基于TRIZ理论的鼠标发展及未来展望

1 引言

鼠标作为计算机外设这个大家族中的元老之一，其存在的重要性已不必赘述。可以说，21世纪人们的大部分工作都已离不开计算机，当然各式各样的鼠标也是随处可见。从鼠标呱呱坠地到如今已经过去了快50个年头，然而它一路走过来经历的种种变化却是鲜为人知。鼠标，它的出现代替了键盘的繁琐操作，可以快捷地让使用者的意志在计算机上得以体现。所谓祸福相依，早期鼠标的设计不周让鼠标的推广举步维艰。例如移动时屏幕上光标移动缓慢，反应不够灵敏，以及体积不够小巧便携等等，为使用者的带来许多困扰。除此之外，早期鼠标外形设计不符合人机工程学，会对使用者的手部带来永久性的健康损伤。斗转星移，鼠标外观从平庸单一到现在新奇夺目，其功能也从简单的坐标输入一跃成为一个可以驾驭众多功能的重要外设。基于TRIZ理论对鼠标的历史发展演变以及产品优化过程进行分析探究，可以为鼠标的进一步研究提供一些理论参照。

2 鼠标的发展历程

2.1萌芽时代

轨迹球最早于1952年由加拿大海军发明，用于记录手势运动，实现了真正意义上的人与计算机的体感交互。加拿大皇家海军利用保龄球与球面滚动侦测设备相结合，第一次把人的肢体语言展现在屏幕上，但是由于整体研发属于高度机密，所以无法申请专利，以至于这个鼠标真正鼻祖的存在鲜为人知（圖1）。

1968年12月9日，全世界第一个鼠标诞生于美国加州斯坦福大学，发明者是Douglas Englebart博士。他设计鼠标的初衷就是代替键盘那繁琐的指令，使计算机的操作更加简便 。他制作的鼠标是一只小木头盒子，工作原理是由它底部的小球带动枢轴转动，并带动变阻器改变阻值来产生位移信号，信号经计算机处理，屏幕上的光标就可以移动（图2）。

2.2光机时代

随着鼠标的不断发展，机械鼠标由此诞生。由于滚轴需要和接触面摩擦转动，因此这种鼠标需要十分平整的平面，才能良好地使用。同时，橡胶球极易磨损，这种机械鼠标的寿命也较短，使用一段时间后，定位精度就会下降。

1982年，罗技公司发明了世界第一款光机鼠标，光机结构是鼠标发展史上最大的发明，是鼠标历史的里程碑之一。它比纯机械式鼠标精度高，又不像光电鼠标需要特殊的底板。由于它的诸多优点，光机鼠标迅速成为主流，统治了鼠标市场达18年之久。

2.3光电时代

与光机鼠标发展的同一时代，出现一种完全没有机械结构的数字化光电鼠标。1980年代初，第一代的光电鼠标悄然出现。与机械鼠标的原理类似，只不过用两组发光二极管、光感二极管取代了双滚轮。这类光电鼠标具有比机械鼠标更高的精确度，但是它必须工作在特殊的印有细微格栅的光电鼠标垫上，过高的成本限制了其使用范围。

2.4光学时代

虽然光电鼠标由于种种重大缺陷早早地就离开了历史的舞台，但全数字的工作方式、无机械结构以及高精度的优点依旧吸引着设计师。倘若能够克服其先天缺陷必可将其优点发扬光大，制造出集高精度、高可靠性和耐用性的新鼠标。在1999年，微软推出一款名为“Intel Mouse Explorer”的第二代光电鼠标，这款鼠标所采用的是微软与安捷伦合作开发的“Inte1li Eye”光学引擎，更多借助光学技术的它被外界称为 “光学鼠标”。这种不需要专用鼠标垫的光学鼠标，由于其具有的巨大优势很快在市场上普及开来。

以上是鼠标发展的总体历程，近现代鼠标发展历史就不一一赘述了（图3）。鼠标的发展一刻也未停止过，设计师们始终在为创造出一种完美的人机交互工具而不懈努力着。

3 鼠标发展中所蕴含的TRIZ原理

从鼠标雏形到如今的繁杂多样，不难发现鼠标发展趋势有规律可循。根据TRIZ理论，任何产品或技术的发展与创新都有其规律性。他山之石，可以攻玉，按照TRIZ理论，创新所依据的科学原理往往属于其它领域。纵览鼠标发展史，人机工程学的发展对于鼠标的造型设计起到了重要的指导作用。除此之外，材料科学、电子技术以及光技术的发展也对鼠标的创新设计密切相关。这些其他领域的进步被设计者成功运用到鼠标的创新设计上来，才有了如今的各式鼠标。

从人机工程学这方面来说，鼠标从最初的仅仅适合手掌大小到现在各式各样的人体工学鼠标层出不穷，鼠标的设计者越来越看重使用鼠标的过程中对人体手部结构的保护。手的结构中，与使用鼠标相关的部分向上包括前臂，而下则有手腕、手掌及手指。对于上臂来说，它的自然形态应该是使尺骨和桡骨接近平行的状态，这种状态，也就是当上臂和手掌平放桌上的时候，上臂和手掌呈接近垂直的倾斜状态。对于手腕结构来说，多次试验证明，当人的手腕呈“仰起”状态时，“仰起”的夹角在15度到30度之间是最舒适的状态。最初的鼠标都是方块状，随着人们对人机工程学的认知不断加深，为了让人的生理结构不受压迫，现代鼠标外形大都运用了TRIZ理论中的曲面化原理，设计成曲面状。无独有偶，现代的一部分鼠标为了更加贴近手部的曲线，运用了TRIZ理论中的不对称原理，增加了鼠标的手感（图4）。同样是为了降低手部关节的损伤，轨迹球鼠标的出现更是TRIZ理论在鼠标设计过程中的一大创举。它巧妙地将鼠标最根本的有利目的（移动光标）抽取出来，通过移动拇指进而达到移动光标的目的，可谓令人拍案叫绝（图5）。

除此之外，鼠标作为计算机最重要的外设之一，其便携性最初让设计师们绞尽脑汁。TRIZ理论中动态化原理的运用，让设计师们脑洞大开，一些新型鼠标也由此诞生。这种新型的可折叠鼠标既简约又便携，令人爱不释手（图6）。

随着材料科学的不断进步，可运用在鼠标上的材料也不再仅限于塑料，一种采用了新型的薄膜材料充气鼠标成功让鼠标的便携性得到了彰显（图7）。这款充气鼠标综合了TRIZ理论中的柔性壳体或薄膜原理与气体与液压结构原理，在携带时可将气放掉，使得鼠标成为薄薄的扁平结构，节省体积；而在使用时通过充气可以膨胀到理想的大小，提供足够的使用舒适度。这种利用新材料设计出的新鼠标已可常见，像现在出现的光碟式鼠标也是如此（图8）。从一张薄薄的光碟到鼠标，将TRIZ理论中的维数变化原理体现得淋漓尽致。

高新科技的发展也让鼠标的创新设计不再拘泥于造型的千变万化，TRIZ理论多用性原理的巧妙运用让小小的鼠标焕发出了更大的光彩。新型多用鼠标层出不穷，就如这一款鼠标既可以完成人与计算机交互的任务，还可以充当备用电源，非常适合商务人士出差使用（图9）。表1是TRIZ理论在鼠标创新设计中的运用。

4 鼠标未来发展的展望

遵循TRIZ理论的多用性原理，未来鼠标的功能将不再如此局限。扫描仪、激光打印机等计算机其他外设都可能会跟鼠标结合，使鼠标可能会作为一个多用途的辅助工具，为使用者提供更加多样化的帮助。用户对工作效率的要求日趋增高，TRIZ理论多用性原理的运用是一个必然趋势，

现在的鼠标造型均是固定的，虽然考虑到人体的结构，但是并没有办法应对不同年龄不同种族人的生理结构差异，设计出的人体工学造型只能说是差强人意。考虑到TRIZ理论中的反馈原理，在新型材料科技的进步下，未來鼠标将会根据使用者的不同手掌以及使用力度进行自我调节，使整个鼠标更好契合使用者的手掌。

如今的鼠标逃不开需要手指微动的本质，但是通过运用TRIZ理论中的抽取原理，未来鼠标或将鼠标操作中的手势抽取出来，形成一种新的交互方式。未来的鼠标将打破传统鼠标点击与滑动的操作方式，更好的实现人机交互。

5 总结

通过对鼠标创新发展历史中TRIZ理论使用的回顾，设计师们越发的注重鼠标的使用舒适度。以TEIZ理论作为指导，曲面化、不对称的大量使用让如今的鼠标愈发贴合手部生理曲线，这也正是人机工程学发展的体现。

未来鼠标的创新发展依旧会以TRIZ理论作为指导。多用性理论的使用可能不仅限于当今的各种多用途鼠标，随着科技的不断进步，更加便捷的多功能鼠标也将出现。提取原理的适当运用也可能会彻底的改变鼠标的交互方式，人们不再需要受到鼠标的束缚。

责编/刘红伟

参考文献

[1] 刘伟. 交互品质：脱离鼠标键盘的情境设计[M].电子工业出版社，2015.

[2] 阿奇舒勒. 黄玉霖，范怡红译，创新40法--TRIZ创造性解决技术问题的诀窍[M].成都：西南交通大学出版社，2004.

[3]周苏. 创新思维与TRIZ创新方法[M].北京：清华大学出版社，2015.

[4] 赵新军，孙晓枫. 40条发明创造原理及其应用[M].北京：中国科学技术出版社，2014.