基于SET因素分析法的学龄前儿童智能机器人设计研究.pdf

科学与艺术2023 年 第 7 期064/INDUSTRIAL DESIGN 工业设计基于 S E T因素分析法的学龄前儿童智能机器人设计研究摘要：为了获得较为科学合理的学龄前儿童智能机器人设计方案，提高用户对儿童智能机器人的满意度，文章首先通过调研分析了儿童智能机器人设计的现状及存在问题。其次归纳学龄前儿童的认知特点和 SET 因素，对儿童智能机器人的目标用户需求进行拆解和分析。最后归纳总结出针对学龄前儿童智能机器人的产品机会，提出具有可行性的且易于学龄前儿童使用的儿童智能机器人设计思路。以期为学龄前儿童智能机器人设计提供参考，增强设计方案的可行性与有效性。关键词：SET 因素分析；认知特点；学龄前儿童；智能机器人设计中图分类号：TB472文献标识码：A文章编号：1672-7053(2023)07-0064-04机器人设计的原则7。Giannopulu Irini 研究表示，儿童会将与人的人际交往要素复制到与机器人的交流中，人与机器之间的情绪调节是处于同步关系的8。研究用户的情感需求、心理生理特点都是产品设计中的重要环节。36 岁这一年龄阶段的儿童处于神经系统不断发育的阶段，是培养认知能力、创造能力、实践能力的关键阶段。文章将以学龄前儿童为目标群体，通过分析儿童智能机器人的发展现状、归纳学龄前儿童的认知特点，基于 SET 因素分析法，对学龄前儿童用户需求进行拆解和分析，提出面向学龄前儿童智能机器人设计的新思路。1 S E T因素分析法概述2002 年，Jonathan Cagan 和 Craig M Vogel 提出了产品设计中的 SET 因素,他们认为通过对社会趋势（S）、经济动力（E）和先进技术（T）三个层面综合分析，能够准确找到产品机会缺口，获取潜在需求改进现有产品，使用户获得愉快的消费体验9。SET模型是新颖的、先进的产品设计前期分析理论，欧“996 城市儿童”的概念来源于“996 工作制”的成人工作状态，这类父母群体由于工作需要投入大量的时间与精力，对于儿童的陪伴低于实际需求，导致儿童的成长及亲子关系受到一定的影响。当下中国父母主要是 80、90 后群体，他们对电子产品的接受度很高，乐于接受新事物，意识到孩子童年教育的重要性，因此无法改变在工作上投入大量精力的现实情况下，愿意选择新兴的教育方式去平衡工作和家庭。因此，设计一款充分考虑用户需求的儿童智能机器人是很有必要的。随着技术的不断发展，儿童智能机器人不断升级、优化，受到了越来越多年轻父母的青睐。近年来学术界针对儿童智能机器人设计已展开了多方面的研究，张倚歌等人用感性工学定量分析法将用户需求量化，总结出符合儿童情感偏好与审美的感性要素1-3。史耀军等人以儿童看护和陪伴的需求为研究重点，运用情感化的方式对产品的功能和外观进行创新4-6。柴巾媛基于皮亚杰的认知发展理论及现代认知心理学中的信息加工理论，梳理儿童的认知特点和规律，提出儿童教育作者简介：赵宏月（1999），女，湖北仙桃人，在读研究研究生，研究方向为工业设计通信作者：冯乙（1979），男，江西贵溪人，副教授，研究方向为产品设计、工业设计赵宏月冯乙（北京林业大学艺术与设计学院，北京 100083）赵宏月，等基于 SET 因素分析法的学龄前儿童智能机器人设计研究A b s t r a c t：In order to obtain a more scientific and reasonable intelligent robot design solution for preschoolers and improve user satisfaction with childrens intelligent robots,the article analyzes the current situation of childrens intelligent robots,summarizes the cognitive characteristics and SET factors of preschoolers,and disassembles and analyzes the target user needs of childrens intelligent robots.Finally,we summarize the product opportunities of intelligent robots for preschool children,and propose a feasible design optimization strategy for childrens intelligent robots that are easy to use by preschoolers and carry out design practice.It provides a reference direction for the subsequent design of intelligent robots for preschoolers,and enhances the feasibility and effectiveness of the design solutions.K e y Wo r d s：SET Factor Analysis;Cognitive Characteristics;Preschoolers;Intelligent Robots DesignR e s e a r c h o n I n t e llig e n t R o b o t D e s ig n f o r P r e s c h o o le r s B a s e d o n S E T F a c t o r A n a ly s is Me t h o dZHAO HongyueFENG Yi(College of Art and Design,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)科学与艺术 2023 年 第 7 期INDUSTRIAL DESIGN 工业设计 /065美发达国家在产品设计中已开始广泛应用，许多企业坚持以用户为中心的设计原则，将 SET 因素分析法作为产品设计前期的指导理论。2 儿童智能机器人的设计现状与现存问题2.1 儿童智能机器人的设计现状目前市场上的儿童智能机器人大多以教育、游戏和陪护功能为主，种类繁多，为了深入了解它的发展现状，在天猫与京东平台，以品牌名气、销量、好评数为标准对儿童智能机器人商品进行筛选，挑选了 6 款典型产品进行分析研究，分别是阿尔法蛋、优必选悟空机器人、luka 卢卡、小杜 enabot、索尼Aibo、华为火火兔儿童智能机器人。如表 1 所示，外观上六种儿童机器人都是卡通形象或仿生设计，通过曲线和圆角营造安全感和舒适感，能给儿童营造出类似于母亲式的亲和力，色彩上都以白色为主色，再辅以柔和的彩色点缀，有科技感的同时不失亲和力。功能上主要分为娱乐、教育、沟通三个方面，教育是大部分儿童机器人的主要功能，主要有绘本伴读、英语启蒙、百科全书及学习辅导；娱乐包括放儿歌、讲故事、语音互动、智能绘图、看图识字及游戏闯关；沟通包括亲子之间的远程视频聊天及与智能机器人进行简单的语音交互。从调研中发现，市面上儿童智能机器人的选择越来越丰富，功能却大同小异，且对于不同年龄阶段的针对性较弱，容易给消费者造成混乱，无法正确选择真正适合自己孩子的产品，无法发挥出儿童智能机器人的作用，如图 1、图 2 所示。2.2 儿童智能机器人设计的现存问题文章研究对象为学龄前儿童，初期通过线上线下的方式对有学龄前儿童的家长发放问卷进行用户调研，共获得有效问卷 120 份，调查内容主要围绕以下几个方面：（1）陪伴儿童的时间及方式；（2）儿童智能产品在家庭中的占有情况；（3）儿童使用情况；（4）对儿童智能机器人期待的功能点及决定购买的因素。问卷调查结果说明，大部分家长对儿童智能机器人都持认可和积极的态度，儿童也更愿意使用智能产品。且在拥有智能机器人的家庭中，使用频率较高及较期待的功能主要是远程监护与互动、学习助手、语音互动及学记录儿童生活成长四个功能。结合电商市场调研与用户访谈，发现已有产品存在如下问题：（1）功能与儿童认知存在偏差，儿童遇到不理解的内容会对机器人失去兴趣；（2）儿童无法长时间专注于教育功能，可能达不到较好的学习效果；（3）陪伴功能比如绘本伴读中，只是机器人单方面输出，与儿童缺少互动，儿童很容易将注意力转移到其他事情上；（4）机器人与儿童交互过程中容错性不高，容易让儿童产生消极情绪；（5）机器人动作僵硬，移动性较差。3 学龄前儿童的特征分析3.1 心理特征学龄前儿童开始具备认知能力和判断能力，这个阶段儿童的心理特征为：（1）拥有强烈的好奇心与探索欲。这一阶段的儿童想象力非常丰富，好动好问、好奇且敢于去探索和挖掘新鲜事物。但抽象思维较弱，因此设计中要以具象的图片、声音为主发掘儿童的探索精神。（2）模仿能力较强。这个阶段的儿童主要从模仿中学习到生活的基本技能，不经意地从和父母、邻居、小伙伴的交往中，以及电视里的一些行为和语言进行模仿，模仿和表演是人类在进化中较为原始的交流方式，模仿也是儿童重要的学习方式之一10。根据这一特征可以引导儿童形成良好的行为习惯。（3）专注力较弱。儿童的本性就是活泼好动，容易分散注意力，总是凭借主观意愿作出行为，可以通过各种趣味性设计吸引儿童阿尔法蛋优必选悟空luka 卢卡小杜enabot索尼Aibo华为火火兔表 1 市面上儿童智能机器人案例图 2父母对儿童机器人期待功能图 1儿童对智能产品喜爱程度非常喜欢：57.5%喜欢：30.83%不喜欢：11.67%远程监护和互动学习助手安全看护游戏娱乐语音互动记录儿童生活成长事项提醒造型新颖百科问答40.83%44.17%30%15%35%38.33%22.5%10.83%14.17%科学与艺术2023 年 第 7 期066/INDUSTRIAL DESIGN 工业设计的注意力。（4）情绪多变。这个阶段儿童的自我意识增强，应以鼓励教育为主，有助于儿童形成积极、活泼开朗的性格。3.2 生理特征学龄前儿童相较于婴幼儿阶段生理发育有所减慢，但也依旧处于快速发展时期，5 岁前，儿童大脑已发育到成人大脑的 80%11。这个阶段儿童的生理特征为：（1）视觉特征：色彩方面，学龄前儿童更倾向于喜爱纯度高且明亮的色彩，6 岁前不同性别的儿童对颜色的喜爱差异不明显12；形状方面，圆润亲切的仿生形态图形更易受学龄前儿童的偏爱。（2）听觉特征：学龄前儿童听觉比视觉更敏感，学龄前儿童很容易被各种听觉信息干扰。一个良好的声音氛围能给儿童快乐的心情，在声音设计上加以引导能对儿童审美和性格的培养有一定的帮助。（3）触觉特征：对学龄前儿童来说，柔软的材质会让他们感到亲近，坚硬的材质会让他们感到踏实，不同的儿童对不同材质的感受也所不同，因此在产品材质选择上应保证安全性，要耐磨耐摔，减少机器人的损坏程度。4 学龄前儿童智能机器人的 S E T因素分析研究初期通过大量文献调查、网上资料查询、媒体信息的形式了解学龄前儿童智能机器人的研究现状、用户需求，将各方面需求指标有机结合，分析学龄前儿童智能机器人的 SET 因素，寻找学龄前儿童智能机器人理想的产品机会。通过分析调研结果，列举了 SET 因素中关注度排名前 5 的词语，作为研究儿童智能机器人的必要性依据，学龄前儿童智能机器人 SET 分析，如表 2 所示。通过分析，儿童智能机器人设计应主要解决以下问题：（1）在社会因素方面，年轻一代婚后不选择和父母一起居住，但对于孩子的陪伴和工作却难以平衡，这些家长普遍月薪较高，乐于接受新鲜事物，重视对后代教育的投资，儿童智能机器人能帮他们完成对儿童陪伴、教育来平衡家庭与工作，对于他们来说是很好的育儿选择。因此儿童智能机器人要满足家长对儿童的陪伴、教育需求及提升亲子之间的感情。（2）在经济因素方面，人们的消费观念随着生活水平的提高也在发生转变，人们不仅关注产品的功能和质量，也重视产品是否满足情感上的需求。儿童智能机器人的外形上不仅要具有安全性，还要根据儿童的认知特点设计外形，从而能引起儿童的兴趣。（3）在技术因素方面，儿童智能机器人的体量已经能够做到小而精致，方便移动和携带，通过整合物体识别、语音识别、运动控制、人脸识别、情感计算、机器学习、情景感知等技术实现绘本伴读、人机对话、讲故事、百科问答、物体识别、智能拍照和图形化编程等常用功能充分利用互联网资源13。5 基于 S E T 因素分析法的学龄前儿童智能机器人设计实践基于对儿童智能机器人 SET 因素分析，文章根据分析结论提取出用户需求关键词，并划分为“造型”“功能”和“交互”三个层面，如表 3 所示。5.1 造型设计不同的形状、色彩都会引起不同年龄阶段儿童的差异化感受，机器人应该为学龄前儿童用户量身定制，充分考虑学龄前儿童的情感化需求，拉近儿童对机器人的情感。如图 3 所示，颜色上使用学龄前儿童喜爱的高明度、高纯度的亮丽色彩，带给儿童愉悦的视觉体验。亲和性的仿生形态更加受到学龄前儿童的青睐，有生命力的造型能引起儿童情感上的共鸣，从而产生用户黏性不会轻易丢弃失去兴趣。因此，采用小猫的仿生造型，提取小猫耳朵特征，并与夜灯功能相结合。考虑到图像信息传递的重要性，机器人头部采用大面积的屏幕，摄像头与屏幕融为一体，让儿童看起来更友好且保证面部的美观性。身S（社会）E（经济）T（技术）国家政策消费认知水平提升多样性的交互方式传统教育方式变革用户体验消费互联网资源生活质量提升情感体验培养儿童的综合素质家庭教育多元化教育投资寓教于乐的教育方式促进亲子感情智能产品消费人工智能技术造型功能交互亮丽色彩陪伴与记录多模式反馈亲和性造型远程交流丰富互动方式安全性学习助手情绪引导多场景使用寓教于乐情感化表 2 S E T产品机会关键词表 3 用户需求图 3产品效果图科学与艺术 2023 年 第 7 期INDUSTRIAL DESIGN 工业设计 /067参考文献1 张倚歌，张建敏用户感性需求驱动的儿童陪伴机器人情感化设计研究 J设计，2023，36（07）：127-1312 陈国强，姜楠，张鹏，等基于感性工学的儿童陪伴机器人造型设计 J包装工程，2021，42（04）：166-1713 马雪琪基于感性工学的模糊推理模型研究 D上海:华东理工大学，20214 史耀军，候艳芳基于情感化设计的儿童看护机器人设计研究 J设计，2020，33（22）：127-1295 薛艳敏，许梦婷，葛畅基于 INPD 与 KE 的亲子互动玩具设计 J设计，2022，35（17）：18-216 贾晓磊基于用户体验的儿童可穿戴智能产品情感化设计 J设计，2022，35（03）：71-737 柴巾媛，单阳基于认知发展理论的儿童教育机器人设计研究 J工业设计，2022（11）：31-338 GIANNOPULU I,TERADA K,WATANABE T.Emotional Empathy as a Mechanism of Synchronisation in Child-Robot Interaction.J.Frontiers in Psychology,2018,9.9 陈亮基于 SET 因素的高层建筑幕墙自动清洗机设计 J机械设计，2015，32（03）：123-12510 郑名，韩增霞，王志丹社会性沟通影响学前儿童模仿学习的实验研究 J中国特殊教育，2018（05）：80-8511 周曦，黄心渊学龄前儿童教育游戏角色的交互设计 J包装工程，2022，43（06）：243-25112 赵丽学前儿童能阶式视觉思维培养的策略研究 J上海教育科研，2012（02）：94-9613 袁晓芳，浦欣荷面向儿童教育机器人的行为引导设计研究 J艺术与设计（理论），2023，2（04）：106-10814 周倩具身认知观在儿童英语教学中的应用 J现代教育科学，2012（04）：50-52体侧面是可以伸缩与旋转的小手臂，底部是带有万向轮的圆盘底座，使机器人重心更低，保证与儿童进行互动时的安全性。根据学龄前儿童的身形特点，智能机器人的高度设定为 350 mm，能同时满足站着和坐着的需求，以及在桌上与地上使用。5.2 功能设计在功能层面要根据学龄前儿童的认知特点合理规划内容。功能层级要简洁、易上手，行为引导流程和密度要设置合理。从学龄前儿童的心理特征来看，学龄前儿童的认知能力有限、注意时长有限，过于复杂的操作方式和枯燥的学习内容会使儿童在使用机器人中出现挫败感，导致儿童失去兴趣甚至失去信心。因此，智能机器人所提供的内容和任务应与现实环境相贴合，文字信息简洁，图文并茂，利用图片与动画相结合的形式播放，直观且生动有趣，鼓励儿童主动去探索和理解周围世界，提升儿童的感知力和自主控制力。学龄前儿童主要的认知活动需要依靠感知运动来支撑14。因此，在功能设计中设置了不同的游戏模式，利用寓教于乐的方式，充分调动他们身体和大脑的机能，培养儿童进行自发性的认知学习。在社交游戏中儿童通过与机器人交互过程中的社交表达培养人际互动能力，在体育游戏中培养儿童去探索和理解周围世界，预防儿童沉迷于网络世界。5.3 交互设计在交互层面上丰富易于感知和理解的正向反馈与互动行为。智能机器人通过传递声音、表情和动作的方式给予儿童积极的情绪反馈，能够引导儿童产生积极的态度来学习和认识世界。丰富的感官刺激和情绪上的正向引导能够减少儿童在使用智能机器人过程中产生的抵触心理，激发儿童的自我认同感，提升儿童的情感表达，语言理解能力，加强儿童的人际互动能力，形成活泼开朗积极的性格。因此外观上考虑了多种交互模式，面部屏幕设计了多种不同表情，重点在眼睛的设计上，表现智能机器人活泼、开朗、可爱、善良的特性，如图 4 所示。身体侧面的小手臂可以伸缩与旋转，可以伴随内容和语气的变化做一些适当的手势、语气、表情来呈现疑惑、惊喜等情感。6 结论针对市场上儿童智能机器人的同质化严重、对不同年龄阶段儿童需求针对性较弱等问题，文章首先将 SET 因素分析法应用到学龄前儿童智能机器人的设计研究中，创新性地对学龄前儿童智能机器人的目标用户需求进行拆解和分析，准确地发掘出儿童智能机器人的产品机会缺口。然后从造型、功能、交互三个方面提出了设计思路，设计出儿童智能机器人更人性化。但是文章在研究的过程中还存在一定的局限性，比如用户调研所得的数据并不能完全代表相关人群，将会在后续研究中不断改进，使数据和结果更加科学合理。图 4交互界面表情