基于原型特征的阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征構(gòu)建

張文朔 張昆

關(guān)鍵詞： 原型特征;阿爾茨海默癥;輔助機(jī)器人;形象特征;構(gòu)建

1 相關(guān)概念解析

1.1 阿爾茨海默癥

阿爾茨海默癥（Alzheimer disease，AD）以老年斑和神經(jīng)元纖維纏結(jié)為主要病理特征，多發(fā)生于老年患者，屬于一種漸進(jìn)性病癥，病程發(fā)展不可逆。早中期阿爾茨海默老年人主要表現(xiàn)為短期記憶及語言表達(dá)理解困難、迷路、對事物失去興趣、情緒異常等，到后期言語錯(cuò)亂、不能處理財(cái)政等日常生活事務(wù)、情緒波動(dòng)并且容易陷入恐慌懷疑。

1.2 原型特征

“原型”是一個(gè)認(rèn)知語言學(xué)概念，指一類客體的內(nèi)部表征，即一個(gè)范疇的所有個(gè)體的概括表征，代表某類客觀世界基本成分的抽象形式[1]，存在邊界但又相對寬泛。當(dāng)外界刺激與某一原型有最近似的匹配，即可將其納入原型所表示的范疇，從而得到識別。原型特征提取旨在從底層數(shù)據(jù)抽取部分具有代表性的特征信息對人體動(dòng)作進(jìn)行表示。通常在一系列突變的造型后存在著一個(gè)相對穩(wěn)定的本體，而原型特征提取的方法是通過抽取代表性的特征信息，如人物的外貌、語言、表情、動(dòng)作、性格等，將暗中左右產(chǎn)品或造型設(shè)計(jì)的形象特征和認(rèn)知范疇的規(guī)則作為產(chǎn)品的“原型”。通過對身體行為的觀察來捕捉人的意圖與情感，作為認(rèn)知一個(gè)輔助機(jī)器人形象特征的依據(jù)，以及進(jìn)行某種輔助機(jī)器人形象設(shè)計(jì)必須遵守的規(guī)則，其具體的規(guī)則稱為“原型特征”。

2 基于原型特征的阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征構(gòu)建意義

阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人是針對老年人進(jìn)行認(rèn)知刺激活動(dòng)訓(xùn)練的智能化產(chǎn)品，產(chǎn)品形象特征對用戶審美、體驗(yàn)等相互作用所產(chǎn)生的情感以及訓(xùn)練效果有著重要影響。通過非藥物療干預(yù)法來引導(dǎo)阿爾茨海默癥老年人進(jìn)行日常訓(xùn)練是未來家庭輔助機(jī)器人的重要發(fā)展方向。

“原型特征”體現(xiàn)在日常生活人與人語言、行為交流的體驗(yàn)之中[2]，是阿爾茨海默癥老年人對認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的主觀感受。其中訓(xùn)練師形態(tài)特點(diǎn)、言語內(nèi)容、行為特點(diǎn)等，會(huì)對阿爾茨海默癥老年人的行為和訓(xùn)練康復(fù)效果產(chǎn)生不同的影響[3]。從基于原型設(shè)計(jì)的阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征研究出發(fā)，可以在一定程度上帶給阿爾茨海默癥老年人“認(rèn)知刺激活動(dòng)”訓(xùn)練師所特有的感受，提高認(rèn)知刺激康復(fù)訓(xùn)練效果并緩解老年人的孤獨(dú)感。

認(rèn)知刺激訓(xùn)練師和阿爾茨海默癥老年人通過行為的形式來理解所面對的輔助機(jī)器人的功能和情感意義，這就是認(rèn)知語法學(xué)上的“形意配對”模式[4]。阿爾茨海默癥老年人作為一類非典型用戶，由于其主觀表達(dá)能力缺失及病理特征，在進(jìn)行“認(rèn)知刺激”康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，他們對于情感的需求更強(qiáng)，在整個(gè)康復(fù)過程中會(huì)更加依賴輔助機(jī)器人的陪伴。文章的研究意義在于將體現(xiàn)“認(rèn)知刺激”訓(xùn)練師中具有代表性的特點(diǎn)精準(zhǔn)地提取出來，還原認(rèn)知刺激活動(dòng)訓(xùn)練師帶領(lǐng)阿爾茨海默癥老年人進(jìn)行“認(rèn)知刺激”時(shí)的真實(shí)感受，給阿爾茨海默癥老年人更加人性化的體驗(yàn)。

3 基于原型特征的阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征構(gòu)建流程

3.1 數(shù)據(jù)收集與原型選擇及可行性分析

從網(wǎng)站上搜集大量“認(rèn)知刺激活動(dòng)”視頻作為樣本基準(zhǔn)，經(jīng)設(shè)計(jì)專業(yè)人員進(jìn)行分類篩選得到15 組產(chǎn)品樣本。然后以抽樣方式邀請26 位被測試者，分別由12 位阿爾茨海默癥患者和14 位老年人組成。要求被測試者根據(jù)各自的主觀感受選擇自己最喜歡的訓(xùn)練師，最終獲得四位最受歡迎的“認(rèn)知刺激訓(xùn)練師”作為此次輔助機(jī)器人形象特征的研究“原型”。

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)及以往研究資料共收集到適合本次研究的56 個(gè)人物特征形容詞，如和藹的、親切的、活潑的等[5]。為了準(zhǔn)確篩選出最具代表性的人物“個(gè)性特征”詞匯，對以上56 個(gè)人物特征形容詞進(jìn)行聚類分析，最終圍繞認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的面部表情、肢體動(dòng)作、語言風(fēng)格等確定認(rèn)知刺激訓(xùn)練師“個(gè)性特征”的意向詞匯，如“安靜的—活潑的、親切的—冷漠的、精致的—粗略的、溫暖的—陌生的”等。 以被測試者確定最受歡迎的四位訓(xùn)練師為主要人物形象，發(fā)放人物個(gè)性特征調(diào)研問卷，作為為后期“原型特征”提取的理論基礎(chǔ)。

認(rèn)知刺激訓(xùn)練師在不同的訓(xùn)練項(xiàng)目中配合不同的語音語調(diào)：如體能訓(xùn)練項(xiàng)目中語音語調(diào)偏快速，帶領(lǐng)老年人活動(dòng)起來進(jìn)行熱身運(yùn)動(dòng);在時(shí)事討論中放慢語音語調(diào)，讓老年人充分沉浸到過去的美好生活中。行為節(jié)奏、行為速度、神態(tài)表情等也隨著“認(rèn)知刺激”活動(dòng)進(jìn)行變化。相較于家庭陪伴者，訓(xùn)練師帶給阿爾茨海默癥患者一種踏實(shí)、有趣、依賴、積極向上的“個(gè)性特征”，讓阿爾茨海默癥老年人在快樂氛圍中開展“認(rèn)知刺激”康復(fù)訓(xùn)練。

3.2 認(rèn)知刺激訓(xùn)練師原型特征提取

認(rèn)知刺激訓(xùn)練師個(gè)性特征包括語言、外貌、表情、動(dòng)作、性格，首先對于個(gè)性特征詞匯進(jìn)行術(shù)語轉(zhuǎn)換。其中認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的動(dòng)作特征參考了 Laban Movement Analysis 舞蹈動(dòng)作分析理論中的動(dòng)作特征[6]。

確定的認(rèn)知刺激訓(xùn)練師個(gè)性特征詞匯為：交流速度（緩慢—快速，低聲—高聲）、肢體節(jié)奏（流暢—緩慢）、面部表情（輕微—強(qiáng)烈）、服裝顏色（灰暗—明亮）、動(dòng)作安排（多步驟—一步到位）。通過對認(rèn)知刺激訓(xùn)練師身體行為的觀察來捕捉人的意圖與情感[7]。實(shí)驗(yàn)觀察與整理過程如下：一是根據(jù)前期數(shù)據(jù)收集整理確定的被試者;二是分步驟觀察分析被試者的個(gè)性特征如語言、動(dòng)作等;三是對演示動(dòng)作、表情、聲音進(jìn)行分析提煉。設(shè)計(jì)者將專業(yè)術(shù)語轉(zhuǎn)化為特征詞匯，制作個(gè)性特征詞匯量表;最后進(jìn)行模型驗(yàn)證。

3.3 構(gòu)建原型與輔助機(jī)器人特征轉(zhuǎn)換及評分量表

形象特征設(shè)計(jì)要素有點(diǎn)、線、面、體以及CMF 因素等 [8]，首先確定阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人的“形象特征”設(shè)計(jì)方向：語音交互（緩慢—快速，低聲—高聲）、動(dòng)作節(jié)奏（流暢—緩慢）、神態(tài)表情（輕微—強(qiáng)烈）、外觀顏色（灰暗—明亮—、界面流程（復(fù)雜—簡單）。

根據(jù)阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征與認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的個(gè)性特征實(shí)驗(yàn)結(jié)論，構(gòu)建原型與輔助機(jī)器人特征轉(zhuǎn)換及評分量表進(jìn)行認(rèn)知刺激訓(xùn)練師個(gè)性特征向輔助機(jī)器人形象特征轉(zhuǎn)換，見圖1。然后沿著這五條通道，例如經(jīng)由“交流速度—語音交互”這條通道，設(shè)計(jì)原型形式特征“交流速度由快到慢”映射為輔助機(jī)器人形象特征中的“語音交互速度由快到慢”評定不同形象特征的數(shù)量等級。

3.4 模型驗(yàn)證

第一，以認(rèn)知刺激訓(xùn)練師為原型提取其個(gè)性特征。首先將認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的動(dòng)作進(jìn)行拆解， 對前期確定的“個(gè)性特征”詞匯進(jìn)行專業(yè)性聚類分析[9]，選擇阿爾茨海默癥患者和老年人共25 人，圍繞認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的面部表情、肢體動(dòng)作、語言風(fēng)格匹配意向詞匯，如“安靜的—活潑的、親切的—冷漠的、精致的—粗略的、溫暖的—陌生的”進(jìn)行評價(jià)，確定被測試者最喜歡的認(rèn)知刺激訓(xùn)練師，通過評價(jià)確定本次模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)認(rèn)知刺激訓(xùn)練師原型。

第二，對每一個(gè)環(huán)節(jié)認(rèn)知刺激訓(xùn)練師的動(dòng)作形象進(jìn)行分析評價(jià)。由專業(yè)人員與被測試者交流或被測試者自行填寫“原型與輔助機(jī)器人特征轉(zhuǎn)換評分量表”。從訓(xùn)練師交流速度（緩慢—快速，低聲—高聲）、肢體節(jié)奏（流暢—緩慢）、面部表情（輕微—強(qiáng)烈）、服裝顏色（灰暗—明亮）、動(dòng)作安排（多步驟—一步到位）方面出發(fā)，初步確定輔助機(jī)器人形象特征。

第三，由專業(yè)人員整理總結(jié)被測試者“原型與輔助機(jī)器人特征轉(zhuǎn)換評分量表”如圖2，確定阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征設(shè)計(jì)方向。

4 結(jié)語

針對阿爾茨海默癥的家用輔助機(jī)器人將會(huì)是工業(yè)產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)，以原型特征為基礎(chǔ)的阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征研究，可以提高老年人對輔助機(jī)器人的情感體驗(yàn)和審美感受，有助于建立用戶與產(chǎn)品的親切感，帶動(dòng)阿爾茨海默癥老年人積極主動(dòng)交互的意愿，推動(dòng)構(gòu)建更加人性化的阿爾茨海默癥輔助機(jī)器人形象特征。