通的橋梁，滿足了父母與兒童對陪伴型機(jī)器人的期望與潛在感性需求，因此該方案可行。

該款兒童陪伴機(jī)器人的外觀符合圓潤、溫暖、簡潔和時(shí)尚的特點(diǎn)。在外觀上，采用中性色的組合搭配，以大面積白色為主色調(diào)，按鍵部分和顯示屏金屬外框采用灰色，白色、灰色與黑色的顯示屏中和了外形的可愛與活潑，使機(jī)器人在外觀上更具有科技感，符合用戶的感性需求。機(jī)器人的材質(zhì)選用ABS塑料，比金屬材料更輕便，耐腐蝕性強(qiáng)，不易磨損；機(jī)身輪廓由圓滑的曲線體現(xiàn)，突出一體式線條的簡潔感和流暢感，類似小浣熊的外觀設(shè)計(jì)讓機(jī)器人整體看起來圓潤、可愛，卡通造型也更受小朋友喜愛，符合兒童感性需求，讓兒童感到安心、親近；該款兒童陪伴機(jī)器人為固定式，機(jī)身長350mm，寬480mm，小巧的小熊外形使機(jī)器人更輕巧，不會(huì)因?yàn)椴馁|(zhì)、重量對兒童造成傷害，使用的場景也更多，可以放在書桌上、茶幾上和床上，讓機(jī)器人可以像寵物一樣陪伴兒童玩耍、學(xué)習(xí)，更有利于拉近與兒童的距離，建立親密的關(guān)系。

機(jī)器人有開心、生氣、難過三種表情，根據(jù)與用戶的交互過程切換表情，如孩子今天在家完成了家庭作業(yè)，機(jī)器人會(huì)露出開心的表情陪孩子玩耍，如果孩子不小心打到或踢到機(jī)器人，會(huì)露出難過的表情；如果孩子玩游戲的時(shí)長超過家長規(guī)定的時(shí)間或持續(xù)玩游戲超過一小時(shí)，機(jī)器人會(huì)露出生氣的表情并立刻關(guān)掉游戲進(jìn)入待機(jī)模式，等候家長重新開啟，如圖7。

聽筒位于機(jī)器人兩只耳朵處，兒童通過語音按鈕可以和機(jī)器人進(jìn)行簡單、日常的對話與互動(dòng)，顯示屏不僅可以表現(xiàn)當(dāng)前機(jī)器人的情緒、兒童進(jìn)行互動(dòng)，還可以通過bluetooth連接手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品，將顯示屏作為投影儀、與父母、朋友等視頻通訊、線上課程學(xué)習(xí)、益智游戲等使用。在藍(lán)牙連接成功后，按下音樂按鈕可以選擇歌單進(jìn)行播放，作為智能音響使用；也可以點(diǎn)擊語音按鈕與機(jī)器人對話，可以對機(jī)器人進(jìn)行語音控制；點(diǎn)擊投影按鈕可以使顯示屏中播放的內(nèi)容投影到大屏幕進(jìn)行觀看，實(shí)現(xiàn)家庭影院功能；將機(jī)器人與家長手機(jī)進(jìn)行綁定后，點(diǎn)擊視頻按鈕可以一鍵與父母進(jìn)行視頻通訊，便于與家長及時(shí)聯(lián)系。該款產(chǎn)品與市場上其他兒童陪伴機(jī)器人相比，增加了監(jiān)督與守護(hù)功能，家長外出不在家時(shí)，可以給機(jī)器人設(shè)定一小時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)間或二十分鐘益智游戲時(shí)間，通過手機(jī)藍(lán)牙連接可以觀看兒童的學(xué)習(xí)情況和進(jìn)度，也可以查看兒童在家的安全情況；需要和兒童聯(lián)系時(shí)，點(diǎn)擊視頻通話即可以和兒童進(jìn)行通訊。如果家長發(fā)現(xiàn)兒童處于緊急情況，在無法聯(lián)系其他人的情況下，可以在手機(jī)上一鍵報(bào)警，保護(hù)兒童安全，降低獨(dú)自在家的風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)論

通過運(yùn)用情感化設(shè)計(jì)三層次理論與感性工學(xué)的定量分析法研究用戶的情感偏好與感性需求，將模糊的感性語意利用數(shù)據(jù)模型進(jìn)行量化分析，提取產(chǎn)品的造型元素特征；通過分析感性語意和樣本造型元素的相關(guān)性，提取造型風(fēng)格語義和形態(tài)設(shè)計(jì)要素，構(gòu)建基于用戶感性需求與情感偏好的意象映射模型，得到產(chǎn)品造型元素設(shè)計(jì)方案；經(jīng)過驗(yàn)證，代表該方案具有可行性，為兒童陪伴機(jī)器人的外觀創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了思路與方法。但在實(shí)驗(yàn)過程中，由于兒童的不可控性，由家長引導(dǎo)完成問卷的可靠性有待考察，因此在后續(xù)研究中，將使用更為客觀的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。