老齡化背景下適老化智能互動產品設計研究

中圖分類號：TB472 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945(2025)24-0132-04

Abstract:Againstthebackgroundofaging，Chinawillactivelyrespond topopulationagingasanationalstrategy， systematicallproposingaseriesofmeasurestodevelopthesilvereconomyandimprovethewell-beingoftheelderly，and proposingrequirementsforstrengtheningscientificandtechnologicalinnovationanddesignandresearchanddevelopmentof seniors-friendlyproducts.Falingoftheseniorsistheleadingcauseofinjuryanddeathintheelderly.Inordertoreducethe riskoffalingoftheseniorsandinterveneinatimelymanner，thispaperdesignsandproposesanaging-suitableintellgent anti-fallshoeproduct.Basedonadetailedanalysisofthefallhazardsandfallpreventionneedsoftheelderly，thedesignof anti-fall shoesandsmartAPPiselaboratedindepth，aimingtoreducetheriskofacidentalfalsintheelderlythrough seniors-friendly and intelligent design of anti-fall shoes.

Keywords:aging;seniors-friendly；inteligent interactive product；product design; intelligence

根據國際老齡化社會標準，65歲及以上老人占比7% ，意味著進入淺度老齡化社會；老年人占比 14% ，意味著進入深度老齡化社會；占比超 20% ，標志著進入超級老齡化社會。根據第七次全國人口普查數據，我國60歲及以上人口為26402萬人，占比 18.7% ，65歲及以上老人人口19064萬人，占比 13.50% 根據當前發展趨勢，“十四五\"末，我國將進入中度老齡化社會，2040年將進入深度老齡化社會。為應對老齡化社會發展趨勢，2024年《國務院辦公廳關于發展銀發經濟增進老年人福祉的意見》，強調\"堅持以人民為中心的發展思想，實施積極應對人口老齡化國家戰略，加快銀發經濟規模化、標準化、集群化、品牌化發展，培育高精尖產品和高品質服務模式，讓老年人共享發展成果，安享幸福晚年”，為實現該自標，提出“加強服裝面料、款式結構、輔助裝置等適老化研發設計，開發功能性老年服飾、鞋帽產品\"等措施。根據研究數據顯示，跌倒是我國傷害死亡的第四位原因，且是65歲以上老年人傷害死亡首位原因。針對老年人跌倒風險，本文提出了一種適老化智能防跌倒鞋，通過將信息技術融入鞋產品設計，以柔性傳感技術和氣囊系統相互作用為支撐，改善因老年人足底壓力過高而造成的動態平衡能力降低、跌倒風險增加等問題，達到預防老年人跌倒的目的。

1老年人防跌倒需求分析

1.1老年人跌倒概述

根據醫學研究顯示，老年人跌倒死亡率隨年齡增加而急劇上升，并導致大量老年人殘疾，還對老年人身心健康造成不利影響，如跌倒后恐懼心理可能造成老年人活動能力降低，造成其活動范圍受限，生活質量下降。根據美國疾病預防控制中心2006年數據顯示，約有 30% 的65歲以上老年人出現跌倒的情況。根據2006年全國疾病監測系統死因監測數據顯示，我國65歲以上老年人跌倒死亡率男性為 49.56/10 萬人，女性為 52.80/10 萬人。在我國已進入老齡化社會背景下，按 30% 跌倒發生率估算，預估每年有5000多萬老年人至少發生1次跌倒風險，嚴重威脅老年人身心健康、日常活動和獨立生活能力。

老年人跌倒主要原因為隨年齡增長，老年人動態平衡能力下降，本體感受器發生改變，壓力集中在前腳掌處并產生較大的負荷刺激，導致足部疲勞，加之老年人中樞控制能力下降、對比感覺降低、反應能力下降，造成老年人反應時間延長，跌倒風險增加[]。

1.2老年人防跌倒產品設計需求

近年來，老年人跌倒風險智能產品受到廣泛重視，現有研究方向包括智能家居、智能穿戴、生物信號檢測等，采用的技術多為圖像識別技術和傳感器技術等，其中可穿戴智能產品具有可用于戶外，貼合人體、數據精準監測等優勢，尤其是鞋類產品是老年人日常出行必需品，因此，鞋類智能產品設計具有很大優勢

通過對互聯網平臺防跌倒老年人鞋類產品，多主打防滑、軟底，但由于老年人自身平衡能力和反應能力降低，穿過軟的鞋行走可能導致老年人意外跌倒風險增加。現有研究表明老年人肌肉、韌帶彈性變弱、足弓塌陷導致足部疲勞、支撐力下降，易發生跌倒問題。已有研究專利產品發現，通過增加氣囊系統和借助人工智能控制鞋底姿態，有助于改善老年人足底壓力過于集中、負荷刺激、足底壓力異常等問題，從而達到降低跌倒風險的效果[4。

通過調研老年人防跌倒鞋類產品設計思路和需求，總結老年人防跌倒智能化鞋設計需求為： ① 避免老年人跌倒，通過調節鞋底氣囊適應老年人足底壓力，達到預防老年人跌倒的自的； ② 產品輕便、安全舒適，盡可能不增加身心負擔； ③ 智能化設計，當老年人發生意外跌倒時，系統自動檢測、判斷跌倒行為，向監護人報警。

2 智能互動產品設計

力信號給氣體控制結構，實現足底氣囊充放氣，平衡老年人足底壓力，達到預防老年人跌倒的自的； ② 監測報警系統集成自動/手動求救功能、定位功能，可將老年人跌倒信號、定位信號傳遞給監護人，實現老年人意外跌倒監測、干預、求救。

2.2氣囊系統設計實現

氣囊系統由壓力傳感器和氣囊組成。壓力傳感器內置于足底鞋墊中，用于采集老年人足底壓力數據，避免直接放置在氣囊系統中導致鞋底電線排布過于復雜，提高鞋子結構整體穩定性。常用壓力傳感器類型包括壓阻式、電容式、摩擦電式等5，由于壓阻式、電容式無法自供電，摩擦電式壓力傳感器可實現自供電，且具有良好的透氣性、舒適性、耐沖洗性等優點，采用摩擦電式設計降低了壓力傳感器外置供電需求。

壓力傳感器分布設計時，基于運動生物學理論設計采用11個壓力傳感器，分別位于足跟部、足弓內外側（圖1)，其中，足根部4個傳感器按矩形布置；足弓內側設計4個傳感器，分別位于第1、2、3跖趾關節處，第4、5跖趾關節處；足弓外側傳感器3個，分別位于第1、2、4趾間關節處。

2.1智能互動產品設計思路

圖1足底壓力傳感器分布示意圖

結合老年人防跌倒需求調研，提出防跌倒預防系統實現思路為： ① 壓力傳感器監測足底壓力并傳遞壓

氣囊系統設計時，根據老年人足部壓力分布情況，將氣囊系統設計為足底和腳背兩部分。足底氣囊固定在鞋底，可細分為前掌氣囊組和足跟氣囊組，每個氣囊組由左右2個氣囊組成，其中，前掌氣囊組固定在第1趾和足前掌第2、3跖趾關節處，通過增加氣囊系統設計平衡足底壓力，避免因足部應力集中造成疲勞、足部疼痛問題，并通過氣囊充放氣預防老年人前傾或左右傾，起到干預老年人平衡能力的作用。足背氣囊系統固定在鞋子內表面，分別位于腳背和腳踝處，主要作用于足背和踝關節，通過貼合足背調節足部壓力，使鞋子與足部密切貼合并避免過度壓迫腳背。踝關節處氣囊系統起到調節鞋子對踝關節支撐、維持足部平衡的作用。

老年人穿戴出行過程中，氣囊系統適當充氣，并根據老年人足部壓力變化情況調節氣壓，從而實現鞋子與足背、腳踝、足底緊密貼合，腳腔動態包覆，為老年人足底、足背、腳踝提供支撐力，維持足底動態平衡，從而提高老年人動態平衡能力，降低老年人跌倒風險。氣囊系統由處理模塊、微型電磁閥、微型泵、原料儲存裝置組成，均設計固定在鞋底，當壓力傳感器檢測到足部壓力變化時，傳感器將數據傳送給處理模塊，處理模塊控制微型電磁閥和微型泵動作，微型電磁閥打開，微型泵啟動并經導向軟管向局部氣囊輸送或抽出氣體。

為防止氣囊系統過度動作導致氣囊系統過度放氣或膨脹破裂，足底氣囊系統設計2層支撐板，2層支撐板中間夾芯設計微型復位彈簧，防止足底氣囊系統完全放氣后失去彈性、支撐作用。足弓氣囊系統位于足背和腳踝處，不需要考慮過度放氣最小值問題，但可能因過度充氣而出現膨脹破裂，為解決該問題，設計在足背氣囊和腳踝氣囊系統中增加牽拉彈力繩，提高氣囊系統抗壓性能，防止過度充氣而造成氣囊破裂。

2.3 監測報警系統設計

根據產品設計思路，監測報警系統起到通知監護人和緊急求救、評估判斷跌倒風險、燈光與語音提示等作用。為實現功能需求，設計監測報警系統由壓力傳感器、蜂鳴器、定位模塊、藍牙模塊組成，其技術原理為壓力傳感器收集老年人足底壓力信息，對老年人跌倒風險進行分析判斷。一旦發生跌倒風險，系統自動通過藍牙模塊發送老年人位置信息、報警信息至監護人手機，或老年人手動按下報警按鈕觸發蜂鳴器報警，引起監護人注意和干預。

考慮到鞋子體積與重量、穿戴舒適性和美觀性，監測報警系統組件設計不宜過大，且不宜集中布置。因此，監測報警系統分別設計在鞋墊、鞋底、鞋面和監護人手機處。

鞋墊區域集成設計處理模塊、壓力傳感器、GPS定位模塊、GSM短信模塊、藍牙發射模塊。各模塊功能分別為： ① 鞋墊處理模塊為集成模塊，作用為采集老年人足底壓力數據，通過分析判斷老年人足底壓力數據，數據經GSM短信收發模塊發送至監護人手機，以此評估老年人跌倒風險。當老年人跌倒時，處理模塊根據壓力數據判斷是否為跌倒狀態，并將跌倒信號經藍牙發射、鞋底藍牙接收模塊傳輸至鞋底處理模塊；② 壓力檢測模塊由摩擦電式傳感器實現，同側腳足底壓力傳感器相互連接，并與鞋墊內處理模塊連接，足底壓力數據作為老年人健康狀況和跌倒狀態判斷依據。當正常行走狀態時，傳感器檢測到足底壓力則輸出1，未檢測到足底壓力則輸出0，如果其中一只腳突然為0時，則可判定老年人意外跌倒； ③GPS 定位模塊用于采集老年人位置信息； ④⑥① 短信模塊用于輸出短信，如老年人跌倒后，處理模塊聯動報警模塊發出報警聲，如老年人在 30s 內未取消報警，則處理模塊采集GPS模塊信息并將位置信息發送至監護人手機，便于監護人及時干預； ⑤ 藍牙發射模塊將跌倒信號發送至鞋底區域。

鞋底區域集成設計處理模塊、蜂鳴器、電源模塊、藍牙接收模塊。各模塊功能分別為： ① 鞋底處處理模塊用于接收處理藍牙接收模塊接收的跌倒信號、手動按下報警信息，驅動鞋底蜂鳴器動作； ② 蜂鳴器設計在鞋底，可通過處理模塊驅動發出報警聲，也可由老年人手動按下位于鞋面的報警按鈕蜂鳴報警，其作用是引起周圍人注意并防正發生二次傷害； ③ 電源模塊采用微型電源供電，為鞋底處理模塊、蜂鳴器和藍牙接收模塊供電； ④ 藍牙接收模塊負責接收鞋墊區域跌倒判斷信息，并將數據發送至處理模塊，跌倒信號經處理模塊后驅動蜂鳴器動作。

報警按鈕設計固定在鞋面處，其作用為老年人意外跌倒后手動按下報警，聯動蜂鳴器報警，或錯誤報警時復位關閉蜂鳴器。

2.4適老化智能互動APP設計

根據老年人防跌倒需求分析和防跌倒鞋產品功能設計，適老化智能APP實現功能主要包括監護人獲取跌倒報警信息、足底壓力監測分析、防跌倒知識推送等功能。適老化智能互動APP功能模塊可分為“主頁\"\"數據”“設備添加”“知識發現\"和“我的信息”等部分。

“主頁\"功能模塊包括足底壓力監測、當日行走步數、行走時長、行走距離、跌倒報警等子功能組件（圖2)。其中，行走相關功能與同類功能APP類似，跌倒報警子模塊則與地圖關聯，當接收到防跌倒鞋經GSM短信模塊發出的報警信息后，APP主頁彈出跌倒告警，事實位置關聯GPS定位信息和高精度地圖，方便監護人及時干預，減輕老年人跌倒導致傷害嚴重程度。

圖2當日行走數據展示

“數據\"功能模塊足底壓力歷史數據、數據對比分析等功能組件，歷史數據可按日、周、月查看足底壓力歷史數據。數據對比分析模塊可根據足底壓力歷史數據，按日、周、月進行對比分析。

“設備添加\"模塊實現功能包括藍牙連接、設備選擇、設備狀態等功能，手機APP經設備藍牙與鞋子配對、通信，用戶可進行修改防跌倒鞋名稱、選擇設備、刪除設備和查看設備狀態等操作

“知識發現”模塊包含知識推送、知識搜索等功能，APP服務端定期向監護人推送老年人防跌倒預防干預、輔助工具選擇與使用、生活注意事項、家居裝修裝飾等知識，供監護人和老年人了解、掌握防跌倒相關知識。考慮到知識推送內容較多、內容較為復雜，面向用戶提供知識檢索功能，用戶可根據自身需求模糊檢索關鍵詞，APP按檢索結果相關性自動排列，便于用戶閱讀。

“我的信息\"模塊為用戶設置基本信息，包括老年人基本信息、設置等子模塊。基本信息包括年齡、性別、身高和體重等信息。設置子模塊實現APP用戶注冊、認證、修改密碼等功能。

3結論

老年人跌倒發生率高，后果嚴重，是老年人傷殘、死亡主要原因之一，意外跌倒不僅危害老年身心健康、生活質量，并對家庭造成嚴重的疾病負擔。我國進入老齡化社會背景下，基于信息技術研發適老化智能化產品有利于發揮技術優勢，進一步豐富適老化智能互動產品供給，智能防跌倒鞋產品是適老化智能產品的重要品類，加強智能防跌倒鞋設計有利于降低老年人跌倒風險，及時發現和干預老年人跌倒，降低跌倒對老年人身心健康的威脅。

參考文獻：

[1]李昌禹，易舒冉.發展銀發經濟增進老年人福祉[N].人民日報，2024-03-21(018).

[2]巫舒君，朱思懿，鄒祖全，等.老年人跌倒的流行病學研究進展[J].預防醫學，2024，36（7）：590-593，597.

[3]魏長帥.智慧居家養老產品服務系統設計研究[D].濟南：山東建筑大學，2024.

[4]燕然，莫文娟.基于智能化的防跌倒預警及自動呼救產品設計研究[J].科技創新與應用，2024，14(4)：39-41，45.

[5]訾亞鑫，呂柯，王冬.智慧居家養老背景下的家居產品自然交互設計研究[J].鞋類工藝與設計，2023，3(19)：135-137.

[6]劉卓，何雨心，朱稼鑠.智慧養老產品的積極老齡化設計思維與要素[J].藝術與設計(理論），2023，2(5)：101-104.

[7]何雨心.積極老齡化視角下的智慧養老產品設計研究[D].天津：天津理工大學，2023.