基于TRIZ理論的鼠標發展及未來展望

1 引言

鼠標作為計算機外設這個大家族中的元老之一，其存在的重要性已不必贅述。可以說，21世紀人們的大部分工作都已離不開計算機，當然各式各樣的鼠標也是隨處可見。從鼠標呱呱墜地到如今已經過去了快50個年頭，然而它一路走過來經歷的種種變化卻是鮮為人知。鼠標，它的出現代替了鍵盤的繁瑣操作，可以快捷地讓使用者的意志在計算機上得以體現。所謂禍福相依，早期鼠標的設計不周讓鼠標的推廣舉步維艱。例如移動時屏幕上光標移動緩慢，反應不夠靈敏，以及體積不夠小巧便攜等等，為使用者的帶來許多困擾。除此之外，早期鼠標外形設計不符合人機工程學，會對使用者的手部帶來永久性的健康損傷。斗轉星移，鼠標外觀從平庸單一到現在新奇奪目，其功能也從簡單的坐標輸入一躍成為一個可以駕馭眾多功能的重要外設。基于TRIZ理論對鼠標的歷史發展演變以及產品優化過程進行分析探究，可以為鼠標的進一步研究提供一些理論參照。

2 鼠標的發展歷程

2.1萌芽時代

軌跡球最早于1952年由加拿大海軍發明，用于記錄手勢運動，實現了真正意義上的人與計算機的體感交互。加拿大皇家海軍利用保齡球與球面滾動偵測設備相結合，第一次把人的肢體語言展現在屏幕上，但是由于整體研發屬于高度機密，所以無法申請專利，以至于這個鼠標真正鼻祖的存在鮮為人知（圖1）。

1968年12月9日，全世界第一個鼠標誕生于美國加州斯坦福大學，發明者是Douglas Englebart博士。他設計鼠標的初衷就是代替鍵盤那繁瑣的指令，使計算機的操作更加簡便 。他制作的鼠標是一只小木頭盒子，工作原理是由它底部的小球帶動樞軸轉動，并帶動變阻器改變阻值來產生位移信號，信號經計算機處理，屏幕上的光標就可以移動（圖2）。

2.2光機時代

隨著鼠標的不斷發展，機械鼠標由此誕生。由于滾軸需要和接觸面摩擦轉動，因此這種鼠標需要十分平整的平面，才能良好地使用。同時，橡膠球極易磨損，這種機械鼠標的壽命也較短，使用一段時間后，定位精度就會下降。

1982年，羅技公司發明了世界第一款光機鼠標，光機結構是鼠標發展史上最大的發明，是鼠標歷史的里程碑之一。它比純機械式鼠標精度高，又不像光電鼠標需要特殊的底板。由于它的諸多優點，光機鼠標迅速成為主流，統治了鼠標市場達18年之久。

2.3光電時代

與光機鼠標發展的同一時代，出現一種完全沒有機械結構的數字化光電鼠標。1980年代初，第一代的光電鼠標悄然出現。與機械鼠標的原理類似，只不過用兩組發光二極管、光感二極管取代了雙滾輪。這類光電鼠標具有比機械鼠標更高的精確度，但是它必須工作在特殊的印有細微格柵的光電鼠標墊上，過高的成本限制了其使用范圍。

2.4光學時代

雖然光電鼠標由于種種重大缺陷早早地就離開了歷史的舞臺，但全數字的工作方式、無機械結構以及高精度的優點依舊吸引著設計師。倘若能夠克服其先天缺陷必可將其優點發揚光大，制造出集高精度、高可靠性和耐用性的新鼠標。在1999年，微軟推出一款名為“Intel Mouse Explorer”的第二代光電鼠標，這款鼠標所采用的是微軟與安捷倫合作開發的“Inte1li Eye”光學引擎，更多借助光學技術的它被外界稱為 “光學鼠標”。這種不需要專用鼠標墊的光學鼠標，由于其具有的巨大優勢很快在市場上普及開來。

以上是鼠標發展的總體歷程，近現代鼠標發展歷史就不一一贅述了（圖3）。鼠標的發展一刻也未停止過，設計師們始終在為創造出一種完美的人機交互工具而不懈努力著。

3 鼠標發展中所蘊含的TRIZ原理

從鼠標雛形到如今的繁雜多樣，不難發現鼠標發展趨勢有規律可循。根據TRIZ理論，任何產品或技術的發展與創新都有其規律性。他山之石，可以攻玉，按照TRIZ理論，創新所依據的科學原理往往屬于其它領域。縱覽鼠標發展史，人機工程學的發展對于鼠標的造型設計起到了重要的指導作用。除此之外，材料科學、電子技術以及光技術的發展也對鼠標的創新設計密切相關。這些其他領域的進步被設計者成功運用到鼠標的創新設計上來，才有了如今的各式鼠標。

從人機工程學這方面來說，鼠標從最初的僅僅適合手掌大小到現在各式各樣的人體工學鼠標層出不窮，鼠標的設計者越來越看重使用鼠標的過程中對人體手部結構的保護。手的結構中，與使用鼠標相關的部分向上包括前臂，而下則有手腕、手掌及手指。對于上臂來說，它的自然形態應該是使尺骨和橈骨接近平行的狀態，這種狀態，也就是當上臂和手掌平放桌上的時候，上臂和手掌呈接近垂直的傾斜狀態。對于手腕結構來說，多次試驗證明，當人的手腕呈“仰起”狀態時，“仰起”的夾角在15度到30度之間是最舒適的狀態。最初的鼠標都是方塊狀，隨著人們對人機工程學的認知不斷加深，為了讓人的生理結構不受壓迫，現代鼠標外形大都運用了TRIZ理論中的曲面化原理，設計成曲面狀。無獨有偶，現代的一部分鼠標為了更加貼近手部的曲線，運用了TRIZ理論中的不對稱原理，增加了鼠標的手感（圖4）。同樣是為了降低手部關節的損傷，軌跡球鼠標的出現更是TRIZ理論在鼠標設計過程中的一大創舉。它巧妙地將鼠標最根本的有利目的（移動光標）抽取出來，通過移動拇指進而達到移動光標的目的，可謂令人拍案叫絕（圖5）。

除此之外，鼠標作為計算機最重要的外設之一，其便攜性最初讓設計師們絞盡腦汁。TRIZ理論中動態化原理的運用，讓設計師們腦洞大開，一些新型鼠標也由此誕生。這種新型的可折疊鼠標既簡約又便攜，令人愛不釋手（圖6）。

隨著材料科學的不斷進步，可運用在鼠標上的材料也不再僅限于塑料，一種采用了新型的薄膜材料充氣鼠標成功讓鼠標的便攜性得到了彰顯（圖7）。這款充氣鼠標綜合了TRIZ理論中的柔性殼體或薄膜原理與氣體與液壓結構原理，在攜帶時可將氣放掉，使得鼠標成為薄薄的扁平結構，節省體積；而在使用時通過充氣可以膨脹到理想的大小，提供足夠的使用舒適度。這種利用新材料設計出的新鼠標已可常見，像現在出現的光碟式鼠標也是如此（圖8）。從一張薄薄的光碟到鼠標，將TRIZ理論中的維數變化原理體現得淋漓盡致。

高新科技的發展也讓鼠標的創新設計不再拘泥于造型的千變萬化，TRIZ理論多用性原理的巧妙運用讓小小的鼠標煥發出了更大的光彩。新型多用鼠標層出不窮，就如這一款鼠標既可以完成人與計算機交互的任務，還可以充當備用電源，非常適合商務人士出差使用（圖9）。表1是TRIZ理論在鼠標創新設計中的運用。

4 鼠標未來發展的展望

遵循TRIZ理論的多用性原理，未來鼠標的功能將不再如此局限。掃描儀、激光打印機等計算機其他外設都可能會跟鼠標結合，使鼠標可能會作為一個多用途的輔助工具，為使用者提供更加多樣化的幫助。用戶對工作效率的要求日趨增高，TRIZ理論多用性原理的運用是一個必然趨勢，

現在的鼠標造型均是固定的，雖然考慮到人體的結構，但是并沒有辦法應對不同年齡不同種族人的生理結構差異，設計出的人體工學造型只能說是差強人意。考慮到TRIZ理論中的反饋原理，在新型材料科技的進步下，未來鼠標將會根據使用者的不同手掌以及使用力度進行自我調節，使整個鼠標更好契合使用者的手掌。

如今的鼠標逃不開需要手指微動的本質，但是通過運用TRIZ理論中的抽取原理，未來鼠標或將鼠標操作中的手勢抽取出來，形成一種新的交互方式。未來的鼠標將打破傳統鼠標點擊與滑動的操作方式，更好的實現人機交互。

5 總結

通過對鼠標創新發展歷史中TRIZ理論使用的回顧，設計師們越發的注重鼠標的使用舒適度。以TEIZ理論作為指導，曲面化、不對稱的大量使用讓如今的鼠標愈發貼合手部生理曲線，這也正是人機工程學發展的體現。

未來鼠標的創新發展依舊會以TRIZ理論作為指導。多用性理論的使用可能不僅限于當今的各種多用途鼠標，隨著科技的不斷進步，更加便捷的多功能鼠標也將出現。提取原理的適當運用也可能會徹底的改變鼠標的交互方式，人們不再需要受到鼠標的束縛。

責編/劉紅偉

參考文獻

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