智能機器人可用性及造型設計年齡差異

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摘要：細分智能機器人的用戶群體并研究用戶差異。設計組間重復測量實驗，在虛擬現(xiàn)實平臺上進行人機交互，分析年輕人和老年人這兩組不同人群對智能機器人可用性與造型設計評分。年輕人的可用性與造型設計評分高于老年人，且存在顯著差異。通過年輕人和老年人對家庭智能機器人可用性與造型感知主觀差異的量化分析，探究內(nèi)在原因，并歸納具體差異的表現(xiàn)形式。設計應尊重用戶差異，根據(jù)不同用戶需求設計智能機器人，以提升用戶體驗。

關鍵詞：家庭智能機器人；可用性；造型；年齡差異；組間重復測量

引言

指出，“中國將成為機器人的最大市場”。按照核心支持技術的演變，機器人經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：電氣時代的一代產(chǎn)品由既定程序控制，只做固定動作，無感應和適應能力；數(shù)字時代的二代產(chǎn)品裝有傳感器，通過計算機控制獲取服務環(huán)境和對象信息，初步具備簡單智能；人工智能時代的三代產(chǎn)品是基于知識的控制，使用機器視覺、自然語音處理和神經(jīng)網(wǎng)絡等技術[1]，具備高級智能，被廣泛應用到家庭生活領域。家庭智能機器人的運行主要聚焦在家庭中的生活場景和行為，感知能力和交互能力更高。因此，對于此類產(chǎn)品的開發(fā)和設計而言，進行深入的人機交互可用性以及造型研究就顯得非常關鍵。當下，此類產(chǎn)品的開發(fā)流程仍然是憑借設計師的主觀經(jīng)驗，采用手繪、計算機三維仿真、樣機制作等方法來推進。設計方案定稿之后，通過制作樣機來反復測試產(chǎn)品和用戶的人機交互可用性以及修改整體造型設計方案，導致開發(fā)周期很長。

一、相關研究現(xiàn)狀述評

虛擬現(xiàn)實運用計算機圖形、仿真和傳感等技術[2]，能給用戶提供非常有沉浸感的產(chǎn)品交互體驗。在已有的研究中，曹國忠[3]等搭建了清分扎把機產(chǎn)品的虛擬現(xiàn)實平臺，讓用戶在其中進行體驗并提出造型修改意見；李太然[4]等將工業(yè)機器人的操作過程置入虛擬現(xiàn)實環(huán)境去執(zhí)行人機交互，減輕了用戶操作負擔；李婷婷[5]等利用虛擬和增強現(xiàn)實技術開發(fā)了博物館互動展示系統(tǒng)。上述研究驗證了使用虛擬現(xiàn)實技術開展產(chǎn)品人機交互體驗的可行性，但未對產(chǎn)品可用性進行分析和測試。朱彥[6]運用主成分分析法對用戶的感性意象進行量化，運用人工神經(jīng)網(wǎng)絡架構了某一特定造型風格的家庭服務機器人造型設計要素模型；婁熙純[7]等基于老年人的情感訴求設計了智能陪伴機器人的人機交互方案，使用戶有更好的使用體驗。上述研究均沒有對設計完成的智能機器人方案進行交互體驗量化研究，更沒有設計恰當?shù)亩嘁蛩貙嶒炄z驗不同用戶在使用同一產(chǎn)品時的差異性。人工智能技術的推廣，使得智能機器人將會更普遍地走進尋常百姓家庭。智能機器人是所有家庭設備交互的中樞和智能運算的終端，其將要面對的用戶不僅有年輕人，還有老年人和兒童等。這些家庭成員在使用智能機器人時，都有自己特定的使用場景，呈現(xiàn)出需求多元化的發(fā)展趨勢。只有針對家庭中的不同用戶進行深入細致的研究，細分用戶群體，才能推出滿足用戶差異的個性化服務。本研究旨在運用家庭智能機器人的人機交互虛擬現(xiàn)實體驗平臺，進行實驗設計來測量機器人的可用性與造型設計在面對不同用戶時是否存在差異。即選取家庭智能機器人的可用性和整體造型作為研究對象，探究適合年輕人使用的產(chǎn)品是否也能讓老年人接受并樂于使用。

二、測量指標和數(shù)據(jù)采集

邀請兩位專家對30個家庭智能機器人設計方案進行比較和研究，挑選出4個典型方案參加實驗評估，如圖1所示。機器人的可用性評價采用ASQ量表（AfterscenarioQuestionnaire，ASQ），具有客觀性、復用性、量化性、經(jīng)濟性、普適性的特征。該量表由JamesR.Lewis編制，探測用戶整體上完成任務的難易度、完成時間和對支持信息的滿意度，包括易用性、有用性和滿意度三個層面。整體ASQ得分是各個題目所反饋得分的均值，其測量的信度范圍為0.9-0.96（Lewis，1990b，1991，1995）。ASQ在Lewis等（1990，分析報告Lewis，1995）中的使用顯示，ASQ分數(shù)與場景任務的成功率之間存在顯著相關[8]（r（46）=-0.4，p<0.01）。機器人的造型評價采用用戶主觀評分的方式，以Likert7級量表完成測評。本實驗的虛擬平臺系統(tǒng)選用HTCVIVE設備進行交互，過程中需要實現(xiàn)的點選功能集中在兩個操作手柄上。運用虛擬現(xiàn)實技術在家庭智能機器人早期三維模型設計階段構建用戶與產(chǎn)品的交互場景，用戶通過虛擬平臺與產(chǎn)品進行交互并得到體驗反饋，能幫助設計者及時修改設計方案，比制作產(chǎn)品實物樣機進行可用性測試的成本低，同時又能完成多次快速迭代。

三、實驗設計

（一）實驗被試招募。實驗被試對象為年輕人和老年人，兩組被試分別招募了22人。其中，年輕人均具有本科以上學歷，年齡在25—35歲之間，平均年齡為30.5歲，標準差是3.16；老年人均具有高中以上學歷，年齡在60—70歲之間，平均年齡為65.7歲，標準差是2.66。為了消除性別對于實驗結果的影響，控制兩組被試的性別人數(shù)比基本接近1：1。

（二）實驗方案。實驗采用組間重復測量的實驗設計方案，要求每位被試依次觀看4個家庭智能機器人的虛擬現(xiàn)實影像。在構建交互場景時，首先梳理研究用戶的需求點。趙雅婷[9]等利用Kano模型計算出老年人對服務機器人的功能需求并進行了重要度排序，依據(jù)此方法同樣可以得到年輕人的需求點；整理后，根據(jù)每個家庭智能機器人的功能定位和造型特征，分別賦予不同的典型交互任務，如表1所示。此外，根據(jù)測試目的的不同和設計展開的具體情況，每次實驗時家庭智能機器人的選擇和交互任務的定義都可以有不同的組合情況。被試與每個家庭智能機器人在虛擬場景中的交互時間為1分鐘。嚴格控制任務數(shù)量和交互時間的目的是避免被試參加實驗時間過長，可能會產(chǎn)生生理疲勞，影響實驗結果的準確性。確定典型任務后，利用虛擬現(xiàn)實開發(fā)系統(tǒng)進行場景設計，為了消除室內(nèi)環(huán)境可能對被試產(chǎn)生的外在影響，將4個家庭智能機器人均置入同一個虛擬家居環(huán)境中，如圖2所示。

（三）實驗流程。實驗正式開始前，被試進入用戶體驗與可用性實驗室，先靜坐休息5分鐘。主試詳細講解具體實驗內(nèi)容和操作要求。然后，在主試的協(xié)助下，被試佩戴HTCVIVE設備，調試設備確保正常使用。正式開始實驗，用戶逐一觀看每個家庭智能機器人的人機交互虛擬現(xiàn)實影像并進行互動。每觀看完一段影像，主試均會提醒被試暫時取下實驗設備，填寫ASQ量表和Likert量表；然后，主試安排被試休息5分鐘后繼續(xù)觀看下一個家庭智能機器人影像，結束后再填寫量表；如此循環(huán)，直到實驗全部結束。在整個實驗期間，每位被試共觀看4段家庭智能機器人影像，填寫4次量表，約需20-30分鐘完成所有內(nèi)容。為了消除實驗時可能產(chǎn)生的順序效應和疲勞效應，按照拉丁方順序排列4個家庭智能機器人的虛擬影像讓被試觀看。實驗從上午8點開始，到下午5點全部結束。

（四）研究假設。本研究旨在推導出適合年輕人使用的家庭智能機器人是否同樣能滿足老年人的使用需求。根據(jù)此研究問題，提出以下5個研究假設，并用實驗來驗證。假設1：相同的交互任務場景下，家庭智能機器人可用性存在顯著年齡差異。假設2：相同的交互任務場景下，家庭智能機器人易用性存在顯著年齡差異。假設3：相同的交互任務場景下，家庭智能機器人有用性存在顯著年齡差異。假設4：相同的交互任務場景下，家庭智能機器人滿意度存在顯著年齡差異。假設5：用戶欣賞相同的家庭智能機器人時，造型評價存在顯著年齡差異。

四、結果

實驗結束后，首先運用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行匯總和預處理，在去除異常值和無效評分后整理出有效問卷共40份，其中年輕人和老年人各20份。然后運用SpssStatistics19.0版本軟件進行數(shù)據(jù)分析，經(jīng)檢驗顯示，所有數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，通過K-S法和S-W法對數(shù)據(jù)進行驗證，得到方差齊結果。最后，對處理和驗證后的數(shù)據(jù)進行獨立樣本t檢驗，比較兩組被試間的差異情況，輸出如下分析結果。

（一）家庭智能機器人可用性評價結果。分析方法是對家庭智能機器人的可用性主觀評價數(shù)據(jù)求均值，即對ASQ量表中各項分值求和后再求均值，以此來計算出可用性總體得分。由表2結果可見，機器人1（t=12.58，p<0.001）、機器人3（t=10.172，p<0.001）、機器人4（t=18.104，p<0.001）的可用性評分存在顯著差異，機器人2（t=1.028，p=0.311）的可用性評分無顯著差異?？傮w上年輕人對家庭智能機器人的可用性評分高于老年人，且存在顯著差異，僅機器人2的評分沒有顯著差異。從評分數(shù)值來看，年輕人和老年人對機器人2的評分數(shù)值是所有機器人中最高的。為了更加深入剖析兩組被試對易用性、有用性和滿意度的差異，進一步對三個維度分別進行數(shù)據(jù)的描述統(tǒng)計與分析。見表3所示，在易用性評分中，機器人2（t=0.632，p=0.531）、機器人3（t=7.061，p=0.162）無顯著差異。在有用性評分中，機器人2（t=0.623，p=0.537）、機器人3（t=9.245，p=0.268）無顯著差異。在滿意度評分中，機器人2（t=0.000，p=1.000）無顯著差異，機器人3（t=6.200，p<0.001）存在顯著差異。因此，從總體來看，機器人2的可用性評分無顯著差異，而機器人3可用性評分的顯著差異主要是受滿意度的影響，在易用性和有用性層面并沒有顯著差異。針對智能機器人可用性評價的差異，本文提出4個研究假設，即相同的交互任務場景下，家庭智能機器人可用性、易用性、有用性、滿意度的評價存在顯著年齡差異，實驗的測試與分析結果支持部分假設內(nèi)容。在可用性評價層面，4個家庭智能機器人中有3個的結果差異是顯著的，不存在顯著差異的是機器人2。將可用性細化拆分至易用性、有用性和滿意度三個層面，分析后發(fā)現(xiàn)并不是每個可用性評價有顯著差異的機器人在這三個層面都有差異。機器人3在易用性和有用性方面都沒有差異，僅在滿意度上存在差異，說明機器人3的交互任務內(nèi)容更能滿足年輕人的期望和要求。

（二）家庭智能機器人造型評價結果。家庭智能機器人的造型評價采用主觀評分的方式，用戶觀看完每段虛擬現(xiàn)實影像后，回答一道問題，具體為“整體上，我覺得這個家庭智能機器人造型是好看的”。問題的答案以Likert量表7級尺度評分，1分代表非常不同意，4分代表中立，7分代表非常同意。由表4結果可見，機器人1（t=0.6，p=0.552）、機器人2（t=1.525，p=0.135）的造型評分無顯著差異；機器人3（t=3.416，p=0.002）、機器人4（t=2.707，p=0.01）的造型評分存在顯著差異。兩組被試對于不同機器人的造型評價，實驗結果部分支持原假設，且年輕人對4個機器人的評分均高于老年人。機器人3和機器人4的造型評價結果存在顯著差異，機器人3的造型整體機械感強，特別是頭部扁長狹窄，顯得冰冷酷炫，更像科幻電影里的機器人形象。機器人4是雙足行走機器人，胸前沒有傳統(tǒng)智能機器人的觸摸屏，缺乏明確的引導交互標識，左前胸位置設計了圓形感應區(qū)，可以感應手勢交互動作。年輕人對機器人3和機器人4的造型更喜歡。

五、討論和分析

本研究邀請了年輕人和老年人作為兩組不同的被試人群，參加了家庭智能機器人可用性測試和造型評價的實驗。選取實驗材料時，挑選了4個不同的設計方案，并針對每個家庭智能機器人的功能和角色定位，設計了各具特色的交互任務供測試使用。研究結果發(fā)現(xiàn)，兩組不同年齡段的人群在使用相同的家庭智能機器人時，可用性評價和造型評價均存在顯著差異，設計應尊重用戶差異，根據(jù)不同類型用戶的需求開展智能機器人設計。1.年輕人對于機器人融入日常生活的接受度更高：對照交互任務表和用戶的評分數(shù)值，發(fā)現(xiàn)年輕人的可用性評分普遍要高于老年人，年輕人更加愿意使用機器人控制家庭的智能家居家電設備，更加樂意聽到機器人主動播報天氣預報、提醒生活細節(jié)，更加享受和機器人娛樂共舞的互動，說明年輕人對于機器人融入日常家庭生活的接受度更高，在以年輕人為目標群體設計方案時可以將機器人作為用戶與家庭生活環(huán)境之間的交流媒介，引入更多的智能控制和交互功能。2.語音交互操作是智能機器人重要的交互方式：在人類的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺這五感中，聽覺非常重要，對于任何類型的用戶而言，語音都是最自然的交流方式。此外，語音交互，讓用戶進行多任務的操作處理。機器人2的評分無顯著差異，說明老年人與年輕人一樣，都喜歡用語音交互方式來控制機器人播放他們各自感興趣的娛樂休閑節(jié)目。這是因為語言是傳遞信息和交流溝通的最重要手段，用戶進行語音交互的學習成本最低，又可以解放雙手，同時處理多個任務。因此，智能機器人要想在情感交互體驗上取得突破，必須在語音交互方式上去重點思考和設計。因為語音交互方式讓用戶在使用機器人時更像是在和一個有生命力的對象交流，感到機器人“能聽、會說、懂你”，從而得到良好的人機交互反饋。3.年輕人對于機器人造型的包容度更大：對照4個機器人的造型圖片分析，發(fā)現(xiàn)造型特征為整體圓潤飽滿[10]、線型流暢、沒有銳利拐角的智能機器人，能同時得到年輕人和老年人的喜愛，因為這樣的造型與居家環(huán)境有非常好的融入感，不會額外打擾用戶的日常生活，能讓他們產(chǎn)生安全感。此外，兩個機器人的頭部造型都具備動漫中孩童形象的外貌特質[11]，能引起用戶的喜愛和愉悅共情。相形之下，造型特征具有很強現(xiàn)代感和科技感的智能機器人，居家感較弱，在心理層面很難塑造親近感，較難讓老年人接受。年輕人對于新鮮事物的接受能力強，樂于嘗試新技術體驗，對于機器人造型的包容度更大。

六、研究局限

研究在選取家庭智能機器人的設計方案時，邀請兩位專家憑經(jīng)驗進行比較和篩選，存在一定程度的主觀影響。若合理增加專家人數(shù)，以及充分考慮專家團隊中學科背景的差異，可以降低這樣的影響；其次，為了控制每位被試觀看虛擬現(xiàn)實影像的時間，避免產(chǎn)生生理疲勞影響實驗結果的準確性，只選擇了4個典型方案參加實驗測試。后續(xù)可以增加更多不同的家庭智能機器人設計方案和交互任務，合理編排實驗的流程細節(jié)，以便能做更深入的研究。最后，本次實驗選擇了年輕人和老年人作為比較樣本，后續(xù)可以將兒童納入到樣本中，以及將樣本人群按照性別等其他屬性劃分繼續(xù)研究。

結論

本文通過組間重復測量實驗的方法對年輕人和老年人使用家庭智能機器人可用性和造型感知的主觀差異進行了量化研究，發(fā)現(xiàn)兩類人群的可用性和造型評價存在顯著差異，探究了產(chǎn)生差異的內(nèi)在原因，并歸納了具體差異的表現(xiàn)形式。研究認為智能家庭機器人走進日常家庭生活中后能讓每一位家庭成員都有機會感受智能科技帶來的便捷，設計應當尊重用戶的差異性，充分滿足不同用戶的需求，更好提升他們的使用體驗。

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作者：朱彥 單位：上海電機學院設計與藝術學院