基于產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)理論的地震救災(zāi)機器人設(shè)計

摘 要：地震具有突發(fā)性強、破壞性大、次災(zāi)害多、搜救困難等特點，災(zāi)害發(fā)生時來不及逃脫的人員會被埋于廢墟，處于受傷、饑餓的狀態(tài)。而地震救援復(fù)雜，需要更靈活的救災(zāi)機器人進(jìn)行搜救，以減少不必要的損傷。如何更加快速地找到廢墟下的傷員并且實施救助，最大程度減少人員傷亡成為了目前地震救災(zāi)的重點研究方向。針對地震造成的問題以及對受災(zāi)人員狀態(tài)的分析，結(jié)合產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計了一款可以與傷員溝通的救援機器人APP，為其設(shè)計了較為齊全的功能，以提高地震救災(zāi)的效率，并為受災(zāi)人群提供身體與心理的全方位關(guān)懷。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)；機器人設(shè)計；軟件設(shè)計；防震救災(zāi)；地震救援；APP

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）12-00-02

0 引 言

中國地域遼闊，地震活動頻發(fā)，如何更加快速找到廢墟下的傷員并且實施救助，最大程度減少人員傷亡成為了目前地震救災(zāi)的重點研究方向。針對地震救災(zāi)等危險情況設(shè)計的機器人大多只能在搜尋和救援時起到輔助作用，尚未發(fā)揮出更大的價值。面對發(fā)生的重大事件，人們需要的不僅僅是機械式救援，還需要得到心理撫慰。隨著人工智能的發(fā)展，能夠識別、理解人類情感的系統(tǒng)設(shè)計也被納入考量，智能產(chǎn)品也相應(yīng)添加了情感化的功能設(shè)計。具備情感安撫功能的救災(zāi)機器人，能夠更好地滿足受災(zāi)人員的生理與心理需求，讓救援變得更加便捷與人性化。

1 地震與防震救災(zāi)問題的概述

1.1 地震災(zāi)害概述

地震是板塊與板塊之間碰撞擠壓產(chǎn)生的能量釋放后形成地震波引發(fā)的災(zāi)害，它難以預(yù)測且范圍廣，破壞性強。地震的眾多次生災(zāi)害如崩塌、滑坡等使人類財產(chǎn)乃至生命安全受到威脅。進(jìn)入21世紀(jì)，全球有約69.6萬人在世紀(jì)初死于地震[1]。隨著地震災(zāi)害的頻頻發(fā)生，有許多人逃離不及而被埋在坍塌建筑中，處于受傷狀態(tài)，且伴有失血過多、缺水等問題，而余震也隨時可能到來，使救援人員也同樣面臨危險[2]。

1.2 防震救災(zāi)問題概述

1.2.1 震前預(yù)警問題

地震的預(yù)警信息是地震監(jiān)測臺根據(jù)記錄的最初幾秒地震數(shù)據(jù)估算的，因此與實際參數(shù)有偏差。地震的預(yù)警需在檢測到地震波時不斷對數(shù)據(jù)進(jìn)行更正，且由于地震的時效性強，所以在發(fā)布數(shù)據(jù)前無法檢測數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。而即使地震能夠被準(zhǔn)確預(yù)測，但反應(yīng)時間以秒計算，居民難以在地震波抵達(dá)之前快速逃往開闊地區(qū)。

1.2.2 震中躲藏問題

地震到來時間短，而居民需要在這段時間內(nèi)找到安全的避難所，因此居民在撤離公寓樓、地鐵站、商場時難免會發(fā)生擁堵踩踏現(xiàn)象。因此避險是需要被重視的問題，視情況和所在位置來選擇逃生或躲避需要具體問題具體分析。

1.2.3 震后救援問題

在震后救援過程中，倘若救援部門的應(yīng)急機制不完善，各部門溝通不順將導(dǎo)致出現(xiàn)重大問題。災(zāi)后的衛(wèi)生條件差，救援人員緊缺，加之動物糞便、污水、垃圾不能有效處理，往往會導(dǎo)致蟲蟻泛濫、鼠患猖獗，可能造成傳染性疾病。地震致使地面開裂，因此救援人員無法順利將急救藥品和器械快速送往災(zāi)區(qū)，且患者無法轉(zhuǎn)移，均嚴(yán)重影響了救援工作的展開。地震的應(yīng)對時間少，次生災(zāi)害可能會發(fā)生，所以對救援人員而言，地震救災(zāi)時間緊，任務(wù)重[3]。

2 產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)研究

2.1 產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的概述

產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)簡稱PSS，基于產(chǎn)品設(shè)計、服務(wù)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計的理論發(fā)展而來。它將實物產(chǎn)品和服務(wù)模式整合成系統(tǒng)。產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)包括產(chǎn)品、服務(wù)以及系統(tǒng)。產(chǎn)品連接了系統(tǒng)和使用者，承載了服務(wù)，而有了服務(wù)的產(chǎn)品會隨之增值。產(chǎn)品觸點和服務(wù)觸點由系統(tǒng)連接[4]。產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)又分為傳統(tǒng)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)和智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)。傳統(tǒng)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)僅僅被儲存和調(diào)用。智能產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)通過搜集、篩選、檢測分析數(shù)據(jù)，及時給出反饋，調(diào)節(jié)部署人員，協(xié)調(diào)用戶躲避逃生[5]。

2.2 產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)解決的問題

對于面臨地震災(zāi)害的人群來說，現(xiàn)有的大部分救援產(chǎn)品都僅滿足了生理救援需求，無法滿足人們的情感需求[6]。針對受災(zāi)人群的不同層次需求，提出借用產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)來介入救援產(chǎn)品，使救援產(chǎn)品更加人性化，為受災(zāi)人群提供更加體貼細(xì)致的救助服務(wù)。產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)的介入，能夠?qū)崿F(xiàn)很多市面上救援產(chǎn)品未實現(xiàn)的功能，讓救援過程更加流暢，同時充分考慮受災(zāi)人員的心理需求，救援產(chǎn)品的情感化設(shè)計旨在對受災(zāi)人員的心理救援[7]。基于服務(wù)系統(tǒng)而設(shè)計的救災(zāi)機器人，將受災(zāi)人員的核心需求以及使用場景融合在一起，提高了救災(zāi)機器人的服務(wù)質(zhì)量。

3 與救災(zāi)機器人結(jié)合的APP功能設(shè)計

為了使機器人具備更全面的功能，為機器人配備了APP。APP在震前提供預(yù)警以及規(guī)劃逃生路線；震中進(jìn)行情感安撫，顯示周圍環(huán)境并向親友發(fā)送實時情況；震后輔助救援隊員進(jìn)行救援，機器人前進(jìn)時對周圍情況進(jìn)行探索，規(guī)劃救援路線，并安撫幸存者。在日常使用中用戶可以瀏覽推文，從而增加對地震相關(guān)信息的了解；針對老年群體，除了在逃生時為他們提供語音指引；針對部分存在視力障礙或者文化水平有限的老年人，推出了語音閱讀推文功能，以期提高群眾反應(yīng)能力以及生存能力。APP界面如圖1所示。

APP的設(shè)計以用戶為中心并不斷完善，旨在地震來臨時助力群眾有序逃生，大幅提高救援效率。

4 救災(zāi)機器人設(shè)計

在救援過程中，人力難免有無法到達(dá)的地方，救援人員也時刻面臨著危險。而救援機器人的引進(jìn)不僅可以有效減少人力資源的損耗，保護(hù)救援人員安全，還可以完成搜尋、救助、撤離等任務(wù)，效率極高。通過結(jié)合地震現(xiàn)場環(huán)境與受災(zāi)用戶需求，達(dá)到人員、財產(chǎn)保護(hù)的最大化。

“智蛛”機器人可以在第一時間被空投至災(zāi)難現(xiàn)場進(jìn)行搜索救援。“智蛛”機器人以6只機械足行進(jìn)，在確保其穩(wěn)定性的同時又確保了它在復(fù)雜地形環(huán)境中的越障行進(jìn)能力。同時，“智蛛”設(shè)計了保護(hù)頭部的模塊，利用磁吸讓其機械臂與機器頭形成一個半包圍的密閉空間，防止余震對人員造成二次傷害。機器人基本功能設(shè)計如圖2所示。

“智蛛”可以深入地震現(xiàn)場的內(nèi)部進(jìn)行探測，在外進(jìn)行多端遠(yuǎn)程控制，從而獲得更全面的信息。搜集信息標(biāo)注后，將規(guī)劃的救援路線送到APP中，大幅提高了搜救效率。機器人不僅節(jié)省了資源與人力物力，還能提供準(zhǔn)確的地震信息作為搜救參考，大大提升了受害者的生還率。

“智蛛”能深入廢墟尋找被困人員，給受災(zāi)群體提供救助庇護(hù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)幸存者時，“智蛛”還可以為該幸存者提供營養(yǎng)劑，并將吸管定位到幸存者嘴邊以維持幸存者生命，等待救援。同時，還能夠為受災(zāi)群體提供遠(yuǎn)程影像對話，進(jìn)行語音關(guān)懷，從而讓被困人員重新燃起生存的希望和信心。

產(chǎn)品的核心觀念圍繞生命至上，以降低生命財產(chǎn)損失為出發(fā)點，給在震區(qū)受災(zāi)群體提供生命救助的同時又能夠為他們帶來心理救護(hù)。

5 結(jié) 語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，針對地震災(zāi)害的救援技術(shù)越來越成熟，各類救援機器人紛紛問世。在對受災(zāi)人員及其家屬以及救援人員的需求和痛點進(jìn)行深入分析后，運用產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)理論構(gòu)建“產(chǎn)品+服務(wù)”系統(tǒng)[8-10]，能夠更加有效地提升地震搜救效率并且提高被困者生還率。通過產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)，使用者可以通過APP規(guī)劃路線進(jìn)行躲避，在被困時可以及時告知親人自己的狀況并且得到安撫，同時告知救援人員被困人員的位置以及身體狀況，規(guī)劃救援路線。后期將對產(chǎn)品不斷改進(jìn)，完善其功能，以期更好地為災(zāi)區(qū)人民服務(wù)。

注：本文通訊作者為蔣美玲。

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基金項目：省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目：SMART SPIDER 智蛛地震救援類產(chǎn)品（202311463121E）

作者簡介：祖語璐（2003—），女，研究方向為工業(yè)設(shè)計。

蔣美玲（1992—），女，碩士，助教，研究方向為工業(yè)設(shè)計。

滕麗云（2000—），女，研究方向為工業(yè)設(shè)計。