基于健康設計的居家智能種植機設計研究

摘? 要：健康生活一直以來都是人們關注的話題，許多城市人群開始嘗試居家種植。研究表明，種植也可以緩解人內心的壓力與焦慮等負面情緒。然而，種植本身具有一定難度，傳統的種植工具符合具有相應種植文化的用戶群體。本文將健康因素融入到智能種植機的設計中，提出一個創新的智能化種植機設計方案，旨在降低用戶時間與精力成本，同時滿足于美觀度與實用性，提升用戶健康生活體驗。

關鍵詞：產品設計；智能化；種植機

一、研究背景

（一）健康設計

健康設計是在健康工業設計上關注人機關系、人環關系的基礎上進一步以人為中心的設計生活。在20世紀80年代，英國皇家工業設計師艾倫·泰先生第一次提出了健康工業設計的概念[1]，核心觀念是，健康設計首要的是關照個體的行為健康，個體行為需要合理的設計產品來促進行為健康。健康工業設計，可以將人與產品的互動性更好地體現其中，使產品更具人性化，讓人們在愉悅的體驗中提高生活質量和精神享受。因此，健康設計以滿足生活方式改變的需求而誕生，它從生活的本身出發，讓人們充分體驗生活、感受生活、自覺得設計高質量的生活，提高自我價值的實現和幸福感。居家種植給用戶帶來了健康的食品，更重要的是倡導了健康的生活方式，促進了健康設計，也給社會乃至世界的生態健康起到了積極作用。

（二）食品安全問題

眾所周知，食品安全是重大的民生問題。目前食品安全已成為全社會關注的焦點，食品安全問題主要表現在食品源頭污染，如農藥殘留、化肥濫用、獸藥殘留、重金屬污染、生物毒素、轉基因食品、食品摻假、食品投毒等[2]。現如今對于侵害消費者安全權益的商家已經比比皆是，經常出現的異常情況也讓廣大人民群眾對于食品安全問題抱有不小的顧慮，于是人們對于智能化種植產品有了新的期待，經簡易操作得到健康食品是人們共同對于居家種植的愿望，而居家智能種植機的出現給消費者提供了新的選擇。隨著科技的進步與人們對于食品安全、健康環保的關注度不斷提高，居家智能種植機將有機會成為未來家庭生活中不可或缺的一部分。

二、國內外研究現狀

通過對搜集資料的統計顯示，國外對于居家種植栽培產品的發展已經較為成熟。陽臺設置菜園已經在歐美、日本和新加坡等一些國家成為了較為常見的事情，甚至有部分海外城市居民吃的蔬菜有大約五成是來自于自家的種植，在美國，都市農耕概念興起于20世紀60年代，這一概念鼓勵城市人們利用家中的屋頂或者庭院等環境進行種植以降低生活成本。直至今天，美國的大多數人們也會普遍性在家種植，不僅是經濟不景氣降低生活成本，還可以讓自己吃上更為健康更為新鮮的食物，與此同時，園藝也是一項優質的活動，讓人們享受樂趣又有成就感。英國也是如此，英國皇家園藝協會鼓勵都市人群學習利用多余空間種植蔬菜，讓陽臺和后花園種滿蔬菜。日本的廣大居民在核泄漏事件過后更為注意食品安全問題，于是居家種菜的人數也越來越多。在此基礎上，國外智能化種植產品也已經有了較大的發展。

在我國，很多城市也制定了都市農業計劃和及相關政策，期望人們利用家中的陽臺來發展農業經濟，居家種植的蔬菜不僅能夠給人們提供健康新鮮的蔬菜，還可以起到美化環境的作用。但是，中國城市面臨的住房問題非常嚴峻，房價太高，住房面積就變得非常狹窄，小面積居家種植是更為值得注意的方向。綜上所述，國內外在居家智能種植產品領域的研究已經取得了一定的進展，但是相比于國外，國內在該領域的發展尚處于起步階段，具有巨大的潛在市場。

三、市場調研與分析

（一）競品分析

據調查，國內市場上現有的居家 智能化種植產品主要分為智能花盆、智能種植機、智能檢測儀、智能植物屏風。其中智能花盆和智能種植機占據了絕大部分，少有檢測儀與其他類型。其中以小米品牌最先推出的智能花盆為例，它主要面對的用戶是上班族和學生黨，材料是使用的不易腐蝕的啞光ABS高強材質，簡約白色灰瓷外觀，主要的功能的技術實現是燈光指示，不同顏色的燈光代表植物不同的狀態；數據監測花草狀態（水分、養分），非接觸式電容監測探頭，監測芯片巧妙置入盆壁內；接入米家APP手機端，輔助了解植物信息和養護參數。這款產品獲得了2017年度的德國IF設計大獎。同類產品和它一致是簡約、北歐風格較多，基礎滿足的功能則是利用不同的傳感器去監控植物的狀態，再通過控制中心和燈光、顯示屏或者擴音器對數據做出一個反饋，最主要的是自動滿足植物的燈光需求和補水需求，在此基礎上，再添加其他額外功能，例如提供植物信息的查詢。而無論是智能花盆還是智能種植機都分為水培和土培兩種種植方式，兩者也有著較大的區別。

相較于國內并無占據較大市場分量的品牌，國外智能種植產品的品牌就顯得更為成熟，對于提供以人為中心的設計，美國CLICK GROW品牌名下的智能設備主要針對對于綠植養護有興趣額城市居民，可以使用智能設備種植新鮮的蔬果。產品種類繁多，分為單個桌面式和組合站立式，但價格都較為昂貴，基本的功能點式智能補充光照，智能校準自動澆水。產品的使用場景均為室內。另一個品牌AeroGarden在基本功能和外觀上也大概與前例相似，更為亮眼的功能式增加了觸摸屏控制面板，并且顯示所有的植物相關重要統計數據（水位，種植天數，關系狀態）。

值得注意的是一款智能無線植物檢測儀，可以靈活地插入任意花盆內準確測量影響植物健康生長的關鍵要素，包括土壤濕度、肥料水平、環境溫度以及光照強度，這樣的產品突破了智能花盆對于植物大小的限制。并且，這款檢測儀是現實無線聯網，可以實現數據傳輸到連接設備上云記錄。關于產品歸納總結表格如表1所示。

（二）趨勢預測

在概念產品趨勢調研方面，有以下幾款亮眼的設計值得學習（如圖1）。

盧森堡一家名為Mu-Design的公司推出了一款智能花盆——Lua，通過讓技術的“人性化”來建立物聯網的情感分支，讓植物秒變寵物。其外側LED屏能模擬植物的表情，展示它們健康狀況和心情。Brot是一個燈和花盆的組合設計，不僅為室內提供了光源，也為花盆里的植物提供了光子。Brot上半部分儲存著光，下半部分作為一個環形容器用于種植植物。你可以在里面播種各種各樣的種子，一周之內就會得到一套非常健康的自家種植的草本植物或豆芽，是可以食用的。同時Brot還具有照明的功能。LeGrow，只需將白色方塊彼此插入即可，可作為適合您植物的標準化模塊。它甚至配備了加濕器，可以滋養植物，同時還可以使房間內的環境變得舒適，同時燈泡模塊可以模仿太陽的光環給植物提供光子。Botanist花盆包括三個部分：觸摸屏，連接器和探針。探針棒掃描并分析室內植物的土壤，以便傳達植物可能需要的信息，該信息顯示在屏幕上，用戶可以了解室內植物的土壤，pH，光線，溫度和濕度水平。PLUG&PLANT將插槽板固定在墻上，插入智能水槽，將供養植物生長的插頭嵌到插槽板中，之后每個月在水槽中補充一次水分，智能水槽會根據植物種類的不同，進行指定的水分供養，每個插槽里都嵌著傳感器，能實時搜集濕度、溫度、光照的信息。

這給設計帶來了值得思考的產品特殊創意點。例如第一個提醒注意培養植物過程中設備與用戶互動的趣味性；第二個產品探索植物養護設備能否與其他日常用品相結合，使其更佳地融入環境；第三個提醒思考多個植株組合狀態下地智能養護方式，第四個探索了更多植物探測儀的便捷使用方式；第五個對于種植系統的形狀和安置位置都做了不同的嘗試。

（三）用戶分析

1.需求調查

通過對不同人群的使用訪談法、用戶畫像、用戶旅程圖的方法，得出結論，總結痛點和需求，指導設計方向（如圖2）。

在此選用基數更大的青年人群為例，選取了上班群體和學生群體兩類典型用戶進行訪談（線上和線下方式結合），本次訪談旨在了解居家種植的青年群體的種植動機以及面臨的挑戰和需求點。以下是訪談的主要內容與發現。

（1）受訪者基本信息

本次訪談共有20名受訪者，年齡在20-35歲之間，其中男性占比55%，女性占45%。受訪者分別來自不同的職業領域，包括學生、教師、醫生、工程師等。

（2）種植動機和體驗

①健康飲食。多數受訪者表示，居家種植的初衷是為了獲得更加健康、有機和環保的食材。他們認為自己種植的蔬菜更加新鮮、無農藥殘留，有助于提高自己的飲食質量。②放松和娛樂。種植活動也被視為一種放松和娛樂的方式。一些受訪者表示，通過種植可以緩解工作壓力和焦慮，使自己感到愉悅和充實。③增加親子互動。一些家庭主婦和家長表示，通過與孩子一起種植，可以增加親子之間的互動和溝通，培養孩子的責任感和耐心，同時也有助于孩子的成長和身心健康。

（3）種植收獲和挑戰

①收獲豐富。多數受訪者表示，通過居家種植，他們獲得了豐富的食材和花卉，同時也提高了自己的園藝技能和知識。②面臨挑戰。受訪者也提到了一些挑戰，如缺乏種植知識和技能、難以掌握種植時機和天氣變化、病蟲害防治等問題。此外，一些受訪者表示，種植需要花費較多的時間和精力，難以與日常生活和工作平衡。

（4）需求和建議

①獲取信息和技術支持：受訪者希望能夠獲得更多的種植信息和技術支持，包括種植技巧、病蟲害防治方法等。他們建議開設線上或線下的種植課程和交流平臺，以便互相學習和分享經驗。②增加便捷性和趣味性：一些受訪者建議開發更加便捷和有趣的種植產品，如智能種植機、家庭植物養護用品等，以滿足年輕人的需求和興趣。③建立社區和互動平臺：受訪者希望建立一個居家種植的社區和互動平臺，以便互相交流和分享經驗，同時也可以共同參與種植活動和項目。

通過本次訪談，我們了解到居家種植的青年成年群體的種植動機、體驗和收獲，以及面臨的挑戰和需求。

通過市場分析方法，居家智能種植需求可以分為：基本型：包括滿足植物日常生長需求（光照、水分、肥料）和及時提醒相關養護操作；期待型：包括可以遠程操作及得到反饋和獨特的養護操作提示操作；魅力型：包括植物日常生長錄像、植物科普知識查詢、植物醫生輔助診察植物異常情況和相關植物興趣社區交流平臺。其中可創新點的總結如表2所示。

2.場景分析

居家種植的場景主要是在室內，還有室內的延申——陽臺。陽臺是家居環境中的一個小空間，通常是家庭住宅的一側，具有一定的日照和通風條件。陽臺的環境相對封閉，缺少自然土壤和陽光雨露，但卻是人們在居室最接近自然的空間。居家智能種植機需要適應家庭環境，家庭的空間大小、光照、溫度和濕度都會影響種植機的性能，其中，由于國內購房壓力較大，空間的有效利用是重要的考量因素。總結陽臺的環境特點如下：

（1）陽臺環境相對封閉，缺乏自然土壤和陽光雨露，需要通過種植機提供適宜的種植環境；

（2）陽臺空間較小，需要合理利用空間，確保種植機的尺寸和重量與陽臺相匹配；

（3）陽臺日照時間和強度因地理位置和季節而異，需要種植機能夠調節光照，以滿足蔬菜的生長需求。

四、產品構思及定位

（一）產品構思

產品的生態化特征要求將產品和人與自然環境視為統一的整體，在產品整個周期內，需要考慮如何節約材料和資源以及如何減少污染，如何提高產品的回收和再利用率。在此基礎上，于是設計時，可以采用滴灌技術，提高水源的利用率，節約水資源；在外形和結構方面，可以使用低成本，符合生態化的設計理念的再生材料作為主材料。此外，產品本身起到更多的作用例如美化家庭環境。在智能化方面，產品的功能實現上，可以使用智能化技術，將數據智能化呈現給用戶，讓用戶通過簡單的操作即可可以培育健康的植物，在通過多種傳感器共同檢測植物健康，提高植物生存率。

（二）可行性分析

1.技術可行性

（1）滴灌技術

滴灌是將具有一定壓力的水，過濾后經管網和出水管道（滴灌帶）或滴頭以水滴的形式緩慢而均勾地滴入植物根部附近土壤的一種灌水方法。滴灌技術是智能化時代的產品，原理為物聯網傳感器與由水泵裝置、供水管道、滴 頭噴頭共同構成的系統相連接，將其接入中央智能控制中心，形成滴灌一體的智能化系統[3]。物聯網傳感器對周邊環境情況產生全面感知，發現土壤中的環境因子低于綠植生長最佳條件時，信息會反饋給中央控制系統，系統啟動水肥輸送功能，通過滴灌的方式，給綠植提供充足的水肥[4]。滴灌與其他灌水技術相比較，具有許多不同的特點，其系統組成和其他灌水方法也不同。它沒有噴水或溝渠流水，只讓水慢慢滴出，并在重力和毛細管的作用下進入土壤。滴入作物根部附近的水，使作物主要根區的土壤經常保持最優含水狀況。

（2）無土栽培技術

無上栽培是一種不用天然土壤而采用含有杭物生長發育必需元素的營養液來提供營養，使植物正常完成整個生命周期的栽培技術。無土栽培可以分為水培和霧培兩種類型，水培是指將植物根系直接浸泡在營養液中，此方法操作簡便，適合于葉菜類蔬菜的栽培。霧培是將營養液濃縮成氣霧狀直接噴到作物的根系上，根系懸掛狀態，此方法適合于高密度、高效率的栽培。

2.市場可行性

快節奏發展背景下，綠色生活和健康飲食逐漸成為人們追求的生活方式。居家智能種植機作為一種集智能化、綠色化、便捷化于一體的種植設備，具有廣闊的市場前景。隨著家庭園藝和綠色生活方式的普及，家庭農業市場呈現出迅速增長的趨勢，為居家智能種植機提供了廣闊的發展空間。各大電商平臺的興起和普及，為居家智能種植機的銷售提供了便捷的渠道，降低了市場推廣的難度。

綜上所述，居家智能種植機具有廣闊的市場前景和較強的技術可行性。然而，要想在市場競爭中脫穎而出，需要不斷提高產品的品質和創新性，滿足消費者的多樣化需求。在未來的發展中，居家智能種植機有望成為家庭農業市場的重要力量，為人們的綠色生活和健康飲食提供便捷、高效、優質的服務。

五、設計實踐

根據調研成果和研究進行設計實踐。

（一）設計方案

通過概念草模來實現產品的造型設計，具體如圖3所示。

（二）產品工作原理

此產品主要使用到了兩個技術，利用水浸傳感器和水位傳感器合作監控水位，發送到控制中心，再由控制中心給燈光設備發去信息，給用戶反饋水量情況

水浸傳感器：接觸式水浸報警器，利用液體導電原理進行檢測。正常時兩極探頭被空氣絕緣;在浸水狀態下探頭導通，傳感器輸出干接點信號。當探頭浸水高度約1毫米時，即產生告警信號。

水位傳感器：傳感器固定后即可直接使用。由于電容式水位傳感器檢測到的電容值在五液體和有液體時變化不一樣，傳感器根據檢測到的電容值的變化給出信號。接收到信號后，設備控制提醒信號。

（三）產品的三視圖與爆炸圖

產品具體的三視圖與爆炸圖如圖4和圖5所示。

（四）設計方案表現以及呈現

產品的效果圖和場景圖如圖6所示。

產品使用說明：這是一款智能化居家種植機，外觀為三層土培盤，使用無毒無害ABS塑料材料制成。頂層注入水源，即可注入三層的儲水箱，每個儲水箱容量達到1.5L，可供給植物四十天以上的水分需求。工作原理是水浸傳感器和水位傳感器合作監控水位，發送到控制中心，再由控制中心給燈光設備發去信息，給用戶反饋水量情況。種植機靈感來源于蘑菇造型，又稱倒金字塔形，塑造空間感，與居家環境融合，具有裝飾作用。

六、結語

通過綜合運用文獻研究、市場調研、用戶分析的方法，筆者提出了一種集創新、健康、美觀與環保于一體的智能種植機設計方案。在研究過程中，我們可以發現健康設計在居家智能種植機中的意義不容忽視。用戶對于能夠促進健康、提供安全食品的種植設備也具有強烈需求。用戶在期望設備在保證種植效果的同時，能夠提供便捷的種植體驗節省時間與精力，該方案著重于通過智能化技術滿足這些需求，使居家智能種植機成為一種健康生活的工具。總的來說，通過本研究，筆者提出一種基于健康設計的居家智能種植機設計方案。筆者相信，隨著科技的不斷發展和用戶對于健康生活方式的日益關注，智能種植機將會在未來具有更大的發展空間，為用戶帶來更健康的食品選擇和更豐富的生活體驗。

參考文獻

[1]亓浩然，鄧嶸.基于健康設計思維的母嬰冰箱設計研究[J].藝術科技，2021（3）：24-25.

[2]王偉.食品安全問題探析[J].湖北農業科學，2006（6）：687-690.

[3]王申，周杰，田敏.新模式在農業工程DSP技術中的實踐研究[J].現代職業教育，2019（4）：94-95

[4]嚴英.園林綠化中滴灌水肥一體化技術應用[J].花卉，2023（16）：70-72.

作者簡介：程鑫，南京理工大學設計與藝術傳媒學院碩士研究生

指導老師：李亞軍