基于健康设计的居家智能种植机设计研究

摘  要：健康生活一直以来都是人们关注的话题，许多城市人群开始尝试居家种植。研究表明，种植也可以缓解人内心的压力与焦虑等负面情绪。然而，种植本身具有一定难度，传统的种植工具符合具有相应种植文化的用户群体。本文将健康因素融入到智能种植机的设计中，提出一个创新的智能化种植机设计方案，旨在降低用户时间与精力成本，同时满足于美观度与实用性，提升用户健康生活体验。

关键词：产品设计；智能化；种植机

一、研究背景

（一）健康设计

健康设计是在健康工业设计上关注人机关系、人环关系的基础上进一步以人为中心的设计生活。在20世纪80年代，英国皇家工业设计师艾伦·泰先生第一次提出了健康工业设计的概念[1]，核心观念是，健康设计首要的是关照个体的行为健康，个体行为需要合理的设计产品来促进行为健康。健康工业设计，可以将人与产品的互动性更好地体现其中，使产品更具人性化，让人们在愉悦的体验中提高生活质量和精神享受。因此，健康设计以满足生活方式改变的需求而诞生，它从生活的本身出发，让人们充分体验生活、感受生活、自觉得设计高质量的生活，提高自我价值的实现和幸福感。居家种植给用户带来了健康的食品，更重要的是倡导了健康的生活方式，促进了健康设计，也给社会乃至世界的生态健康起到了积极作用。

（二）食品安全问题

众所周知，食品安全是重大的民生问题。目前食品安全已成为全社会关注的焦点，食品安全问题主要表现在食品源头污染，如农药残留、化肥滥用、兽药残留、重金属污染、生物毒素、转基因食品、食品掺假、食品投毒等[2]。现如今对于侵害消费者安全权益的商家已经比比皆是，经常出现的异常情况也让广大人民群众对于食品安全问题抱有不小的顾虑，于是人们对于智能化种植产品有了新的期待，经简易操作得到健康食品是人们共同对于居家种植的愿望，而居家智能种植机的出现给消费者提供了新的选择。随着科技的进步与人们对于食品安全、健康环保的关注度不断提高，居家智能种植机将有机会成为未来家庭生活中不可或缺的一部分。

二、国内外研究现状

通过对搜集资料的统计显示，国外对于居家种植栽培产品的发展已经较为成熟。阳台设置菜园已经在欧美、日本和新加坡等一些国家成为了较为常见的事情，甚至有部分海外城市居民吃的蔬菜有大约五成是来自于自家的种植，在美国，都市农耕概念兴起于20世纪60年代，这一概念鼓励城市人们利用家中的屋顶或者庭院等环境进行种植以降低生活成本。直至今天，美国的大多数人们也会普遍性在家种植，不仅是经济不景气降低生活成本，还可以让自己吃上更为健康更为新鲜的食物，与此同时，园艺也是一项优质的活动，让人们享受乐趣又有成就感。英国也是如此，英国皇家园艺协会鼓励都市人群学习利用多余空间种植蔬菜，让阳台和后花园种满蔬菜。日本的广大居民在核泄漏事件过后更为注意食品安全问题，于是居家种菜的人数也越来越多。在此基础上，国外智能化种植产品也已经有了较大的发展。

在我国，很多城市也制定了都市农业计划和及相关政策，期望人们利用家中的阳台来发展农业经济，居家种植的蔬菜不仅能够给人们提供健康新鲜的蔬菜，还可以起到美化环境的作用。但是，中国城市面临的住房问题非常严峻，房价太高，住房面积就变得非常狭窄，小面积居家种植是更为值得注意的方向。综上所述，国内外在居家智能种植产品领域的研究已经取得了一定的进展，但是相比于国外，国内在该领域的发展尚处于起步阶段，具有巨大的潜在市场。

三、市场调研与分析

（一）竞品分析

据调查，国内市场上现有的居家 智能化种植产品主要分为智能花盆、智能种植机、智能检测仪、智能植物屏风。其中智能花盆和智能种植机占据了绝大部分，少有检测仪与其他类型。其中以小米品牌最先推出的智能花盆为例，它主要面对的用户是上班族和学生党，材料是使用的不易腐蚀的哑光ABS高强材质，简约白色灰瓷外观，主要的功能的技术实现是灯光指示，不同颜色的灯光代表植物不同的状态；数据监测花草状态（水分、养分），非接触式电容监测探头，监测芯片巧妙置入盆壁内；接入米家APP手机端，辅助了解植物信息和养护参数。这款产品获得了2017年度的德国IF设计大奖。同类产品和它一致是简约、北欧风格较多，基础满足的功能则是利用不同的传感器去监控植物的状态，再通过控制中心和灯光、显示屏或者扩音器对数据做出一个反馈，最主要的是自动满足植物的灯光需求和补水需求，在此基础上，再添加其他额外功能，例如提供植物信息的查询。而无论是智能花盆还是智能种植机都分为水培和土培两种种植方式，两者也有着较大的区别。

相较于国内并无占据较大市场分量的品牌，国外智能种植产品的品牌就显得更为成熟，对于提供以人为中心的设计，美国CLICK GROW品牌名下的智能设备主要针对对于绿植养护有兴趣额城市居民，可以使用智能设备种植新鲜的蔬果。产品种类繁多，分为单个桌面式和组合站立式，但价格都较为昂贵，基本的功能点式智能补充光照，智能校准自动浇水。产品的使用场景均为室内。另一个品牌AeroGarden在基本功能和外观上也大概与前例相似，更为亮眼的功能式增加了触摸屏控制面板，并且显示所有的植物相关重要统计数据（水位，种植天数，关系状态）。

值得注意的是一款智能无线植物检测仪，可以灵活地插入任意花盆内准确测量影响植物健康生长的关键要素，包括土壤湿度、肥料水平、环境温度以及光照强度，这样的产品突破了智能花盆对于植物大小的限制。并且，这款检测仪是现实无线联网，可以实现数据传输到连接设备上云记录。关于产品归纳总结表格如表1所示。

（二）趋势预测

在概念产品趋势调研方面，有以下几款亮眼的设计值得学习（如图1）。

盧森堡一家名为Mu-Design的公司推出了一款智能花盆——Lua，通过让技术的“人性化”来建立物联网的情感分支，让植物秒变宠物。其外侧LED屏能模拟植物的表情，展示它们健康状况和心情。Brot是一个灯和花盆的组合设计，不仅为室内提供了光源，也为花盆里的植物提供了光子。Brot上半部分储存着光，下半部分作为一个环形容器用于种植植物。你可以在里面播种各种各样的种子，一周之内就会得到一套非常健康的自家种植的草本植物或豆芽，是可以食用的。同时Brot还具有照明的功能。LeGrow，只需将白色方块彼此插入即可，可作为适合您植物的标准化模块。它甚至配备了加湿器，可以滋养植物，同时还可以使房间内的环境变得舒适，同时灯泡模块可以模仿太阳的光环给植物提供光子。Botanist花盆包括三个部分：触摸屏，连接器和探针。探针棒扫描并分析室内植物的土壤，以便传达植物可能需要的信息，该信息显示在屏幕上，用户可以了解室内植物的土壤，pH，光线，温度和湿度水平。PLUG&PLANT将插槽板固定在墙上，插入智能水槽，将供养植物生长的插头嵌到插槽板中，之后每个月在水槽中补充一次水分，智能水槽会根据植物种类的不同，进行指定的水分供养，每个插槽里都嵌着传感器，能实时搜集湿度、温度、光照的信息。

这给设计带来了值得思考的产品特殊创意点。例如第一个提醒注意培养植物过程中设备与用户互动的趣味性；第二个产品探索植物养护设备能否与其他日常用品相结合，使其更佳地融入环境；第三个提醒思考多个植株组合状态下地智能养护方式，第四个探索了更多植物探测仪的便捷使用方式；第五个对于种植系统的形状和安置位置都做了不同的尝试。

（三）用户分析

1.需求调查

通过对不同人群的使用访谈法、用户画像、用户旅程图的方法，得出结论，总结痛点和需求，指导设计方向（如图2）。

在此选用基数更大的青年人群为例，选取了上班群体和学生群体两类典型用户进行访谈（线上和线下方式结合），本次访谈旨在了解居家种植的青年群体的种植动机以及面临的挑战和需求点。以下是访谈的主要内容与发现。

（1）受访者基本信息

本次访谈共有20名受访者，年龄在20-35岁之间，其中男性占比55%，女性占45%。受访者分别来自不同的职业领域，包括学生、教师、医生、工程师等。

（2）种植动机和体验

①健康饮食。多数受访者表示，居家种植的初衷是为了获得更加健康、有机和环保的食材。他们认为自己种植的蔬菜更加新鲜、无农药残留，有助于提高自己的饮食质量。②放松和娱乐。种植活动也被视为一种放松和娱乐的方式。一些受访者表示，通过种植可以缓解工作压力和焦虑，使自己感到愉悦和充实。③增加亲子互动。一些家庭主妇和家长表示，通过与孩子一起种植，可以增加亲子之间的互动和沟通，培养孩子的责任感和耐心，同时也有助于孩子的成长和身心健康。

（3）种植收获和挑战

①收获丰富。多数受访者表示，通过居家种植，他们获得了丰富的食材和花卉，同时也提高了自己的园艺技能和知识。②面临挑战。受访者也提到了一些挑战，如缺乏种植知识和技能、难以掌握种植时机和天气变化、病虫害防治等问题。此外，一些受访者表示，种植需要花费较多的时间和精力，难以与日常生活和工作平衡。

（4）需求和建议

①获取信息和技术支持：受访者希望能够获得更多的种植信息和技术支持，包括种植技巧、病虫害防治方法等。他们建议开设线上或线下的种植课程和交流平台，以便互相学习和分享经验。②增加便捷性和趣味性：一些受访者建议开发更加便捷和有趣的种植产品，如智能种植机、家庭植物养护用品等，以满足年轻人的需求和兴趣。③建立社区和互动平台：受访者希望建立一个居家种植的社区和互动平台，以便互相交流和分享经验，同时也可以共同参与种植活动和项目。

通过本次访谈，我们了解到居家种植的青年成年群体的种植动机、体验和收获，以及面临的挑战和需求。

通过市场分析方法，居家智能种植需求可以分为：基本型：包括满足植物日常生长需求（光照、水分、肥料）和及时提醒相关养护操作；期待型：包括可以远程操作及得到反馈和独特的养护操作提示操作；魅力型：包括植物日常生长录像、植物科普知识查询、植物医生辅助诊察植物异常情况和相关植物兴趣社区交流平台。其中可创新点的总结如表2所示。

2.场景分析

居家种植的场景主要是在室内，还有室内的延申——阳台。阳台是家居环境中的一个小空间，通常是家庭住宅的一侧，具有一定的日照和通风条件。阳台的环境相对封闭，缺少自然土壤和阳光雨露，但却是人们在居室最接近自然的空间。居家智能种植机需要适应家庭环境，家庭的空间大小、光照、温度和湿度都会影响种植机的性能，其中，由于国内购房压力较大，空间的有效利用是重要的考量因素。总结阳台的环境特点如下：

（1）阳台环境相对封闭，缺乏自然土壤和阳光雨露，需要通过种植机提供适宜的种植环境；

（2）阳台空间较小，需要合理利用空间，确保种植机的尺寸和重量与阳台相匹配；

（3）阳台日照时间和强度因地理位置和季节而异，需要种植机能够调节光照，以滿足蔬菜的生长需求。

四、产品构思及定位

（一）产品构思

产品的生态化特征要求将产品和人与自然环境视为统一的整体，在产品整个周期内，需要考虑如何节约材料和资源以及如何减少污染，如何提高产品的回收和再利用率。在此基础上，于是设计时，可以采用滴灌技术，提高水源的利用率，节约水资源；在外形和结构方面，可以使用低成本，符合生态化的设计理念的再生材料作为主材料。此外，产品本身起到更多的作用例如美化家庭环境。在智能化方面，产品的功能实现上，可以使用智能化技术，将数据智能化呈现给用户，让用户通过简单的操作即可可以培育健康的植物，在通过多种传感器共同检测植物健康，提高植物生存率。

（二）可行性分析

1.技术可行性

（1）滴灌技术

滴灌是将具有一定压力的水，过滤后经管网和出水管道（滴灌带）或滴头以水滴的形式缓慢而均勾地滴入植物根部附近土壤的一种灌水方法。滴灌技术是智能化时代的产品，原理为物联网传感器与由水泵装置、供水管道、滴 头喷头共同构成的系统相连接，将其接入中央智能控制中心，形成滴灌一体的智能化系统[3]。物联网传感器对周边环境情况产生全面感知，发现土壤中的环境因子低于绿植生长最佳条件时，信息会反馈给中央控制系统，系统启动水肥输送功能，通过滴灌的方式，给绿植提供充足的水肥[4]。滴灌与其他灌水技术相比较，具有许多不同的特点，其系统组成和其他灌水方法也不同。它没有喷水或沟渠流水，只让水慢慢滴出，并在重力和毛细管的作用下进入土壤。滴入作物根部附近的水，使作物主要根区的土壤经常保持最优含水状况。

（2）无土栽培技术

无上栽培是一种不用天然土壤而采用含有杭物生长发育必需元素的营养液来提供营养，使植物正常完成整个生命周期的栽培技术。无土栽培可以分为水培和雾培两种类型，水培是指将植物根系直接浸泡在营养液中，此方法操作简便，适合于叶菜类蔬菜的栽培。雾培是将营养液浓缩成气雾状直接喷到作物的根系上，根系悬挂状态，此方法适合于高密度、高效率的栽培。

2.市场可行性

快节奏发展背景下，绿色生活和健康饮食逐渐成为人们追求的生活方式。居家智能种植机作为一种集智能化、绿色化、便捷化于一体的种植设备，具有广阔的市场前景。随着家庭园艺和绿色生活方式的普及，家庭农业市场呈现出迅速增长的趋势，为居家智能种植机提供了广阔的发展空间。各大电商平台的兴起和普及，为居家智能种植机的销售提供了便捷的渠道，降低了市场推广的难度。

综上所述，居家智能种植机具有广阔的市场前景和较强的技术可行性。然而，要想在市场竞争中脱颖而出，需要不断提高产品的品质和创新性，满足消费者的多样化需求。在未来的发展中，居家智能种植机有望成为家庭农业市场的重要力量，为人们的绿色生活和健康饮食提供便捷、高效、优质的服务。

五、设计实践

根据调研成果和研究进行设计实践。

（一）设计方案

通过概念草模来实现产品的造型设计，具体如图3所示。

（二）产品工作原理

此产品主要使用到了两个技术，利用水浸传感器和水位传感器合作监控水位，发送到控制中心，再由控制中心给灯光设备发去信息，给用户反馈水量情况

水浸传感器：接触式水浸报警器，利用液体导电原理进行检测。正常时两极探头被空气绝缘;在浸水状态下探头导通，传感器输出干接点信号。当探头浸水高度约1毫米时，即产生告警信号。

水位传感器：传感器固定后即可直接使用。由于电容式水位传感器检测到的电容值在五液体和有液体时变化不一样，传感器根据检测到的电容值的变化给出信号。接收到信号后，设备控制提醒信号。

（三）产品的三视图与爆炸图

产品具体的三视图与爆炸图如图4和图5所示。

（四）设计方案表现以及呈现

产品的效果图和场景图如图6所示。

产品使用说明：这是一款智能化居家种植机，外观为三层土培盘，使用无毒无害ABS塑料材料制成。顶层注入水源，即可注入三层的储水箱，每个储水箱容量达到1.5L，可供给植物四十天以上的水分需求。工作原理是水浸传感器和水位传感器合作监控水位，发送到控制中心，再由控制中心给灯光设备发去信息，给用户反馈水量情况。种植机灵感来源于蘑菇造型，又称倒金字塔形，塑造空间感，与居家环境融合，具有装饰作用。

六、结语

通过综合运用文献研究、市场调研、用户分析的方法，笔者提出了一种集创新、健康、美觀与环保于一体的智能种植机设计方案。在研究过程中，我们可以发现健康设计在居家智能种植机中的意义不容忽视。用户对于能够促进健康、提供安全食品的种植设备也具有强烈需求。用户在期望设备在保证种植效果的同时，能够提供便捷的种植体验节省时间与精力，该方案着重于通过智能化技术满足这些需求，使居家智能种植机成为一种健康生活的工具。总的来说，通过本研究，笔者提出一种基于健康设计的居家智能种植机设计方案。笔者相信，随着科技的不断发展和用户对于健康生活方式的日益关注，智能种植机将会在未来具有更大的发展空间，为用户带来更健康的食品选择和更丰富的生活体验。

参考文献

[1]亓浩然，邓嵘.基于健康设计思维的母婴冰箱设计研究[J].艺术科技，2021（3）：24-25.

[2]王伟.食品安全问题探析[J].湖北农业科学，2006（6）：687-690.

[3]王申，周杰，田敏.新模式在农业工程DSP技术中的实践研究[J].现代职业教育，2019（4）：94-95

[4]严英.园林绿化中滴灌水肥一体化技术应用[J].花卉，2023（16）：70-72.

作者简介：程鑫，南京理工大学设计与艺术传媒学院硕士研究生

指导老师：李亚军