基于自閉癥兒童情感特征的陪護機器人設計研究

趙芳華，楊　熙，張維維，李　昊

（河北工業大學 建筑與藝術設計學院，天津 300401）

基于自閉癥兒童情感特征的陪護機器人設計研究

趙芳華，楊熙，張維維，李昊

（河北工業大學 建筑與藝術設計學院，天津 300401）

自閉癥兒童缺乏與人相處、主動學習的能力，針對該人群的產品設計就越重要。陪護機器人通過智能設計為自閉癥兒童提供了較好的交流手段。文章分析了現有自閉癥兒童陪護機器人的基本特點，研究了自閉癥兒童的情感特征和需求，從色彩、造型、交互方式等方面設計了一款陪護型機器人，以改善用戶體驗，并為自閉癥兒童的相關產品的設計提供新的思路和參考。

自閉癥兒童；陪護機器人；情感特征；產品設計

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一、前言

近年來，國內外研究者對于自閉癥陪護機器人進行了不同方面的研究探析，機器人技術的開發與應用為自閉癥兒童社交技能的訓練提供了新的研究方向，陪護機器人對于促進自閉癥兒童的恢復治療變得越來越重要。全球現有孤獨癥患者3500萬，其中40%是兒童，中國孤獨癥患兒數達100多萬，且呈逐年上升趨勢。隨著該群體的數量逐年增加，他們的特殊要求也逐漸凸顯出來，對自閉癥兒童陪護產品的相關設計也提出了更高的要求。陪護機器人在設計過程中，需關注自閉癥兒童的情感特征、喜好傾向和心理需求，根據這些情感要素進行設計，通過產品外觀的色彩、造型、產品的功能以及交互方面營造良好的氛圍，使患兒產生親切、輕松、愉悅、依賴等不同的心理情緒，并且要避免產品的色彩、造型給患兒帶來失落、抑郁等負面的心理。使產品能夠促進患兒注意力集中，激發患兒參與的興趣，全面提升產品的使用體驗。

二、自閉癥兒童陪護機器人應用實例

國外應用于實踐的機器人實例證實陪護機器人對于自閉癥兒童治療恢復起到有效的作用，大大改善其行為結果。目前較有代表性的自閉癥陪護機器人有3款。

第一，Nao是一款功能豐富的人形機器人，可以擬人講話、做出動作，并且可以識別出人的面部和語音，為自閉癥兒童克服社交障礙提供了幫助。（圖1）

圖1　Nao

圖2　Milo

圖3　Leka

第二，Milo機器人通過語音、動作可以與自閉癥兒童產生交流互動，造型擬人可愛，可提供給患兒一定的社會互動過程，培養其正常的溝通能力。自閉癥兒童通過使用Milo機器人，有利于其順利地掌握溝通技能。（圖2）

第三，Leka是一個能夠移動的球形機器人。患兒可以在無人看護下單獨與 Leka玩耍。Leka具有聲、光、震動等功能，促進培養患兒對四周圍的感知能力，使其得以發展良好的社交技能。（圖3）

以上3款產品各具特色，其共同點是造型及行為方式親和、擬人化，都具備語音、圖畫交流顯示的載體，且肢體設計都能與患兒產生良好的互動，幫助患兒取得更好的療效。以此做借鑒，引入設計實例中，并對產品的色彩選擇、造型及動作交互作出更為詳盡的設計。

三、自閉癥兒童情感特征研究

為使陪護機器人能夠為自閉癥兒童帶來親切、輕松、愉悅的感覺，營造適宜、富有安全感的環境氛圍，從以下幾點情感特征分析出發，為設計增添有利依據。

（一）感知覺障礙：一些自閉癥兒童對光、噪音、觸覺或痛覺等感覺刺激反應特殊，有些表現為過度遲鈍，有些則反應過度敏感。因此機器人的色彩、造型需選用處于中等程度的設計元素，避免極端反應。色彩設計中可以通過研究自閉癥兒童的色彩偏好應用到產品中，造型應選擇簡潔、輕松的體態，以滿足自閉癥兒童的情感需求，促進其治療效果。

（二）社會交往障礙：自閉癥兒童難以對父母或其他親人產生依戀感，也不能建立伙伴關系，導致感情和社會互動方面困難，不能與人產生正常的溝通互動。因此針對該人群的產品設計中需要加入圖片交換溝通系統的應用模塊，以幫助自閉癥兒童更好地掌握溝通技能。

（三）興趣和行為異常：自閉癥兒童很少主動追求事物，難有興趣愛好；有些自閉癥兒童伴有自傷行為，甚至傷害他人，這種行為伴有持續性，需要來自家庭和看護者的持續照料。因此陪護機器人的造型設計上應注重其陪伴性、親和性，增強一定的安全感氛圍。

四、設計實例

通過實例及情感特征分析，明確了設計構思的方向：一款適合自閉癥兒童情感特征的陪護機器人。將該群體特殊的色彩偏好以及其情感特征、精神需求融入到設計的色彩選擇及造型呈現中，探討其在自閉癥兒童陪護機器人設計中的思路和方法。

（一）以改善感知覺障礙為目的的配色選擇

色彩對大腦產生重要影響，對自閉癥兒童的認知活動發揮著強有力的作用，首次正式研究自閉癥群體顏色感知的美國研究者Ludlow發現，如果用顏色（藍色和紫色等）鏡片覆蓋文本將提高自閉癥兒童的閱讀速度高達13%。國內曹漱芹等人采用對偶比較法針對4-6.5歲漢語自閉癥幼兒進行的顏色偏好研究中，發現自閉癥幼兒在總體上偏好冷色，其顏色偏好的順序為：綠、藍、紅、紫、橙、黃，其顏色偏好順序顯著不同于普通幼兒。

基于以上色彩偏好研究結果，結合患兒情感特征分析，機器人應盡量避免過于艷麗、強烈的色彩，亦不能色彩過于單調，呆板。其色彩設計在視覺、心理因素上要充分滿足患兒的特定需求，尋找有利于患兒身心發展的色彩，達到舒適、明快、整體的形象呈現。如此提高患兒的對機器人的色彩敏感度，使其感知覺障礙得以改善。該設計實例中，為符合自閉癥兒童色彩偏好，選用低明度的藍色、綠色和粉色與銀白色搭配，簡潔明快，色調偏冷，使患兒得以舒適的視覺體驗。（圖4）

（二）以改善社會交往障礙、興趣和行為異常為目的的造型設計

為了改善自閉癥兒童的社會交往障礙、興趣和行為異常這些情感特征上的缺陷，那么在造型設計上應充分滿足自閉癥兒童的精神需求，提升機器人的形象吸引力和象征意義，以產生良好的交流互動。從機器人形象呈現、圖片語音及動作的交互方式這三個方面對造型進行設計。

1.造型簡潔親和化

有研究表示，自閉癥患兒之所以不愿意與外界交流，其中一個原因在于難以識別人類復雜的行為表情。但機器人沒有太復雜的面部表情，自閉癥兒童面對機器比面對人群時反應更為自然。因此，頭部也采用簡潔的形態并加以微笑的可愛表情，整體簡化了機器人體態上的裝飾，下身采用滾輪式移動方式，亦可降低制作成本，為自閉癥兒童群體設計呈現出友好、親和、簡潔整體的小伙伴形象，以促進自閉癥兒童更順利地與機器人互動，逐步培養鍛煉其溝通交流能力，該機器人造型方案如圖5所示。

2.加強溝通互動能力的屏幕設計

根據2014年1月美國公布的《自閉癥兒童、青少年的以循證為基礎的實踐》這一報告，圖片交換溝通系統被列為有實證證實的、有效的循證實踐之一。自閉癥兒童在圖片提示條件下對情緒的認知優于在語言提示條件下對情緒的認知，表明圖片可以幫助他們理解情緒。因此設定陪護機 器人胸前的屏幕用來實施圖片交換溝通系統，通過圖片、視 覺符號和自然語言的刺激來幫助自閉癥兒童更好地掌握溝通的技能，改善其社會交往障礙。

圖4　色彩方案（專利號：2016301307229）

圖5　造型方案

3.動作交互日常化

由于自閉癥兒童面對機器人更為自然直接，陪護機器人的肢體動作設計盡量地滿足動作種類豐富、能順利地完成擁抱、手勢舞蹈、舉手等常見社交互動動作，為自閉癥兒童帶來情感關懷的同時，目的是培養促進自閉癥兒童能在日常生活中與周圍進行正常的社交互動，充分地改善其興趣和行為上的異常，擴展患兒的情感世界及興趣范圍。

五、總結

自閉癥兒童陪護機器人作為一種工業性產品，情感因素的考慮應作為設計的重點，方案中陪護機器人的設計從自閉癥兒童的情感特征出發，并結合自閉癥兒童的色彩、造型偏好需求設計了新的設計方案。設計中除了對機器人的色彩、造型上的考慮，還應該對其材質、動作實現的方式以及用戶數據進行深入分析，開發出更加完善、科學的自閉癥兒童陪護機器人。■

課題項目：2016年天津市大學生服務企業創新創業實踐項目，服務型智能機器人設計

［1］范曉壯.機器人用于自閉癥譜系障礙兒童社交技能干預研究的綜述［J］.現代特殊教育（高教），2015（7）.

［2］陳東帆，李睿強，韓琨.人形機器人技術在孤獨癥兒童干預中的應用［J］.中國康復理論與實踐，2015（11）：1325-1328.

［3］王輝.自閉癥兒童的心理行為特征及診斷與評估［J］.現代特殊教育，2007（8）.

［4］曹漱芹，費雯，孫愛軍.4-6.5歲自閉癥幼兒顏色偏好的實驗研究［J］.中國特殊教育，2012（5）.

［5］胡曉毅，范文靜.運用圖片交換溝通系統改善自閉癥兒童需求表達及攻擊行為的個案研究［J］.中國特殊教育，2014（10）.

Research on the Companion Robot Based on the Emotional Characteristics of the Autistic Children

ZHAO Fang-hua， YANG Xi， ZHANG Wei-wei， LI Hao
（School of Architecture&Art Design of Hebei University of Technology，Tianjin 300401，china）

Autistic children lack ability about getting along with people and learning actively ， whilethe products for this group are more important increasingly. The companion robot， whit the intelligent design， provides a good communication method for the autistic children. This paper analyzes the existing basic characteristics of the companion robot， and studies the emotional characteristics and needs of the children with autism， designs a companion robot with the color， shape， and the pattern of interaction， in order to improve the users'experience， then， makes a proposal for the design of the products the are used by the children with autism.

children with autism； companion robot； emotional characteristics； product design

TB472

A

1008-2832（2016）10-0116-03