基于距离识别的自闭症儿童智能服装设计

施秋杉，王 军,2，闻 婧

(1.大连工业大学 服装学院，辽宁 大连 116034； 2.大连工业大学 服装设计与工程国家级实验教学示范中心，辽宁 大连 116034； 3.大连工业大学 艺术设计学院，辽宁 大连 116034)

自闭症是一种神经行为发育障碍性疾病，由早期发育、遗传等因素导致[1]，主要表现为不同程度的社交障碍、重复刻板行为等[2]。自闭症往往在3岁前发病，在4～5岁时最为明显[3]，在儿童时期尽早治疗可有效改善自闭症的社交障碍等症状[4]。

针对自闭症儿童社交障碍问题，研究者们从不同角度提出了解决方案，如英格索尔[5]设计了过家家等游戏，通过模仿社交实践提升自闭症儿童的社交能力。Wolfberg[6]提出整合性团体游戏疗法，通过与正常儿童游戏互动，提高自闭症儿童的社会沟通技能。此外，研究者对相关产品进行了设计，蒋鑫龙等[7]研究了面向自闭症患者社交距离认知的可穿戴系统，为患者提供社交距离的认知辅助。也有研究设计了面向自闭症儿童的音乐玩具，通过按压硅胶的方式发出音乐，以达到激发自闭症儿童创作和交流的作用[8]。本文针对3～6岁自闭症儿童设计了一款基于距离识别的智能服装，应用超声波传感技术判断社交距离实现对音乐播放的控制，通过音乐治疗帮助自闭症儿童缓解社交中的焦虑与不适。

1 社交距离与距离传感器

1.1 社交距离范围

自闭症儿童不具备社交距离认知能力[9]。Edward[10]将人际距离划分为私密空间、个人空间、社交空间和公共空间。私密空间范围为距离身体50 cm以内，是非常私人化的情感区域；当陌生人闯入私密空间时，被闯入者会有一系列的负面心理反应。个人空间和社交空间的范围分别为距离身体50～125 cm与125～350 cm；在个人空间内人与人交谈会较为放松，不会有压迫感；在社交空间内，人与人相处较为自然，适合开展各种活动。公共空间的范围为距离身体350～750 cm，公共空间内人与人很难有情感交流。因此，有效的社交距离应包含个人空间与社交空间，即在距离人体50～350 cm的范围内。

1.2 距离传感器

智能服装中社交距离识别功能主要通过距离传感器实现，已有的距离传感器相对成熟，目前常用的有激光测距仪传感器、Kinect传感器、超声波传感器等，上述测距传感器的精度均较高[11]，可应用于各种社交场合。其中激光测距仪传感器价格昂贵，性价比不高，会出现可视光斑，易引起儿童心理上的不适[12]；Kinect传感器需要接入电脑[13]，不适用于普通社交环境；超声波传感器体积较小，探头为圆形，可作为纽扣与服装结合，提高了服用效果。因此，本文选择超声波传感器作为社交距离识别的主要元件，应用于智能服装。

2 音乐治疗

音乐治疗可以提升自闭症儿童的社交、语言及情感表达等能力[14-15]。大部分自闭症儿童伴有智力障碍的主要原因在于大脑皮层难以得到有效的兴奋和抑制，而音乐可以借助于人体大脑等神经结构直接产生自主神经反应，无需通过大脑皮层的深层次加工，对自闭症儿童的病情好转具有重要作用[16]。在有效社交距离内，选择不同风格的音乐会对自闭症儿童产生积极的影响。

杨伶等[17]在研究中指出，音乐治疗对自闭症儿童的情绪控制具有良好的效果。自闭症儿童在音乐的环境下大多呈现出愉快或者稳定的情绪，在接受音乐治疗后，负面情绪和自伤行为的发生次数都呈现出下降的趋势。因此，个人空间内可选择柔和、曲调平稳的音乐，如《高山流水》《云水禅心》《琵琶语》等，可以使自闭症儿童心情放松[18]。音乐治疗还可以提高自闭症儿童的学习能力，Simpson等[19]做了有关自闭症儿童教学的实验，发现自闭症儿童在音乐背景下识别的图片更多，Preis等[20]研究表明自闭症儿童在儿歌和古典音乐的背景下学习效果更好。因此，社交空间内可选择歌词简单有趣、方便记忆或可根据歌词做出简单动作的歌曲，如《幸福拍拍歌》《拔萝卜》《找朋友》等[21]，可以使自闭症儿童与互动者进行简单的交流学习。但音乐治疗并非对所有儿童都有很好的效果，有少数自闭症儿童对某些声音容易出现异常的情绪和行为[22]。综上，在应用过程中需要根据自闭症儿童的不同情况，通过实验确定是否采用音乐疗法以及选择何种音乐风格。

3 智能服装方案设计

自闭症儿童智能服装主要通过超声波传感器判断社交距离，不同社交距离辅以不同风格的音乐起到辅助治疗的作用。

3.1 基本款式设计

基于3～6岁自闭症儿童心智还不成熟的特点，以及着装者对服装服用性能需求，服装整体设计为棉质休闲外套。对于颜色的选择，曹漱芹等[23]研究发现，相较于暖色，自闭症儿童更偏好冷色，因此选择蓝色为主体颜色。可使该款服装在满足功能性的前提下，整体风格美观大方且便于穿脱和活动。自闭症儿童智能服装款式如图1所示。

图1 自闭症儿童智能服装款式

3.2 功能模块设计

基于距离识别的智能服装功能模块主要由4部分组成，包括电源控制模块、距离识别模块、音乐播放模块与灯光模块，模块组成及主要功能如表1所示。

表1 智能服装模块组成及主要功能

柔性电路板相对于硬式电路板，具有柔软、质量轻、厚度薄等优点[24]，将各模块集成于柔性电路板，功能模块设计如图2所示。用户选择智能服装的重要原因是不增加额外穿戴负担[25]，为达到此要求将智能元件嵌入到服装口袋、纽扣等部件中，功能模块与服装部件的组合如图3所示。

1—充电锂电池；2—超声波探头；3—柔性电路主板；4—外接充电口；5—超声波显示器；6—电源充放电指示灯；7—距离调整按钮；8—柔性细导线；9—蓝牙串口模块(发射)；10—储存器；11—蓝牙芯片；12—蓝牙天线；13—蓝牙串口模块(接收)； 14—扬声器；15—Micro USB接口；16—充电锂电池。图2 功能模块设计

a—灯光模块；b—音乐播放模块；c—超声波探头；d—拉链；e—电源控制模块与距离识别模块。图3 功能模块与服装部件组合

电源控制模块与距离识别模块组成的柔性电路板置于左口袋夹层中，口袋选用防水、绝缘面料，可以防止电路板受潮遭到损坏，并起到隔离防护作用；口袋下方设计穿线孔洞，方便对锂电池充电；口袋外侧装有拉链，便于取出电路板后对服装进行洗涤，提高了服用性能。超声波测距探头作为装饰性纽扣设计在服装门襟的中间位置，服装正常穿着时，不会出现遮挡问题，超声波探头具有防水功能，不必拆卸，使服装设计更美观实用。

音乐播放模块置于右兜盖夹层，方便取出充电或存储音乐。手机APP通过蓝牙天线与蓝牙芯片实现智能控制音乐播放功能，由监护人控制音乐开关、调整音乐声音大小以及调换曲目，进一步提升服装的实用性。灯光模块与服装中太阳图案融合设计在左胸口位置，可以拆卸，方便洗涤，在私密空间有人靠近时会闪烁作为提醒。整个系统电路连接使用绝缘柔性纤细导线，具有防发热、耐用、柔软的特点，放置于在服装拼接缝中，更加安全、隐蔽、美观。

4 结束语

本文通过对社交距离与自闭症儿童社交障碍的研究分析，设计了具有距离识别和音乐播放功能的自闭症儿童智能服装。服装主体为棉质休闲外套，超声波探头设计在服装门襟的中间位置可准确识别有效社交距离，手机APP根据不同社交距离智能播放音乐，可有效缓解3～6岁自闭症儿童的社交障碍问题。智能服装及电子可穿戴产品市场发展迅速，也越来越关注特殊群体的问题和需求，自闭症儿童功能性服装具有良好的市场前景。在未来的研究中，可不断优化服装的实用性能，这对自闭症儿童的辅助治疗及功能性服装研究应用具有重要意义。