手机消毒器产品研究与设计

汪佳文 李瑞鹏

关键词：手机 消毒 产品创新 紫外线 用户体验

引言

随着疫情常态化的发展，人们开始注重个人健康卫生。手机作为当代年轻人每天使用频率非常高的产品，对于手机消毒灭菌的问题不容小觑。根据国家数据统计局数据显示，截止至2019年，中国移动通信手持机产品已达到1.701亿台;据CNNIC中国互联网络发展状况统计调查数据显示截至2020年6月，我国网络视听用户规模达9.01亿，较2020年3月增长4380万，网民使用率为95.8%;手机行业数据分析：2019年中国人民日均使用智能手机时间为134分钟（数据来源：艾媒网）。然而定期给手机做清洁消毒的人少之又少，人们对于手机消毒的意识仍不强烈，现对手机消毒的步骤较为繁琐且不能较好的清洁到手机外壳的许多细缝或孔洞，容易忽视或忘记对手机进行消毒，根据有关疾病预防检测报告显示，手机外壳所带来的治病有害细菌，已经接近卫生间里马桶所带致病菌，所以手机消毒是当代中国背景下急需解决的重要问题之一。

一、手机消毒方式的现状及市场需求

（一）生活中手机卫生问题和消毒方式的现状

随着科技的发展和时代前进的脚步，手机已经成为我们日常生活中不可缺少且使用频率非常高的一个产品。除了日常联系通讯之外，我们的学习、工作、支付、娱乐的方方面面似乎都离不开手机。可见手机对于我们绝大多数人中都已经有着不可替代的地位，如图1。

手机在给我们带来便捷的同时，也有很大的隐藏危害，其中手机上沾染的细菌可能通过一些不良卫生习惯导致病从口入。在室外公共场所我们可能通过手机进行日常交流，在消费完后用到手机支付，回到家中厨房内我们可能会在做饭途中用到手机。在不同人不同环境接触后，与我们的手部、耳朵、脸部、嘴巴等敏感部位接触，手部所带的护肤品油脂、汗液等又提供一定的营养，在运行过程中产生的热具有一定温度，提供了很好的环境给细菌繁殖生长，所以手机卫生问题具有极大的安全隐患，提高人们对于手机消毒的意识并有一定频率地去实施手机消毒迫在眉睫，如图2。

在现在的家庭中，使用最多的消毒方式是用75%的酒精经行擦拭。需要将酒精导入喷雾瓶中摇匀，防止整瓶酒精与纤维布接触污染酒精。然后将酒精均匀喷洒在纤维布上，从上到下同一方向擦拭手机屏幕、背面、侧面，最后要将手机静置五分钟，待酒精挥发完成消毒。若有手机壳还需要再重复此操作。由此看来，人们对于手机上的细菌有一定的了解，具备一定的主动消毒的意识，但由于过程较为琐碎和复杂，耗时较多，很少有人能坚持去对手机进行消毒，只是时而想起时进行大致的消毒，且手机细缝和孔洞处正是具有大量细菌堆积滋生的地方，这些细节不易于较好地进行消毒，消毒效果不佳。

（二）手机消毒的产品市场需求

目前，市面山手机消毒产品主要为消毒盒或消毒袋，主要采用的是UVC紫外灯照射消毒，可将手机、化妆刷、眼镜、耳机、钥匙、首饰等都放入其中进行消毒。该产品可以消毒随身携带的一些小物件，缺少对于手机消毒的针对性，且物品堆积在小空间内，手机背面和物品重叠处容易照射不到导致消毒不完全，消毒完成后缺少反馈与交互，在消毒过程中无法接收到信息而产生的焦虑的心态无法解決。其二是某些品牌比如华为有对应产品的消毒设备。该设备是将手机消毒与无线充电一体化，在充电的过程中通过UVC与UVA照射达到消毒目的。消毒盒前盖为透明设计，在充电消毒过程中可以看到屏幕的闪烁与消息，以便于及时交流。但问题在于该消毒器对应的手机型号有所限制，并不能达到很多手机型号的兼容。在使用过程中有许多的不便。

从上述现有手机消毒产品的调研分析中可以发现，人们逐渐开始关注手机消毒。根据数据显示，在调查中，将近一半的大学生对手机细菌有所了解，约七成学生觉得手机可能会或会传播疾病，且绝大多数大学生认为手机有消毒的必要性。但是对于上述两款产品的普及率并不广，许多人购买产品后，产品的使用频率并不高，由于工作的忙碌等原因经常忘记对手机进行消毒，且消毒后维持清洁时间较短，容易沾染新的菌落。所以本课题将针对此问题，做一款具有引导性的手机消毒器，让工作繁忙的人也会对手机进行每天的消毒，且不需要额外的时间，加强人们对手机消毒，个人卫生问题的重视。

二、手机消毒产品技术原理的可行性分析

（一）手机消毒器的消毒技术与功能选择

为使此款手机消毒器设计简单可靠，所选用的消毒技术应是市面上已被成熟应用的、安全的、实用的、高效的。

目前市面上常见成熟家电、家具消毒技术有煮沸法消毒、喷洒化学试剂、紫外线灯光（UV）等。对于手机这种精密的电子设备而言，很显然，煮沸法并不适用。然而常用的化学试剂，如：酒精、84消毒液、过氧乙酸等，会对人体建康造成一定的危害。并且如使用化学试剂，对设备的维护和保养将成为使用该产品过程中不可或缺的一个环节，这将与本产品使用方便、操作方便等设计理念所冲突。综上，故紫外线灯光照射是一款理想的消毒技术[5] 。

（二）消毒技术的可行性分析

紫外线（UV）杀菌是通过波长200～280nm的紫外线照射，破坏及改变微生物的遗传物质（DNA或RNA）结构，是细菌死亡或者不能繁殖后代，达到杀菌的目的。其中紫外线波长在260nm左右时杀菌作用最强。当细菌、病毒吸收超过3600～650μW/cm? 剂量时，对细菌和病毒具有致命作用，使其丧失繁殖力，从而达到灭菌效果[2] 。本项目拟采用紫外灯管作为紫外线光源，紫外线灯管的强度为100μW/cm? ，在2mins的有效消毒时间内，手机所受到辐射强度为（灯管与手机表面距离近，不考虑紫外线的损失）12000μW/cm? ，远大于细菌、病毒的致命剂量。

手机上常见的致病菌有大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌。有研究表明，某种紫外线消毒器辐射强度达707μW/cm? ，辐射剂量超细菌、病毒的致命剂量时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌杀灭对数值均>3.00。因此根据经验，我们可以大胆推断，本装置在使用单根紫外线灯管进行杀菌时，对以上三种常见致病菌的灭杀对数值也能达到3.00以上[3] 。

并且上述研究中还提到，紫外线灯管强度达707μW/cmcm? ，密闭条件良好的情况下，工作1h臭氧的泄露量仅为0.02mg/m? ，达到国家对于紫外线消毒器的卫生标准[4] 。

（三）手机消毒器的功能与结构设计

本产品的设计初衷是为了引导人们建康生活、养成习惯。本产品的使用需要尽可能人性化、方便操作。目前市面上的手机消毒器基本都为平卧开盖式，操作麻烦，并且手机正面或者反面会与内腔底部接触，紫外线无法触及此区域，消毒存在局限性[6] 。

作者通过联想到共享充电宝的存取结构和模式想到设计一种类似的存取方式，该存取方式非共享充电宝式横向存取，而是采用竖直存取的方式。并且我们把存取方式分为7个步骤，手动插入—自动定位—自动下降—开始消毒—消毒完毕—自动抬升—手动取出。其中需要人工干预的只有首尾两项任务—手动插入和手动取出。采用这种自动化工作模式，能够进一步增加消费者使用体验。其中已知消毒过程需要紫外线灯管，接下来作者将对其余产品模块进行探讨。

各个模块的功能如下表所示：

三、手机消毒器的设计探索

（一）手机消毒器的设计理念分析

（1）随着社会和时代的发展进步，我们的物质生活不断丰富，人们对生活品质以及干净卫生的要求也越来越高。但是对于大多数现代人来说，手机却成为了身边的一个定时炸弹。大多数人们都知道手机上含有很多种致病菌和病毒，但是有很少一部分人会频繁地给手机消毒。作者分析其原因有：缺乏足够的消毒知识、手机光洁的表面给人一种干净卫生的错觉、清理手机麻烦、没有正确合理的引导。作者通过对以上问题进行考究和思索提出一种智能化的手机消毒器。消毒器在用户使用时能够起到引导作用，使用户使用过程成为一种无意识行为，让用户养成一种良好的习惯。由于手机在消毒的过程中不能被继续使用，所以选取一个用户放下手机时机作为给手机消毒时机，更加容易强化用户的这种无意识行为。使手机消毒器不仅仅成为给手机消毒的设备，也是一个随手放置手机的固定位置。这种生活习惯的改变是完全不经意间发生的，当用户使用次数、频率增加，清洁消毒的卫生习惯将被慢慢训练强化，洗手和给手机消毒两个概念会在用户心中绑定在一起持续相互强化。

（2）洗手和手机消毒的过程使互补的。作者注意到：人们对手机的依赖越来越大，甚至去卫生间手机都不离手，在公共卫生间更是如此，只有在洗手时会将手机随手放在洗手台或放进口袋里，待洗完手后用干净的手拿起满是细菌的手机，然而在这个过程中，细菌和病毒通过手接触到口鼻眼等，带来疾病传播的隐患。

根据卫生规范标准，一次洗手时间维持在70～105秒，所以产品一次消毒时间在120秒左右，既可让用户标准清洗手部卫生，养成一个良好的洗手流程习惯，同时，120秒的时间又可以将手机消毒完成，又不需要用户在洗完手后有消毒手机的等待时间。

从消毒的效果来看，根据相关的国家日用品消毒标准，一次消毒過后手机表面的致病菌杀灭对数值应大于等于1。

（二）手机消毒器外部形态推敲

（1）手机消毒器外形所拥有的含义。用户在给手部做清洁时，因注意力分散、缺少清洗杀菌意识或时间仓促导致清洗不够细致，未达到较好的清洁作用。手机消毒器的定时设置，是保证消毒效果的同时，提醒用户好好洗手，保持干净和卫生。在外观设计中，关键词为：简质、细节、交互。（如图3）通过少量的按键与灯光提示以减少产品的使用学习成本，用户不需要额外去设定太多的数据和功能即可使用。

（2）巧妙富有设计的外形作为用户行为的引导。当用户每次使用产品时，120秒的消毒时间会用led灯带的灯光变化形式以可视化，运用沙漏的意向，使用户能够注意到时间的流逝以及洗手所用时间，随着日复一日的使用，会给用户形成一种专心洗手的心理暗示，监督用户充分清洁手部卫生，同时使产品不在购买后被闲置。（如图4）用户将手机放进去时，电源键灯光会闪烁，用户得到反馈，上方的凹陷造型给予用户放置手机的产品造型语义，引导用户使用手机消毒器。当手部清洁和手机清洁这两个行为绑定时，逐渐形成一种潜意识，帮助用户培养关注手部卫生的良好习惯。

经过调研发现，市面上常见手机正面尺寸范围是4.0～6.7英寸，厚度范围是6.5～8mm。考虑到内部装置占用空间和手机消毒器内部腔体的空间，手机消毒器的设计尺寸为：高240mm、宽120mm、厚80mm。手机消毒器并不会占用洗漱台太多空间。此外消毒器一侧的灯带与人交互良好，削减科技感和铝合金材质给人的冰冷感受。

（三）手机消毒器结构设计分析

经过上述对手机消毒器设计理念以及设计思路的讨论和分析，手机消毒器功能和外观都已初具雏形。接下来将进一步对具体结构设计方案进行阐述。

（1）手机消毒器主要结构为升降装置，装置由直流减速电机驱动，同步带轮和同步带传递动力，直线轴承和光轴约束运动轨迹。具体实现过程为，皮带和凹型槽固连，直流减速电机转动，带动皮带的运动，从而凹型槽能上下移动，实现手机的升降。升降装置最大行程为120mm，能满足市面上现存的所有智能手机，如图5、6。

（2）为了保持手机在升降和消毒过程中保持一个固定的姿态，增加了带有弹簧的接近开关。为了能够满足消毒任务在升降装置两侧布置U形紫外线灯管，并在侧面和底部安放LED交互灯带，电源和控制芯片。

手机在放入腔体的时候，腔体的上部装有一对接近开关，它具有检测是否有手机置入腔体和与底部的凹型槽协同维持手机保持固定姿态等两个功能。

U形紫外线灯管对侧分布，保证手机正反两面均能充分接受到紫外线的照射。U形灯管通过灯座固定于装置内部，如图7、8。

另外，侧面的LED灯带和LED灯作为手机消毒器与用户交互的媒介。电池的作用是对装置供电，能使其不受电源插头的限制。集成电路板由微型MCU、传感器、电源接口等构成，是手机消毒器的大脑，负责调控装置全自动化运行，如图9。

（3）以上即为装置内部结构，升降装置运动平稳无噪音，整体设计紧凑合理，充分利用了内部空间，能够顺利流畅的完成整个手机消毒过程。

（四）从用户体验的角度解析

从反思层的角度来看本设计，希望用户在使用结束后能获得愉悦和释怀的感受，一开始有意识地控制去进行手机消毒，LED灯带的设计刺激用户的本能视觉，从而影响用户的反思层，让用户注意手部的清洗和卫生，两者相辅相成、循序渐进。良好的用户体验使用户更高频地使用本产品，从而养成一个较好的习惯。当形成习惯时，潜意识便开始作用，消毒的起始动作从反思层降为行为层，能够让用户自然而然地在进行手部消毒时进行手机消毒，不再需要刻意的思维去有意识地进行动作。这样的流程设计可以减少用户的心理负担，不需要额外的思考和精力去考虑这件事，让它一开始变得容易起来，实际在操作过程中也会更加顺畅。

在战略层上，用户需求是需要一个可以高效利用反复使用的手机消毒产品，产品的目标也是希望提高产品的利用率，让用户养成手机消毒的习惯，同时提高利润率。因此，在范围层，我们提供了多种可以达到产品目标的消毒方式，每种方式都有不同的优势和劣势，紫外线照射、Ag+水溶液性价比较高，能够更好地达到用户需求，但在战略层的限定下，考虑到成本和用户操作步骤及难易程度，我们最终将功能实现的方式确定为用紫外线照射这种相对成熟的方式。在结构层的交互设计中，依照我们的在战略层就确定的设计理念以及在范围层确定的功能规格，将消毒过程可视化以及在开启和关闭的物理按键的灯光闪烁作为反馈，并将消毒过程自动化，减少用户使用的繁琐程度，使产品更加易用好用。在表现层中，产品使用铝合金的材质，贴合使用场所，外观设计的更为简洁，是当代手机等产品的设计趋势，使产品和手机达到高度一致性，也让产品更好地融入环境。

结论

本文针对解决家庭手机的消毒问题，经过对手机消毒的研究与设计探索，分析了手机产品的市场需求、使用环境和基本技术原理，结合功能结构和外形推敲，证明了手机消毒器有良好的市场需求及技术原理实施的可行性。并且在后续手机消毒器中融入情感设计，旨在促进用户养成一种干净卫生的优良习惯，使其不仅仅是手机消毒工具，更是人们的生活伴侣。经研究后的设计方案能够有效的实施，能够满足人们对家庭手机消毒器的需求。