淺析人工智能在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品交互設(shè)計中的應(yīng)用

王哲昀 （江南大學(xué) 設(shè)計學(xué)院 214000）

人類社會的發(fā)展總是伴隨著產(chǎn)業(yè)革命，從石器時代到蒸汽時代再到電器時代，進(jìn)一步再到互聯(lián)網(wǎng)信息時代，當(dāng)今，AI技術(shù)的發(fā)展，即將把人類文明帶入嶄新的人工智能時代。產(chǎn)品交互設(shè)計一直貫穿在人類社會的發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中，人與產(chǎn)品的交互方式也隨著時代的發(fā)展而不斷改變，因此，在新的人工智能時代必然將改變過去的產(chǎn)品交互方式，帶來更好的用戶體驗。

一、人工智能背景，概念以及和產(chǎn)品交互設(shè)計的關(guān)系

人工智能是探究人類的智能原理和本質(zhì)，發(fā)展機器學(xué)習(xí)及反應(yīng)并且模擬人類智能，最終設(shè)計出和人類相似反應(yīng)的智能機器的科學(xué)。隨著時間的推移，人工智能的理論技術(shù)不斷成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也日趨擴大，在不遠(yuǎn)的將來，人工智能的產(chǎn)品或許真能達(dá)到人類的智能。

工業(yè)設(shè)計是一種融合技術(shù)，藝術(shù)，商業(yè)，對產(chǎn)品，系統(tǒng)，服務(wù)進(jìn)行的創(chuàng)造性解決問題的活動。致力于提供解決方案，問題可視化，改造用戶體驗，并給大眾提供更好的生活質(zhì)量，最終創(chuàng)造一個更好的世界。

在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)信息時代，傳統(tǒng)狹義的工業(yè)設(shè)計又?jǐn)U展為廣義的產(chǎn)品交互設(shè)計，它定義、設(shè)計了在一個人造系統(tǒng)中兩個或多個個體要素之間交流互動的結(jié)構(gòu)，并且使其互相配合，共同完成預(yù)定的設(shè)計目的。在一個整體的交互系統(tǒng)中，用戶顯然是最重要的個體，計算機等其他設(shè)備則是與用戶發(fā)生交互的其他個體，個體間發(fā)生交互的感知通道主要有1.視覺2.聽覺3.觸覺等。在設(shè)計交互方式時，需要遵循以下原則：1.友好靈活2.功能明確3.可靠4.圖形化表示。

廣義的人機交互發(fā)展經(jīng)歷了命令行界面，圖形界面和當(dāng)前的多通道用戶界面?？梢钥闯觯錾漠a(chǎn)品交互系統(tǒng)應(yīng)該能充分調(diào)動用戶的積極性，從視覺，聽覺，觸覺多個通道與用戶產(chǎn)生完整的自然和諧的交互體驗。

如果說設(shè)計賦予了產(chǎn)品更多的美感和易用性，那么人工智能則給產(chǎn)品增加了更多想象和感性。在當(dāng)今人工智能的時代背景下，產(chǎn)品交互設(shè)計離不開人工智能，人工智能也離不開產(chǎn)品交互設(shè)計。

二、人工智能技術(shù)簡介

（一）語音交互技術(shù)

就在3月，微軟亞洲研究院的研究人員向世界公布了一個消息：機器翻譯提早7年到達(dá)人類專業(yè)等級的翻譯水準(zhǔn)。而在業(yè)界，語音識別技術(shù)已逐步成為了許多產(chǎn)品的賣點。其中代表有蘋果、微軟、谷歌、科大訊飛、思必馳等廠商，訊飛的語音識別正確率甚至已然達(dá)到了98%，人類與機器的語言溝通交互越來越自然。

語音交互的技術(shù)主要包含了語音識別、語義分析、智能語音合成、智能溝通等幾方面。智能音箱則是AI語音交互技術(shù)走進(jìn)公眾日常的代表性產(chǎn)品，以其為例可以簡單看出語音交互技術(shù)的應(yīng)用方式：1.用戶使用自然語言向音箱發(fā)出指令 2.音箱拾取用戶聲紋并解析3.音箱再通過語言播報和 APP 推送對用戶的請求做出回應(yīng)，智能音箱除了能為用戶提供一些通用的協(xié)助以外，將來很有希望成為家庭的智能核心。

（二）圖像視覺識別技術(shù)

人工智能中視覺識別技術(shù)的突破，使得機器擁有了和人類相同的三維立體視覺，并且可以像人眼一樣實時地區(qū)別不同的物體，辨識不同的人體動作以及理解該動作的含義。在此基礎(chǔ)上，人類不再需要使用復(fù)雜的控制產(chǎn)品，便可以使用自身的特征或者肢體動作與周邊的產(chǎn)品或環(huán)境展開交互。

圖像識別在安防，零售等行業(yè)的運用已然廣泛地改變了人們的生活，人們回家不再需要擔(dān)心沒帶鑰匙或者門禁卡，通過人臉識別，自家大門永遠(yuǎn)對自己開放。在無人超市中，人們不再需要排長隊結(jié)賬，只需刷臉出門一個步驟，便完成了傳統(tǒng)的結(jié)賬付款交互。

（三）家庭服務(wù)機器人

家庭服務(wù)機器人是一種特別的人類機器人。它擁有模擬人類的運動系統(tǒng)，感知系統(tǒng)，輸入系統(tǒng)，輸出系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)。能夠根據(jù)任務(wù)，自主實現(xiàn)防盜、安檢、清潔、搬運、家電操控，娛樂、親子溝通等工作。而目前大規(guī)模普及的主要是用于家庭清潔，親子互動的小型服務(wù)機器人。如 IROBOT，ECOVACS，新松等等。

三、將人工智能技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品領(lǐng)域的必要性

（一）醫(yī)療康復(fù)概念和市場發(fā)展前景

當(dāng)今時代，傳統(tǒng)健康理念和醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)已然發(fā)生了轉(zhuǎn)變，在種種外力因素影響下，康復(fù)醫(yī)學(xué)逐漸走入了人們的視野?？祻?fù)醫(yī)學(xué)主要是一門探究殘疾治療和術(shù)后康復(fù)的應(yīng)用醫(yī)學(xué)。其目標(biāo)是經(jīng)過物理運動訓(xùn)練、技巧訓(xùn)練和語言訓(xùn)練等多種方法使患者獲得最大程度的康復(fù)。

康復(fù)治療能有效地預(yù)防和醫(yī)治慢病復(fù)發(fā)，提升療效。據(jù)了解，在發(fā)達(dá)國家，因為中風(fēng)而致殘的幾率在3成左右，然而在國內(nèi)，這個數(shù)字則高達(dá)7成以上，產(chǎn)生這種反差的主要原因就是公眾普遍缺乏康復(fù)醫(yī)學(xué)意識，患者缺乏康復(fù)治療。目前我國醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，規(guī)模小，康復(fù)意識弱且資源設(shè)備不均衡。目前的醫(yī)療康復(fù)行業(yè)市場只有200億元規(guī)模，然而有關(guān)機構(gòu)根據(jù)市場潛力估計，到2022年，這個數(shù)字將變成1000億。

（二）國內(nèi)醫(yī)療康復(fù)現(xiàn)狀和存在的問題

據(jù)了解，所有神經(jīng)系統(tǒng)因功能障礙而受損的患者都需要進(jìn)行康復(fù)治療。最常見的病例是腦卒中、腦損傷或肢體疾病、肢體創(chuàng)傷和肢體無力。根據(jù)不同的病情主要有以下醫(yī)療康復(fù)治療手段：1.運動療法和物理治療；2.作業(yè)療法；3.言語治療；4.心理治療；5.假肢及矯形具治療。

結(jié)合前文以及以上治療方式，總結(jié)出目前國內(nèi)康復(fù)醫(yī)療主要存在以下幾個方面的問題：

1.醫(yī)療康復(fù)人才匱乏2.康復(fù)機構(gòu)不足3.康復(fù)床位數(shù)占比過低4.醫(yī)療康復(fù)相關(guān)設(shè)施缺乏且落后。

（三）人工智能改善醫(yī)療康復(fù)體驗

總結(jié)以上現(xiàn)有康復(fù)醫(yī)療現(xiàn)狀中存在的各種問題，可見，現(xiàn)有的國內(nèi)醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的主要問題是專業(yè)人員，場所不夠，康復(fù)設(shè)備落后，體驗不佳。而人工智能能夠以其特有的自身優(yōu)勢填補這些空缺，從視覺，聽覺，觸覺等多個通道的人機交互上優(yōu)化并改善患者的醫(yī)療康復(fù)體驗。

四、人工智能技術(shù)在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品交互設(shè)計中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)的重大進(jìn)步更新了人與機器的交互模式，從過去旋鈕電器時代，鼠標(biāo)和鍵盤的時代，觸摸屏智能手機時代，直到今天即將到來的人工智能時代，我們的雙手將從計算機的鍵盤鼠標(biāo)和種種觸摸屏設(shè)備當(dāng)中釋放出來，和機器的互動將要從單方面的被動形式向雙向的主動形式轉(zhuǎn)變。

（一）語音交互技術(shù)在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品交互設(shè)計中的應(yīng)用

據(jù)前文可知，目前我國醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域及其缺乏專業(yè)醫(yī)生和康復(fù)訓(xùn)練師，并且醫(yī)療康復(fù)的患者多為60歲以上老人，子女經(jīng)常不在身邊。因此如何及時得知患者訓(xùn)練情況，并且?guī)椭颊咦灾骺祻?fù)訓(xùn)練是一個重要問題。當(dāng)前的康復(fù)產(chǎn)品部分是患者需要在訓(xùn)練師的輔助下進(jìn)行，有些則是需要通過對老年人來說較為復(fù)雜的觸摸屏來操作。

可見，目前的醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品與患者的交互方式依然是單方面被動的，比如說針對中風(fēng)患者術(shù)后康復(fù)的矯形手套，患者需要主動彎曲自己的手指，看到牽引繩被拉伸，同時手套給予手指一個觸覺反饋輸出，患者通過手指輸入了這個信息反饋，提示自己可以伸直手指了，至此，便完成了一次交互?；颊吲c整個康復(fù)系統(tǒng)的交互只存在于視覺，觸覺兩個通道。普遍的康復(fù)方式則是在訓(xùn)練師的輔助下，通過和訓(xùn)練師的實時溝通反饋來完成各種訓(xùn)練動作，訓(xùn)練師充當(dāng)了一個“智能產(chǎn)品”的角色，顯然，國內(nèi)并沒有那么多這樣的“智能產(chǎn)品”。

語音交互技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用可以說是語音交互改變生活的典型案例，比如豐田G-Book，通用Onstar等等。我們知道汽車駕駛室是一個功能繁多且高度復(fù)雜的人機交互系統(tǒng)，由于駕駛汽車的緣故，人的視覺和觸覺被高度限制，接電話，導(dǎo)航等操作是非常危險的交互行為。通過引入語音交互技術(shù)，系統(tǒng)可以通過聽覺這個通道來與人產(chǎn)生交互，駕駛員可以用語音來操作汽車的整個系統(tǒng)，解放了駕駛員的雙手和眼睛，極大地保障了人們的駕駛安全，提升了駕駛交互體驗。

根據(jù)上述分析，以智能交通交互系統(tǒng)為例，同樣可以引入人工智能語音對話的交互方式來完善整個醫(yī)療康復(fù)交互系統(tǒng)，首先語言對于所有人來說都是最簡單常用自然的交流方式，能夠減少患者的操作障礙。其次，在患者康復(fù)訓(xùn)練過程中和結(jié)束時，產(chǎn)品可以通過聽覺這一個通道與患者產(chǎn)生主動交互，提醒其開始和結(jié)束訓(xùn)練，智能判斷患者的心理狀態(tài)，和患者建立起良好的相互溝通，及時了解患者的康復(fù)情況和訓(xùn)練后感受，如有不適，及時通過系統(tǒng)聯(lián)系主治醫(yī)師?？梢哉f通過語音交互技術(shù)的引入，改造了傳統(tǒng)康復(fù)產(chǎn)品單方向被動的交互方式，形成了雙向的，自然和諧的人機交互系統(tǒng)。

（二）圖像視覺識別技術(shù)在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品交互設(shè)計中的應(yīng)用

在查閱資料和調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品與患者之間的單向交互方式，還直接或間接地導(dǎo)致了患者訓(xùn)練完成度不高，訓(xùn)練動作不到位，康復(fù)效果不佳等問題。因此，如何給患者在現(xiàn)有一成不變的醫(yī)療康復(fù)體系上帶來新的交互體驗是一個重要課題。

圖像視覺識別技術(shù)及其衍生的體感技術(shù)在游戲領(lǐng)域的應(yīng)用是又一個人工智能改造生活的典型案例。當(dāng)今主流的以體感技術(shù)為基礎(chǔ)的游戲平臺主要有三家：Wii，PlayStation Move和XBOX360。玩家不再需要使用鼠標(biāo)，鍵盤，手柄等傳統(tǒng)的游戲控制器，只需通過自身的肢體動作，便可以實現(xiàn)對游戲角色的直接操縱。在觸覺這一通道上，將過去通過控制器控制角色的間接交互改造成了使用肢體動作的直接交互，實現(xiàn)了自然和諧的人機交互。

以體感游戲為例，由此啟發(fā)，也可以在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品中引入人工智能圖像捕捉和識別技術(shù)，通過智能攝像頭讓患者以體感游戲的交互方式完成康復(fù)訓(xùn)練，實時捕捉識別患者的康復(fù)姿勢并智能打分，主動及時糾正錯誤或者不到位的動作，產(chǎn)品系統(tǒng)從視，聽，觸三個通道與患者產(chǎn)生主動雙向交互關(guān)系。既趣味化了原本枯燥乏味的醫(yī)療康復(fù)流程，又保質(zhì)保量地完成了既定的訓(xùn)練目標(biāo)。

（三）機器人輔助，深度學(xué)習(xí)在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品交互設(shè)計中的應(yīng)用

對于一些之前患有嚴(yán)重疾病的術(shù)后康復(fù)患者來說，在訓(xùn)練師人數(shù)不夠又無法獨立完成既定康復(fù)訓(xùn)練的情況下，他們的醫(yī)療康復(fù)儼然是個比較棘手的問題。

人工智能深度學(xué)習(xí)在棋類運動中的應(yīng)用已經(jīng)讓世人矚目。智能機器人AlphaGo，通過短時間的圍棋游戲數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)就輕松擊敗了一眾人類圍棋高手，李世石，柯潔等等?？梢姡?jīng)過機器智能深度學(xué)習(xí)的發(fā)展。機器能夠在短時間內(nèi)超越人類，獲得了過去難以想象的智能提升。

以AlphaGo為例，可以看出人工智能深度學(xué)習(xí)的巨大潛力。因此，考慮到重癥患者本身的生理情況難以獨立完成現(xiàn)有康復(fù)產(chǎn)品的交互，可以引入人工智能服務(wù)機器人來輔助完成訓(xùn)練，這些機器人可以通過外骨骼等平臺或媒介與患者產(chǎn)生主動交互關(guān)系，為患者提供輔助力量，幫助其保質(zhì)保量完成。在過程中，輔助機器人能夠不斷收集患者的訓(xùn)練反饋，通過大數(shù)據(jù)采集其他類似患者的訓(xùn)練模型，并結(jié)合個體的差異，通過深度學(xué)習(xí)算法不斷調(diào)整訓(xùn)練模型，最終建立最適合個體患者的康復(fù)訓(xùn)練模式。在訓(xùn)練初期，調(diào)大外力的幫助，當(dāng)恢復(fù)到了一定程度，則可以慢慢減少外力，直到患者可以獨立完成為止，這是一種循序漸進(jìn)的產(chǎn)品輔助交互方式，在該產(chǎn)品交互體系當(dāng)中，智能系統(tǒng)主動與患者產(chǎn)生交互，幫助其完成康復(fù)訓(xùn)練，這不僅改善了當(dāng)前患者的醫(yī)療康復(fù)交互體驗，還為之后再次使用該產(chǎn)品系統(tǒng)的患者提供了寶貴的可參考模型。

五、總結(jié)

綜上所述，通過對當(dāng)今人工智能技術(shù)和人機產(chǎn)品交互設(shè)計概念的分析和歸納，結(jié)合現(xiàn)有產(chǎn)品案例的分析，研究挖掘了在醫(yī)療康復(fù)產(chǎn)品交互設(shè)計當(dāng)中應(yīng)用人工智能相關(guān)技術(shù)的可能性，提升了患者的醫(yī)療康復(fù)用戶體驗。

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