基于產品服務系統理論的地震救災機器人設計

摘 要：地震具有突發性強、破壞性大、次災害多、搜救困難等特點，災害發生時來不及逃脫的人員會被埋于廢墟，處于受傷、饑餓的狀態。而地震救援復雜，需要更靈活的救災機器人進行搜救，以減少不必要的損傷。如何更加快速地找到廢墟下的傷員并且實施救助，最大程度減少人員傷亡成為了目前地震救災的重點研究方向。針對地震造成的問題以及對受災人員狀態的分析，結合產品服務系統設計了一款可以與傷員溝通的救援機器人APP，為其設計了較為齊全的功能，以提高地震救災的效率，并為受災人群提供身體與心理的全方位關懷。

關鍵詞：產品服務系統；機器人設計；軟件設計；防震救災；地震救援；APP

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）12-00-02

0 引 言

中國地域遼闊，地震活動頻發，如何更加快速找到廢墟下的傷員并且實施救助，最大程度減少人員傷亡成為了目前地震救災的重點研究方向。針對地震救災等危險情況設計的機器人大多只能在搜尋和救援時起到輔助作用，尚未發揮出更大的價值。面對發生的重大事件，人們需要的不僅僅是機械式救援，還需要得到心理撫慰。隨著人工智能的發展，能夠識別、理解人類情感的系統設計也被納入考量，智能產品也相應添加了情感化的功能設計。具備情感安撫功能的救災機器人，能夠更好地滿足受災人員的生理與心理需求，讓救援變得更加便捷與人性化。

1 地震與防震救災問題的概述

1.1 地震災害概述

地震是板塊與板塊之間碰撞擠壓產生的能量釋放后形成地震波引發的災害，它難以預測且范圍廣，破壞性強。地震的眾多次生災害如崩塌、滑坡等使人類財產乃至生命安全受到威脅。進入21世紀，全球有約69.6萬人在世紀初死于地震[1]。隨著地震災害的頻頻發生，有許多人逃離不及而被埋在坍塌建筑中，處于受傷狀態，且伴有失血過多、缺水等問題，而余震也隨時可能到來，使救援人員也同樣面臨危險[2]。

1.2 防震救災問題概述

1.2.1 震前預警問題

地震的預警信息是地震監測臺根據記錄的最初幾秒地震數據估算的，因此與實際參數有偏差。地震的預警需在檢測到地震波時不斷對數據進行更正，且由于地震的時效性強，所以在發布數據前無法檢測數據是否準確。而即使地震能夠被準確預測，但反應時間以秒計算，居民難以在地震波抵達之前快速逃往開闊地區。

1.2.2 震中躲藏問題

地震到來時間短，而居民需要在這段時間內找到安全的避難所，因此居民在撤離公寓樓、地鐵站、商場時難免會發生擁堵踩踏現象。因此避險是需要被重視的問題，視情況和所在位置來選擇逃生或躲避需要具體問題具體分析。

1.2.3 震后救援問題

在震后救援過程中，倘若救援部門的應急機制不完善，各部門溝通不順將導致出現重大問題。災后的衛生條件差，救援人員緊缺，加之動物糞便、污水、垃圾不能有效處理，往往會導致蟲蟻泛濫、鼠患猖獗，可能造成傳染性疾病。地震致使地面開裂，因此救援人員無法順利將急救藥品和器械快速送往災區，且患者無法轉移，均嚴重影響了救援工作的展開。地震的應對時間少，次生災害可能會發生，所以對救援人員而言，地震救災時間緊，任務重[3]。

2 產品服務系統研究

2.1 產品服務系統的概述

產品服務系統簡稱PSS，基于產品設計、服務設計、系統設計的理論發展而來。它將實物產品和服務模式整合成系統。產品服務系統包括產品、服務以及系統。產品連接了系統和使用者，承載了服務，而有了服務的產品會隨之增值。產品觸點和服務觸點由系統連接[4]。產品服務系統又分為傳統產品服務系統和智能產品服務系統。傳統產品服務系統包含數據，但是數據僅僅被儲存和調用。智能產品服務系統通過搜集、篩選、檢測分析數據，及時給出反饋，調節部署人員，協調用戶躲避逃生[5]。

2.2 產品服務系統解決的問題

對于面臨地震災害的人群來說，現有的大部分救援產品都僅滿足了生理救援需求，無法滿足人們的情感需求[6]。針對受災人群的不同層次需求，提出借用產品服務系統來介入救援產品，使救援產品更加人性化，為受災人群提供更加體貼細致的救助服務。產品服務系統的介入，能夠實現很多市面上救援產品未實現的功能，讓救援過程更加流暢，同時充分考慮受災人員的心理需求，救援產品的情感化設計旨在對受災人員的心理救援[7]。基于服務系統而設計的救災機器人，將受災人員的核心需求以及使用場景融合在一起，提高了救災機器人的服務質量。

3 與救災機器人結合的APP功能設計

為了使機器人具備更全面的功能，為機器人配備了APP。APP在震前提供預警以及規劃逃生路線；震中進行情感安撫，顯示周圍環境并向親友發送實時情況；震后輔助救援隊員進行救援，機器人前進時對周圍情況進行探索，規劃救援路線，并安撫幸存者。在日常使用中用戶可以瀏覽推文，從而增加對地震相關信息的了解；針對老年群體，除了在逃生時為他們提供語音指引；針對部分存在視力障礙或者文化水平有限的老年人，推出了語音閱讀推文功能，以期提高群眾反應能力以及生存能力。APP界面如圖1所示。

APP的設計以用戶為中心并不斷完善，旨在地震來臨時助力群眾有序逃生，大幅提高救援效率。

4 救災機器人設計

在救援過程中，人力難免有無法到達的地方，救援人員也時刻面臨著危險。而救援機器人的引進不僅可以有效減少人力資源的損耗，保護救援人員安全，還可以完成搜尋、救助、撤離等任務，效率極高。通過結合地震現場環境與受災用戶需求，達到人員、財產保護的最大化。

“智蛛”機器人可以在第一時間被空投至災難現場進行搜索救援。“智蛛”機器人以6只機械足行進，在確保其穩定性的同時又確保了它在復雜地形環境中的越障行進能力。同時，“智蛛”設計了保護頭部的模塊，利用磁吸讓其機械臂與機器頭形成一個半包圍的密閉空間，防止余震對人員造成二次傷害。機器人基本功能設計如圖2所示。

“智蛛”可以深入地震現場的內部進行探測，在外進行多端遠程控制，從而獲得更全面的信息。搜集信息標注后，將規劃的救援路線送到APP中，大幅提高了搜救效率。機器人不僅節省了資源與人力物力，還能提供準確的地震信息作為搜救參考，大大提升了受害者的生還率。

“智蛛”能深入廢墟尋找被困人員，給受災群體提供救助庇護，當發現幸存者時，“智蛛”還可以為該幸存者提供營養劑，并將吸管定位到幸存者嘴邊以維持幸存者生命，等待救援。同時，還能夠為受災群體提供遠程影像對話，進行語音關懷，從而讓被困人員重新燃起生存的希望和信心。

產品的核心觀念圍繞生命至上，以降低生命財產損失為出發點，給在震區受災群體提供生命救助的同時又能夠為他們帶來心理救護。

5 結 語

隨著現代科技的發展，針對地震災害的救援技術越來越成熟，各類救援機器人紛紛問世。在對受災人員及其家屬以及救援人員的需求和痛點進行深入分析后，運用產品服務系統理論構建“產品+服務”系統[8-10]，能夠更加有效地提升地震搜救效率并且提高被困者生還率。通過產品服務系統，使用者可以通過APP規劃路線進行躲避，在被困時可以及時告知親人自己的狀況并且得到安撫，同時告知救援人員被困人員的位置以及身體狀況，規劃救援路線。后期將對產品不斷改進，完善其功能，以期更好地為災區人民服務。

注：本文通訊作者為蔣美玲。

參考文獻

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基金項目：省級大學生創新創業訓練計劃項目：SMART SPIDER 智蛛地震救援類產品（202311463121E）

作者簡介：祖語璐（2003—），女，研究方向為工業設計。

蔣美玲（1992—），女，碩士，助教，研究方向為工業設計。

滕麗云（2000—），女，研究方向為工業設計。