人工智能在玩具设计中的应用发展及设计思路

　　摘要：近几年，人工智能技术广泛应用于各个领域。玩具市场中，人工智能技术同样扮演着重要的角色作用。人工智能玩具已经成为未来玩具设计的主要发展方向。本文首先分析人工智能在玩具设计领域的应用现状，其次阐述了人工智能在玩具设计中的应用发展。通过本文的研究以期为玩具设计提供新的设计思路。

　　关键词：人工智能； 玩具设计； 应用现状； 发展；

　　Abstract:In recent years,artificial intelligence technology has been widely used in various fields.Artificial intelligence also plays an important role in the toy market.This paper analyzes the basic status and function of artificial intelligence in the field of toy design.Secondly,it expounds the application and development of artificial intelligence in toy design.Through the research in this paper,we hope to provide new design ideas for toy design.

　　Keyword:Artificial Intelligence; Toy design; Application status; Development;

　　1人工智能概述

　　石器时代，人类早期就已学会利用工具改造自己的生活环境；工业革命时期，机器的出现解放了劳动者的双手，创造了更多的财富；随着科技的发展，信息技术时期，人们不仅满足于此，更加希望能够创造解放大脑的智能工具，随之而来，人工智能的发展也就逐渐地发挥了更大的作用。智能化也是自动化发展的一个必然趋势，目前已经达到一定水平，智能化将会成为机械化、自动化之后的又一个新技术领域。

　　1950年计算机科学之父图灵发表《计算的机器和智能》论文，1956年"人工智能"概念走进历史舞台。至今，已经过去七十年，人工智能的发展在不断积累与提高。中国新政策支持加强新一代人工智能的研发一应用，世界层面上，许多信息技术企业与互联网企业都相继涉足了人工智能领域，比如IBM公司、百度、微软等。

　　人工智能致力于开发和研究能够模拟人类行为的智能理论方法、技术、应用系统的学科，是计算机科学的分支。人工智能根据程序设定来模拟人类思维，通过无意识的机器设备进行相关指令的执行，从而实现脑力自动化。人工智能研究领域十分广泛，具体包括智能机器人、语言识别、模式识别、图像识别专家系统、自然语言处理、智能搜索。模式识别技术是人工智能最基础也是最重要的一门技术，智能机器人技术在一定程度上解决了劳动力短缺的一个问题，能够模拟人类活动。

　　2人工智能在玩具设计中的应用现状

　　人工智能在玩具设计领域中的应用处于初步阶段，一般是半人工智能的运用较多，人们对于新技术在玩具设计中的应用仍在不断探索，以至于人工智能在玩具设计中应用的优势也不明显[1].现有资料或文献中，关于人工智能在玩具设计中应用的文献甚少，但关于人工智能玩具的产品很多，以智能机器人为例，NAO是一款能够进行个性化设置的一体化陪伴机器人。它全身具有25个自由度、多个传感器及声纳使其能够感知周边环境，顺利辨认方位，还能像人类一样自主地行走。它可以通过学习身体语言和表情来推断出人的情感变化并作出回应，它会表达情感，NAO机器人甚至还会为此生气。伴随玩具与人接触的时间的长短，玩具能够识别并分辨出人的面孔与人所产生的不同行为。NAO玩具针对儿童自闭症解决问题，是为特殊教育人员提供的教具，也是为自闭症儿童患者提供的学习工具（如图1）。

　　图1 Nao机器人 

　　目前，由于人工智能在玩具领域中的应用处于初级阶段，许多人工智能技术还不成熟，也没有针对技术创新与玩具功能的考量。同时，在个人隐私方面考虑的也不够周全，因为人工智能技术的参与者是否会记录下关于孩子的各类数据，并是否能在合法范围内使用这些数据尚缺乏监管。此外，人工智能技术在玩具设计中的应用还缺乏创新能力，市场上的产品大都同质化严重。因此，人工智能技术在玩具设计中的应用还需要进一步地思考。

　　图2 Cozmo智能机器人界面  

　　图3 Cozmo智能陪伴机器人  

　　图4 2018索尼Aibo机器狗   

　　图5 Leka智能玩具   

　　3人工智能在玩具设计中的应用发展

　　人工智能在电子玩具领域中融合，增强了玩具自动控制技术，基本实现了理解人的语言和模仿人的行为，与用户互动交流的功能，在使用情感方面的功能属性更强。交互模式及交互的深度是"智能"的关键指标。因此，下面将从人工智能在玩具人机交互设计中的自然性与情感体验上的丰富性阐述其应用发展。

　　3.1人工智能在玩具人机交互设计上的自然性发展

　　传统人机交互专注于与计算机的交互协作，早期的人工智能与人机交互在研究目标上有所重叠，基本呈现交替式发展。现阶段的人工智能体系大致可分为机器学习、自然语言处理、图像识别和交互四个部分。人工智能对数据的学习和处理可以使玩具人机交互得到的结果更加准确，而玩具通过运用交互式界面设计、交互式动作识别等人机交互设计技术，帮助玩具计算系统更容易感知用户状态与用途，进而增强用户与玩具的交互范围，让玩具更"懂"用户，实现以用户为中心的自动化控制和自然舒适的交互。人工智能的发展不断拓展玩具人机交互的方式，自然用户界面（Natural User Interface）是玩具人机交互的新阶段，发挥多感官、多渠道驱动人机交互路径由最初相对单一的方式向更智能、更自然的方式发展。

　　例如，由Anki公司开发出一款陪伴机器人--Cozmo.它搭载了会辨识主人的摄像头，辅以丰富的表情和肢体动作，再加上人工智能技术加持，举手投足活灵活现，带来前所未有的人机交互体验[2].Cozmo外型身材不大，刚好可以放在成人手掌上。人工智能使它拥有可爱、聪明、善解人意的特质。相处时间越长，它会像熟悉的朋友一样，叫出用户名字。这款玩具已经变得越来越聪明，就像一个真正的宠物，它有自我意识，当主人去工作时，它会自己在家中探索。Cozmo可以经过识别环境记住相应的物体，并储存在数据库中，经过不断记忆、修正，它会通过不同的交互情境并作出不同反应，通过界面中设计的"眼睛"的表情，会传达出与人类似的情感（如图2、图3）。

　　3.2人工智能在玩具情感体验设计上的丰富性发展

　　人工智能应用在玩具实体交互和认知感知方面，能够让玩具为人所使用，并且能完成与人的交互，让玩具具有类似于人类的情感，并能够理解用户的使用方式、能够与用户进行流畅地互动沟通，能够让人工智能玩具深入理解语言中的"能指与所指",这一交互行为将能够提高用户与玩具技术系统之间的协作效率，增强人工智能在玩具设计中所体现出来的情感的感知能力，这也是人工智能在玩具情感体验设计上不可或缺的优点。

　　智能玩具具有抚慰人内心情感的功能，对于成年人来说，智能玩具能够减缓压力，返璞归真。对于儿童来说，现在的孩子和父母或同伴互动的机会不多，而智能化的、具备一定交流能力的智能玩具就在一定程度上弥补了这一缺陷，随着越来越多的智能玩具与互联网连接，未来的玩具还会成为孩子互动的媒介[3,4].（如图4）玩具可以激发儿童的注意力和记忆力并赋予他们创造性解决问题的能力，从而促进认知心理的发展。除此之外，智能玩具还可以帮助他们了解社交互动。

　　人工智能在玩具设计的应用能够抓住用户注意、诱发有意识的或无意识的情绪反应，随着社会的发展，情感化设计慢慢成为了提高用户体验的途径，当智能硬件遇上传统的玩具，人工智能能够让传统玩具的玩法拓展性大大加强，增加用户情感体验[5,6].

　　例如，Leka人工智能玩具是专为具有特殊发展障碍需要的儿童设计的交互式机器人伴侣，可激发他们的动力，为他们提供游戏和教育，从而激发社交互动，增加运动、认知和情绪技能，激发自主性，其全方位的感官刺激能够帮助他们与现实世界建立联系，促进他们学习、玩耍和进步（如图5）。

　　4结语

　　随着技术的更迭，玩具的智能化是玩具行业未来发展的趋势，本文在梳理人工智能在玩具设计中的应用现状基础上，思考了人工智能在玩具设计中的应用发展，即提升人机交互设计的自然性问题和改善用户情感体验的丰富性问题。人工智能的融合，改变了玩具的传统使用方式，提升了用户的使用体验，为玩具行业中智能玩具的"人性化"情景交互设计提供了参考。

　　参考文献

　　[1]马玥。人工智能玩具路在何方？[J].中外玩具制造，2017（07）：24-25,

　　[2]林蔚，儿童交互型玩具设计研究[J].工业设计，2015（11）：107-108.

　　[3]颜洪，刘佳慧，覃京燕。人工智能语境下的情感交互设计[J],包装工程，2020,41（06）：13-19.

　　[4]朱婧璇，高娃。学龄前儿童陪护机器人交互设计研究[J].设计，2020,33（05）：143-145.

　　[5]钟维聪，蔡江宇。5G时代下的中国儿童智能玩具的设计探讨[J].工业设计，2019（03）：130-132.

　　[6]（美） 休拜尔著。朱上上等译。情境交互设计：为生活而设计（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2019.