基于HID理念的兒童智能電動牙刷設計

滕佳華 顧云瑤 祝燕琴

摘要：通過對兒童牙刷的功能、造型及交互APP進行創新設計，以期讓兒童認真喻悅地完成刷牙的同時能及時發現兒童牙齒的問題。通過分析當前兒童口腔問題及兒童牙刷的現狀，結合人機實驗和健康工業設計（ HID）理念，探討智能兒童電動牙刷的設計思路。該設計可為如何將健康工業設計理念應用于生活用品的設計，以及為兒童牙刷的設計創新提供參考。

關鍵詞：產品設計 HID 兒童牙刷 智能

中國分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2019） 01-0132-03

引言

2016年全國衛生與健康大會上，習近平總書記強調“要把人民健康放在優先發展的戰略地位，少年兒童的健康是健康中國的未來和希望”，因此兒童的健康是全社會越來越關注的問題之一。而口腔健康作為兒童健康的標準之一，并不僅僅是指牙齒沒有缺損、疼痛、出血等疾病狀態，還應該表示牙齒整齊、潔白美麗，口氣清新。然而在兒童生長發育的過程中，由于先天遺傳因素或是后天的環境因素如疾病、不良的口腔習慣、替換障礙等造成的牙齒排列不齊[1]，不僅會導致因牙齒清潔不到位而引發齲齒、牙齦炎、牙周炎等疾病，嚴重者還會導致頜面部生長發育的異常及影響咀嚼功能和腸胃的消化、吸收，從而對兒童身體的發育和健康產生危害;并且它還會影響到容貌的美觀，造成兒童心理壓力，使其產生自卑的情緒。

一、當前兒童口腔問題現狀

家長都希望孩子擁有一口健康美觀的牙齒，但由于兒童的一些不良習慣如吮指、咬筆頭、伸舌頭、啃指甲、咬唇等沒能得到及時糾正以及隨著生活質量的提高，以及人們所進食的食物變得越來越精細，從而使得發育中的兒童的咀嚼功能得不到充分發揮，對牙槽骨刺激不足，導致牙齒錯頜畸形的發生率越來越高。

家長在提高兒童口腔健康水平中的作用至關重要。但據白玥等對北京市384名兒童家長口腔健康知識調查分析得知：雖然大部分家長普遍認為自己重視孩子的口腔健康）（97.92%），但每天都堅持檢查孩子的刷牙效果者不多（52.08%），帶孩子定期到醫療機構做口腔檢查者更少（46.88%），甚至有25%的調查對象認為“沒有口腔健康問題就沒必要去做檢查”[2]。因此許多兒童牙齒畸形的發生往往由于沒有及時去醫院進行口腔檢查而錯過了最佳矯正時間。

二、兒童牙刷存在問題

正確地刷牙是預防兒童牙齒疾病的重要手段之一，但大部分兒童存在不愿意刷牙，不認真刷牙的現象，這與牙刷的質量及刷牙的枯燥性有很大關系。目前市場上的牙刷有兩種類型，傳統的手動牙刷和最近幾年出現的電動牙刷，隨著信息技術的不斷發展和物聯網時代的到來，電動牙刷也出現了智能化的趨勢[3]。但目前市場上的大部分兒童電動牙刷只能做到清潔牙齒的基本功能，對于用戶的某些深層次需求無法滿足，比如反饋口腔健康情況、檢測牙齒問題、智能提醒牙齒清潔狀況和牙齒是否歪斜等。因此，設計一款新型的智能電動牙刷，通過其內部元件對個人口腔衛生健康進行有效檢測、反饋、提醒，對兒童及家長來說是非常必要的，也是有很大市場潛力的。

三、基于HID理念的智能電動牙刷及交互APP設計思路

健康對于人類而言可謂至關重要，而英國著名皇家工業設計師Alan Tye先生提出的健康工業設計（HID）就是基于人體的自然狀態和運動規律，以健康使用為原則，最終讓使用者達到“健康、愉悅、樂趣”的目的。因此對兒童牙刷如何進行合理設計以保障兒童口腔健康，讓兒童在使用過程中感到舒適、愉悅并充滿樂趣是本次設計的思路。

（一）基于HID理念的智能電動牙刷定位

運用HID理念設計兒童智能牙刷，主要從兒童心理及生理特點出發，通過調研及結合人機實驗，設計出造型美觀，符合兒童的審美趣味及使用舒適的牙刷形態;根據目前兒童的口腔問題現狀，采用智能化的新技術并結合有趣的交互APP設計在有效清潔牙齒的同時具有提醒牙齒畸形的功能，從而為兒童口腔健康保駕護航。

（二）牙刷把手的人機關系實驗

健康工業設計的核心是‘人，因此兒童在使用牙刷過程中的體驗與感受，是本次設計必須考慮的重要因素之一。把手作為牙刷的主要部分之一，其形狀和尺寸不僅關系著牙刷的美觀性，而且對于手握的舒適性和刷牙功能的實現起著至關重要的作用。為了設計出最為舒適，并且符合兒童喜好的把手形狀，本文對目標群體進行了一定量的人機實驗。

1.人機實驗一

在實驗一的過程中，隨機選取了一位六年級的學生作為特定實驗對象。通過拍攝他日常刷牙時的手部動作并進行記錄，同時邀請他通過抓握橡皮泥制作出貼合他的手部人機曲線的牙刷把手造型，并根據這位學生的手部曲線橡皮泥模型，制作出相應曲線的初步牙刷把手油泥模型（如圖1）。同時，通過調查將現有的把手形狀大致分為7種，并相應制作了7個初步牙刷把手油泥模型（如圖2）。

2.人機實驗二

周末，在青少年兒童活動中心，隨機邀請了15位目標用戶，并且請他們分別抓握這八個模型把手，選出自己認為最為舒適的把手模型（如圖3）所示。與此同時，對他們每個人進行了相應的訪談，并將訪談結果記錄且整理了下來。

通過對實驗結果的整理匯總，得出了如下結論：

目標兒童普遍認為直筒圓柱形略微帶有曲線的把手最為舒適，也是選擇人數最多的。此外，他們對于牙刷的造型希望是簡潔易用的，對于牙刷配色設計的看法則各不相同，因為顏色豐富選擇多樣較為符合他們的喜好。另外，在當代設計背景下，簡約極致不僅是一種綠色設計處理方式，同時也符合兒童簡單心理認知，以較好地去幫助兒童加深對牙刷的親密感，而不是去關注牙刷上的輔助元素如卡通形象[4]。

（三）牙刷造型及牙刷充電盒的設計（如圖4）所示

根據把手人機測試結論及訪談的結果，以外形飛碟的形狀為靈感進行了電動牙刷的造型設計。該造型不僅能夠滿足兒童對于卡通動畫人物的喜愛心理，又能體現強烈的科技感。將超聲波元件的發射接收孔設計為飛碟的發光口，使得造型與功能完美地結合在一起。與此同時，飛碟橢圓形的外形輪廓賦予了電動牙刷刷頭獨特的造型曲線，不僅能夠深入貼合齒面，有效清潔牙齒，還能夠給予他們充滿童趣的使用體驗。

色彩作為兒童牙刷的形態表達要素之一，和諧美麗的色彩能帶給兒童美的視覺享受。該牙刷主要用于大齡兒童使用，因此電動牙刷主要以藍白配色和黑灰配色為主。其中藍白配色清新、富有活力，很好地體現了牙刷這類衛生用品的清潔屬性，同時也符合兒童的審美喜好。黑色款沉穩內斂，獨特的金屬漆質感體現了產品的科技感，適合大齡的男性兒童使用。而賦予開關的香檳金色點綴，不僅給予牙刷獨特的細節，而且使整體色彩更為豐富的同時，也使得產品的質感得到了較大的提升。

牙刷外殼可采用陶瓷烤漆表面處理方式，其硬度高，耐磨損，并具有防水密封性能好的特點，此外其獨特的光澤感，賦予了牙刷細膩的質感和光感，很好地體現出了產品的優良設計品質，而把手下半部分的磨砂質感，增強了防滑屬性，便于抓握。

刷頭為可更換式，采用內扣式卡槽設計，便于拆卸，并能有效防止刷頭松動掉落。刷頭的刷毛采用杜邦Tynex Classic O.152mm軟毛，充足的毛量配合高頻率震動，能更為深入至牙齒的細縫之處，讓清潔更給力且能更好保護牙齦，配套的APP具有定期提醒更換刷頭的功能，能夠提醒用戶定期更換刷頭，從而更好地保持口腔衛生，養成良好的衛生習慣。

牙刷盒采用USB接口充電方式，牙刷放在相應位置可進行感應充電，同時配備了3個刷頭放置孔。小巧的體積不僅便于攜帶，其獨特的充電方式可以在任何電子產品的接口上充電，而無需隨身攜帶電源。

（四）智能電動牙刷的交互APP界面設計

智能電動牙刷作為一個智能口腔健康管理系統，其刷牙信息與智能手機的交互可有效改善刷牙過程的枯燥與乏味，而合理有趣的交互APP界面設計能讓兒童在體驗刷牙的過程中感受到關愛、互動和樂趣[5]。APP的界面設計可將可愛的牙齒作為形象元素，而國標或按鈕主要以圖案的形式適當運用文字以與情景相配合。配色主要以藍白為主，以形成簡潔干凈的畫面場景。通過藍牙連接到專屬的App之后，兒童可以設定模式強度、及時查看口腔清潔進程、剩余電量等基本信息，也可以在APP里設置自己的專屬刷牙模式如延長刷牙時間、清潔舌苔、給牙齦做按摩以及增強美白效果等。刷牙完成后可反饋刷牙的認真程度以及是否有漏刷區域、牙齒歪斜變化等信息，并生成口腔健康報告，給予專業護牙建議。此外對認真完成刷牙的兒童以語言或游戲的方式給予一定的表揚，而對于刷牙不徹底的兒童以故事或游戲的方式提醒她下次要專心并認真完成刷牙。因此通過查看APP，可以使兒童本人及家長對其刷牙情況和牙齒的變化一目了然，并通過與APP的互動使兒童愛上刷牙，并使刷牙行為具有一定的趣味性，智能電動牙刷配合交互APP的使用場景及交互APP界面設計分別（如圖5、6）所示。

四、智能電動牙刷可提醒牙齒畸形功能的實現原理分析

在智能電動牙刷的設想中，可在刷頭內部設置超聲波自動發射接收元件。超聲波是一種機械振動在媒質中的傳播過程，超聲波測距技術是一種原理簡單，易于實現的非接觸測量技術。其基本原理是：超聲傳感器由強電脈沖信號激勵，向外發射超聲波，超聲波遇到被測物體后形成反射回波;超聲傳感器接收反射回波，根據發射與接收的時間差來計算被測物體距離[6]。當用戶將刷頭貼合牙齒，按下按鈕，牙刷便會從刷頭處發射超聲波到牙齒表面，超聲波從牙齒表面反射的同時被元件接收，從而牙刷得以記錄牙齒到牙刷的距離變化。通過手機上的APP即可將牙齒的歪斜程度量化，使得兒童每日細微的牙齒生長變化一目了然，牙刷內部結構（如圖7）。

結語

如今，隨著生活品質的提高，人們對口腔健康越來越重視。但是由于家長工作的繁忙或者相關知識的欠缺，往往不能及時發現孩子口腔問題。因此本文根據健康工業設計理念所設計的新型智能電動牙刷及匹配的APP，讓兒童在有效清潔牙齒并享受刷牙的同時，還能對個人口腔健康狀況進行檢測、對存在的口腔問題及時進行反饋，從而能夠提醒用戶將已發生的輕微疾病和畸形進行早期治療。本設計作為一個探索，以期對基于HID理念的產品設計及為未來的兒童牙刷設計方向提供參考。.

參考文獻

[1]范然，鈕葉新，劍、剛等計算機輔助牙齒隱形正畸系統[J]計算機輔助設計與圖形學學報，2013， 25（1）：81-92

[2]白玥，江虹，曲美霞，余永明北京市384名兒童家長口腔健康知識調查分析[J]中國社會醫學雜志，2013，30（4）：256 258

[3]李音智能電動牙刷的設計趨勢探究[J]設計，2018，（5）：106-107

[4]鄧威淺析兒童牙刷的創新設計[J]設計，2014，（12）：117-118

[5]周君，鄧櫻體驗式兒童產品設計[J]設計，2015， （19）：68-69

[6]張海鷹，高艷麗超聲波測距技術研究[J]儀表技術，2011，（9）：58-60