基于距離識(shí)別的自閉癥兒童智能服裝設(shè)計(jì)

施秋杉，王 軍,2，聞 婧

(1.大連工業(yè)大學(xué) 服裝學(xué)院，遼寧 大連 116034； 2.大連工業(yè)大學(xué) 服裝設(shè)計(jì)與工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，遼寧 大連 116034； 3.大連工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，遼寧 大連 116034)

自閉癥是一種神經(jīng)行為發(fā)育障礙性疾病，由早期發(fā)育、遺傳等因素導(dǎo)致[1]，主要表現(xiàn)為不同程度的社交障礙、重復(fù)刻板行為等[2]。自閉癥往往在3歲前發(fā)病，在4～5歲時(shí)最為明顯[3]，在兒童時(shí)期盡早治療可有效改善自閉癥的社交障礙等癥狀[4]。

針對(duì)自閉癥兒童社交障礙問題，研究者們從不同角度提出了解決方案，如英格索爾[5]設(shè)計(jì)了過家家等游戲，通過模仿社交實(shí)踐提升自閉癥兒童的社交能力。Wolfberg[6]提出整合性團(tuán)體游戲療法，通過與正常兒童游戲互動(dòng)，提高自閉癥兒童的社會(huì)溝通技能。此外，研究者對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行了設(shè)計(jì)，蔣鑫龍等[7]研究了面向自閉癥患者社交距離認(rèn)知的可穿戴系統(tǒng)，為患者提供社交距離的認(rèn)知輔助。也有研究設(shè)計(jì)了面向自閉癥兒童的音樂玩具，通過按壓硅膠的方式發(fā)出音樂，以達(dá)到激發(fā)自閉癥兒童創(chuàng)作和交流的作用[8]。本文針對(duì)3～6歲自閉癥兒童設(shè)計(jì)了一款基于距離識(shí)別的智能服裝，應(yīng)用超聲波傳感技術(shù)判斷社交距離實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂播放的控制，通過音樂治療幫助自閉癥兒童緩解社交中的焦慮與不適。

1 社交距離與距離傳感器

1.1 社交距離范圍

自閉癥兒童不具備社交距離認(rèn)知能力[9]。Edward[10]將人際距離劃分為私密空間、個(gè)人空間、社交空間和公共空間。私密空間范圍為距離身體50 cm以內(nèi)，是非常私人化的情感區(qū)域；當(dāng)陌生人闖入私密空間時(shí)，被闖入者會(huì)有一系列的負(fù)面心理反應(yīng)。個(gè)人空間和社交空間的范圍分別為距離身體50～125 cm與125～350 cm；在個(gè)人空間內(nèi)人與人交談會(huì)較為放松，不會(huì)有壓迫感；在社交空間內(nèi)，人與人相處較為自然，適合開展各種活動(dòng)。公共空間的范圍為距離身體350～750 cm，公共空間內(nèi)人與人很難有情感交流。因此，有效的社交距離應(yīng)包含個(gè)人空間與社交空間，即在距離人體50～350 cm的范圍內(nèi)。

1.2 距離傳感器

智能服裝中社交距離識(shí)別功能主要通過距離傳感器實(shí)現(xiàn)，已有的距離傳感器相對(duì)成熟，目前常用的有激光測距儀傳感器、Kinect傳感器、超聲波傳感器等，上述測距傳感器的精度均較高[11]，可應(yīng)用于各種社交場合。其中激光測距儀傳感器價(jià)格昂貴，性價(jià)比不高，會(huì)出現(xiàn)可視光斑，易引起兒童心理上的不適[12]；Kinect傳感器需要接入電腦[13]，不適用于普通社交環(huán)境；超聲波傳感器體積較小，探頭為圓形，可作為紐扣與服裝結(jié)合，提高了服用效果。因此，本文選擇超聲波傳感器作為社交距離識(shí)別的主要元件，應(yīng)用于智能服裝。

2 音樂治療

音樂治療可以提升自閉癥兒童的社交、語言及情感表達(dá)等能力[14-15]。大部分自閉癥兒童伴有智力障礙的主要原因在于大腦皮層難以得到有效的興奮和抑制，而音樂可以借助于人體大腦等神經(jīng)結(jié)構(gòu)直接產(chǎn)生自主神經(jīng)反應(yīng)，無需通過大腦皮層的深層次加工，對(duì)自閉癥兒童的病情好轉(zhuǎn)具有重要作用[16]。在有效社交距離內(nèi)，選擇不同風(fēng)格的音樂會(huì)對(duì)自閉癥兒童產(chǎn)生積極的影響。

楊伶等[17]在研究中指出，音樂治療對(duì)自閉癥兒童的情緒控制具有良好的效果。自閉癥兒童在音樂的環(huán)境下大多呈現(xiàn)出愉快或者穩(wěn)定的情緒，在接受音樂治療后，負(fù)面情緒和自傷行為的發(fā)生次數(shù)都呈現(xiàn)出下降的趨勢。因此，個(gè)人空間內(nèi)可選擇柔和、曲調(diào)平穩(wěn)的音樂，如《高山流水》《云水禪心》《琵琶語》等，可以使自閉癥兒童心情放松[18]。音樂治療還可以提高自閉癥兒童的學(xué)習(xí)能力，Simpson等[19]做了有關(guān)自閉癥兒童教學(xué)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)自閉癥兒童在音樂背景下識(shí)別的圖片更多，Preis等[20]研究表明自閉癥兒童在兒歌和古典音樂的背景下學(xué)習(xí)效果更好。因此，社交空間內(nèi)可選擇歌詞簡單有趣、方便記憶或可根據(jù)歌詞做出簡單動(dòng)作的歌曲，如《幸福拍拍歌》《拔蘿卜》《找朋友》等[21]，可以使自閉癥兒童與互動(dòng)者進(jìn)行簡單的交流學(xué)習(xí)。但音樂治療并非對(duì)所有兒童都有很好的效果，有少數(shù)自閉癥兒童對(duì)某些聲音容易出現(xiàn)異常的情緒和行為[22]。綜上，在應(yīng)用過程中需要根據(jù)自閉癥兒童的不同情況，通過實(shí)驗(yàn)確定是否采用音樂療法以及選擇何種音樂風(fēng)格。

3 智能服裝方案設(shè)計(jì)

自閉癥兒童智能服裝主要通過超聲波傳感器判斷社交距離，不同社交距離輔以不同風(fēng)格的音樂起到輔助治療的作用。

3.1 基本款式設(shè)計(jì)

基于3～6歲自閉癥兒童心智還不成熟的特點(diǎn)，以及著裝者對(duì)服裝服用性能需求，服裝整體設(shè)計(jì)為棉質(zhì)休閑外套。對(duì)于顏色的選擇，曹漱芹等[23]研究發(fā)現(xiàn)，相較于暖色，自閉癥兒童更偏好冷色，因此選擇藍(lán)色為主體顏色。可使該款服裝在滿足功能性的前提下，整體風(fēng)格美觀大方且便于穿脫和活動(dòng)。自閉癥兒童智能服裝款式如圖1所示。

圖1 自閉癥兒童智能服裝款式

3.2 功能模塊設(shè)計(jì)

基于距離識(shí)別的智能服裝功能模塊主要由4部分組成，包括電源控制模塊、距離識(shí)別模塊、音樂播放模塊與燈光模塊，模塊組成及主要功能如表1所示。

表1 智能服裝模塊組成及主要功能

柔性電路板相對(duì)于硬式電路板，具有柔軟、質(zhì)量輕、厚度薄等優(yōu)點(diǎn)[24]，將各模塊集成于柔性電路板，功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。用戶選擇智能服裝的重要原因是不增加額外穿戴負(fù)擔(dān)[25]，為達(dá)到此要求將智能元件嵌入到服裝口袋、紐扣等部件中，功能模塊與服裝部件的組合如圖3所示。

1—充電鋰電池；2—超聲波探頭；3—柔性電路主板；4—外接充電口；5—超聲波顯示器；6—電源充放電指示燈；7—距離調(diào)整按鈕；8—柔性細(xì)導(dǎo)線；9—藍(lán)牙串口模塊(發(fā)射)；10—儲(chǔ)存器；11—藍(lán)牙芯片；12—藍(lán)牙天線；13—藍(lán)牙串口模塊(接收)； 14—揚(yáng)聲器；15—Micro USB接口；16—充電鋰電池。圖2 功能模塊設(shè)計(jì)

a—燈光模塊；b—音樂播放模塊；c—超聲波探頭；d—拉鏈；e—電源控制模塊與距離識(shí)別模塊。圖3 功能模塊與服裝部件組合

電源控制模塊與距離識(shí)別模塊組成的柔性電路板置于左口袋夾層中，口袋選用防水、絕緣面料，可以防止電路板受潮遭到損壞，并起到隔離防護(hù)作用；口袋下方設(shè)計(jì)穿線孔洞，方便對(duì)鋰電池充電；口袋外側(cè)裝有拉鏈，便于取出電路板后對(duì)服裝進(jìn)行洗滌，提高了服用性能。超聲波測距探頭作為裝飾性紐扣設(shè)計(jì)在服裝門襟的中間位置，服裝正常穿著時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)遮擋問題，超聲波探頭具有防水功能，不必拆卸，使服裝設(shè)計(jì)更美觀實(shí)用。

音樂播放模塊置于右兜蓋夾層，方便取出充電或存儲(chǔ)音樂。手機(jī)APP通過藍(lán)牙天線與藍(lán)牙芯片實(shí)現(xiàn)智能控制音樂播放功能，由監(jiān)護(hù)人控制音樂開關(guān)、調(diào)整音樂聲音大小以及調(diào)換曲目，進(jìn)一步提升服裝的實(shí)用性。燈光模塊與服裝中太陽圖案融合設(shè)計(jì)在左胸口位置，可以拆卸，方便洗滌，在私密空間有人靠近時(shí)會(huì)閃爍作為提醒。整個(gè)系統(tǒng)電路連接使用絕緣柔性纖細(xì)導(dǎo)線，具有防發(fā)熱、耐用、柔軟的特點(diǎn)，放置于在服裝拼接縫中，更加安全、隱蔽、美觀。

4 結(jié)束語

本文通過對(duì)社交距離與自閉癥兒童社交障礙的研究分析，設(shè)計(jì)了具有距離識(shí)別和音樂播放功能的自閉癥兒童智能服裝。服裝主體為棉質(zhì)休閑外套，超聲波探頭設(shè)計(jì)在服裝門襟的中間位置可準(zhǔn)確識(shí)別有效社交距離，手機(jī)APP根據(jù)不同社交距離智能播放音樂，可有效緩解3～6歲自閉癥兒童的社交障礙問題。智能服裝及電子可穿戴產(chǎn)品市場發(fā)展迅速，也越來越關(guān)注特殊群體的問題和需求，自閉癥兒童功能性服裝具有良好的市場前景。在未來的研究中，可不斷優(yōu)化服裝的實(shí)用性能，這對(duì)自閉癥兒童的輔助治療及功能性服裝研究應(yīng)用具有重要意義。