浅析人工智能在医疗康复产品交互设计中的应用

王哲昀 （江南大学 设计学院 214000）

人类社会的发展总是伴随着产业革命，从石器时代到蒸汽时代再到电器时代，进一步再到互联网信息时代，当今，AI技术的发展，即将把人类文明带入崭新的人工智能时代。产品交互设计一直贯穿在人类社会的发展进程当中，人与产品的交互方式也随着时代的发展而不断改变，因此，在新的人工智能时代必然将改变过去的产品交互方式，带来更好的用户体验。

一、人工智能背景，概念以及和产品交互设计的关系

人工智能是探究人类的智能原理和本质，发展机器学习及反应并且模拟人类智能，最终设计出和人类相似反应的智能机器的科学。随着时间的推移，人工智能的理论技术不断成熟，应用领域也日趋扩大，在不远的将来，人工智能的产品或许真能达到人类的智能。

工业设计是一种融合技术，艺术，商业，对产品，系统，服务进行的创造性解决问题的活动。致力于提供解决方案，问题可视化，改造用户体验，并给大众提供更好的生活质量，最终创造一个更好的世界。

在当今互联网信息时代，传统狭义的工业设计又扩展为广义的产品交互设计，它定义、设计了在一个人造系统中两个或多个个体要素之间交流互动的结构，并且使其互相配合，共同完成预定的设计目的。在一个整体的交互系统中，用户显然是最重要的个体，计算机等其他设备则是与用户发生交互的其他个体，个体间发生交互的感知通道主要有1.视觉2.听觉3.触觉等。在设计交互方式时，需要遵循以下原则：1.友好灵活2.功能明确3.可靠4.图形化表示。

广义的人机交互发展经历了命令行界面，图形界面和当前的多通道用户界面。可以看出，出色的产品交互系统应该能充分调动用户的积极性，从视觉，听觉，触觉多个通道与用户产生完整的自然和谐的交互体验。

如果说设计赋予了产品更多的美感和易用性，那么人工智能则给产品增加了更多想象和感性。在当今人工智能的时代背景下，产品交互设计离不开人工智能，人工智能也离不开产品交互设计。

二、人工智能技术简介

（一）语音交互技术

就在3月，微软亚洲研究院的研究人员向世界公布了一个消息：机器翻译提早7年到达人类专业等级的翻译水准。而在业界，语音识别技术已逐步成为了许多产品的卖点。其中代表有苹果、微软、谷歌、科大讯飞、思必驰等厂商，讯飞的语音识别正确率甚至已然达到了98%，人类与机器的语言沟通交互越来越自然。

语音交互的技术主要包含了语音识别、语义分析、智能语音合成、智能沟通等几方面。智能音箱则是AI语音交互技术走进公众日常的代表性产品，以其为例可以简单看出语音交互技术的应用方式：1.用户使用自然语言向音箱发出指令 2.音箱拾取用户声纹并解析3.音箱再通过语言播报和 APP 推送对用户的请求做出回应，智能音箱除了能为用户提供一些通用的协助以外，将来很有希望成为家庭的智能核心。

（二）图像视觉识别技术

人工智能中视觉识别技术的突破，使得机器拥有了和人类相同的三维立体视觉，并且可以像人眼一样实时地区别不同的物体，辨识不同的人体动作以及理解该动作的含义。在此基础上，人类不再需要使用复杂的控制产品，便可以使用自身的特征或者肢体动作与周边的产品或环境展开交互。

图像识别在安防，零售等行业的运用已然广泛地改变了人们的生活，人们回家不再需要担心没带钥匙或者门禁卡，通过人脸识别，自家大门永远对自己开放。在无人超市中，人们不再需要排长队结账，只需刷脸出门一个步骤，便完成了传统的结账付款交互。

（三）家庭服务机器人

家庭服务机器人是一种特别的人类机器人。它拥有模拟人类的运动系统，感知系统，输入系统，输出系统和存储系统。能够根据任务，自主实现防盗、安检、清洁、搬运、家电操控，娱乐、亲子沟通等工作。而目前大规模普及的主要是用于家庭清洁，亲子互动的小型服务机器人。如 IROBOT，ECOVACS，新松等等。

三、将人工智能技术应用到医疗康复产品领域的必要性

（一）医疗康复概念和市场发展前景

当今时代，传统健康理念和医学结构已然发生了转变，在种种外力因素影响下，康复医学逐渐走入了人们的视野。康复医学主要是一门探究残疾治疗和术后康复的应用医学。其目标是经过物理运动训练、技巧训练和语言训练等多种方法使患者获得最大程度的康复。

康复治疗能有效地预防和医治慢病复发，提升疗效。据了解，在发达国家，因为中风而致残的几率在3成左右，然而在国内，这个数字则高达7成以上，产生这种反差的主要原因就是公众普遍缺乏康复医学意识，患者缺乏康复治疗。目前我国医疗康复产业尚处于起步阶段，规模小，康复意识弱且资源设备不均衡。目前的医疗康复行业市场只有200亿元规模，然而有关机构根据市场潜力估计，到2022年，这个数字将变成1000亿。

（二）国内医疗康复现状和存在的问题

据了解，所有神经系统因功能障碍而受损的患者都需要进行康复治疗。最常见的病例是脑卒中、脑损伤或肢体疾病、肢体创伤和肢体无力。根据不同的病情主要有以下医疗康复治疗手段：1.运动疗法和物理治疗；2.作业疗法；3.言语治疗；4.心理治疗；5.假肢及矫形具治疗。

结合前文以及以上治疗方式，总结出目前国内康复医疗主要存在以下几个方面的问题：

1.医疗康复人才匮乏2.康复机构不足3.康复床位数占比过低4.医疗康复相关设施缺乏且落后。

（三）人工智能改善医疗康复体验

总结以上现有康复医疗现状中存在的各种问题，可见，现有的国内医疗康复领域的主要问题是专业人员，场所不够，康复设备落后，体验不佳。而人工智能能够以其特有的自身优势填补这些空缺，从视觉，听觉，触觉等多个通道的人机交互上优化并改善患者的医疗康复体验。

四、人工智能技术在医疗康复产品交互设计中的应用

人工智能技术的重大进步更新了人与机器的交互模式，从过去旋钮电器时代，鼠标和键盘的时代，触摸屏智能手机时代，直到今天即将到来的人工智能时代，我们的双手将从计算机的键盘鼠标和种种触摸屏设备当中释放出来，和机器的互动将要从单方面的被动形式向双向的主动形式转变。

（一）语音交互技术在医疗康复产品交互设计中的应用

据前文可知，目前我国医疗康复领域及其缺乏专业医生和康复训练师，并且医疗康复的患者多为60岁以上老人，子女经常不在身边。因此如何及时得知患者训练情况，并且帮助患者自主康复训练是一个重要问题。当前的康复产品部分是患者需要在训练师的辅助下进行，有些则是需要通过对老年人来说较为复杂的触摸屏来操作。

可见，目前的医疗康复产品与患者的交互方式依然是单方面被动的，比如说针对中风患者术后康复的矫形手套，患者需要主动弯曲自己的手指，看到牵引绳被拉伸，同时手套给予手指一个触觉反馈输出，患者通过手指输入了这个信息反馈，提示自己可以伸直手指了，至此，便完成了一次交互。患者与整个康复系统的交互只存在于视觉，触觉两个通道。普遍的康复方式则是在训练师的辅助下，通过和训练师的实时沟通反馈来完成各种训练动作，训练师充当了一个“智能产品”的角色，显然，国内并没有那么多这样的“智能产品”。

语音交互技术在智能交通中的应用可以说是语音交互改变生活的典型案例，比如丰田G-Book，通用Onstar等等。我们知道汽车驾驶室是一个功能繁多且高度复杂的人机交互系统，由于驾驶汽车的缘故，人的视觉和触觉被高度限制，接电话，导航等操作是非常危险的交互行为。通过引入语音交互技术，系统可以通过听觉这个通道来与人产生交互，驾驶员可以用语音来操作汽车的整个系统，解放了驾驶员的双手和眼睛，极大地保障了人们的驾驶安全，提升了驾驶交互体验。

根据上述分析，以智能交通交互系统为例，同样可以引入人工智能语音对话的交互方式来完善整个医疗康复交互系统，首先语言对于所有人来说都是最简单常用自然的交流方式，能够减少患者的操作障碍。其次，在患者康复训练过程中和结束时，产品可以通过听觉这一个通道与患者产生主动交互，提醒其开始和结束训练，智能判断患者的心理状态，和患者建立起良好的相互沟通，及时了解患者的康复情况和训练后感受，如有不适，及时通过系统联系主治医师。可以说通过语音交互技术的引入，改造了传统康复产品单方向被动的交互方式，形成了双向的，自然和谐的人机交互系统。

（二）图像视觉识别技术在医疗康复产品交互设计中的应用

在查阅资料和调研中发现，现有的医疗康复产品与患者之间的单向交互方式，还直接或间接地导致了患者训练完成度不高，训练动作不到位，康复效果不佳等问题。因此，如何给患者在现有一成不变的医疗康复体系上带来新的交互体验是一个重要课题。

图像视觉识别技术及其衍生的体感技术在游戏领域的应用是又一个人工智能改造生活的典型案例。当今主流的以体感技术为基础的游戏平台主要有三家：Wii，PlayStation Move和XBOX360。玩家不再需要使用鼠标，键盘，手柄等传统的游戏控制器，只需通过自身的肢体动作，便可以实现对游戏角色的直接操纵。在触觉这一通道上，将过去通过控制器控制角色的间接交互改造成了使用肢体动作的直接交互，实现了自然和谐的人机交互。

以体感游戏为例，由此启发，也可以在医疗康复产品中引入人工智能图像捕捉和识别技术，通过智能摄像头让患者以体感游戏的交互方式完成康复训练，实时捕捉识别患者的康复姿势并智能打分，主动及时纠正错误或者不到位的动作，产品系统从视，听，触三个通道与患者产生主动双向交互关系。既趣味化了原本枯燥乏味的医疗康复流程，又保质保量地完成了既定的训练目标。

（三）机器人辅助，深度学习在医疗康复产品交互设计中的应用

对于一些之前患有严重疾病的术后康复患者来说，在训练师人数不够又无法独立完成既定康复训练的情况下，他们的医疗康复俨然是个比较棘手的问题。

人工智能深度学习在棋类运动中的应用已经让世人瞩目。智能机器人AlphaGo，通过短时间的围棋游戏数据分析和机器学习就轻松击败了一众人类围棋高手，李世石，柯洁等等。可见，经过机器智能深度学习的发展。机器能够在短时间内超越人类，获得了过去难以想象的智能提升。

以AlphaGo为例，可以看出人工智能深度学习的巨大潜力。因此，考虑到重症患者本身的生理情况难以独立完成现有康复产品的交互，可以引入人工智能服务机器人来辅助完成训练，这些机器人可以通过外骨骼等平台或媒介与患者产生主动交互关系，为患者提供辅助力量，帮助其保质保量完成。在过程中，辅助机器人能够不断收集患者的训练反馈，通过大数据采集其他类似患者的训练模型，并结合个体的差异，通过深度学习算法不断调整训练模型，最终建立最适合个体患者的康复训练模式。在训练初期，调大外力的帮助，当恢复到了一定程度，则可以慢慢减少外力，直到患者可以独立完成为止，这是一种循序渐进的产品辅助交互方式，在该产品交互体系当中，智能系统主动与患者产生交互，帮助其完成康复训练，这不仅改善了当前患者的医疗康复交互体验，还为之后再次使用该产品系统的患者提供了宝贵的可参考模型。

五、总结

综上所述，通过对当今人工智能技术和人机产品交互设计概念的分析和归纳，结合现有产品案例的分析，研究挖掘了在医疗康复产品交互设计当中应用人工智能相关技术的可能性，提升了患者的医疗康复用户体验。

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