第 1037 期 趨勢巨流河 2017/05/08

【產學合作圈】周建興 擅長人機互動研發數位溝通輔具

■ 文/胡昀芸、攝影/閩家瑋

現職/本校電機工程學系副教授

學歷/本校大學電機工程博士

經歷/本校電機工程學系副教授、本校電機工程學系助理教授、萬能科技大學電子工程系助理教授、中央研究院資訊科學所博士後研究員

專長/人機互動、影像分析辨識、機器學習、嵌入式系統

研究緣起

幼兒從出生起經歷數個學習階段,一開始會學習注視人臉,經過12個月後,逐漸能瞭解部分單字意義,例如「爸爸」、「媽媽」;到了30個月後,可以拼湊單詞、構築成簡易句子。倘若幼兒因腦神經失調造成泛自閉症障礙,將導致生理與學習上的發展障礙。

根據內政部資料顯示,我國平均每年有1,000名幼童患有泛自閉症障礙,主要可區分為:「人際關係與社交障礙」、「口語表達能力障礙」、「行為固著的障礙」,每名患者所呈現的症狀不盡相同,其中是以缺乏溝通能力最為常見,也連帶影響到患者的學習能力。

電機工程學系副教授周建興長期關注弱勢團體,一直期許自身研究能真正回饋社會、滿足使用者需求,他觀察數種需要幫助的群體,進而選定高功能自閉症患者為目標族群,帶著研究團隊開啟產學、研究之路,於2013年起開發數位圖形化溝通訓練系統,盼藉此學習輔助幫助患者改善人際互動,及增進語言表達能力。

研究領域

擁有20年研究經驗的周建興,在「影像辨識分析」、「機器學習」、「嵌入式系統」等領域深耕,觀察近年來的科技議題,人機介面的互動設計日趨熱門,例如虛擬實境、眼球控制、語音辨識等應用,他說明:「若能透過實作、軟硬體整合,並實踐在研究成果中,相信人性化的設計、高效能及便利性,將輔助使用者需求,亦成為智慧生活的重要一環。」

近年來,周建興針對弱勢團體開發適合的輔具;其中,與秉銳公司攜手合作的「針對高功能自閉症者之數位圖形化溝通訓練系統」,即是在人機互動的基礎上,展開一連串實作研發,此項產學合作研究計畫不僅獲得科技部補助,更於104學年度榮獲本校專任教師研究(研發成果授權或移轉)獎勵。

他進一步說明,「人機互動的核心概念是以人為主體,而讓使用者體驗到研究設計充滿著人性,更是研究成功的關鍵。」過往,也曾設定中風者、視障者等對象列為研究的目標族群,周建興此次研發溝通訓練系統的動機亦是如此,盼為患者帶來更體貼、便利的照護。

科技部補助產學合作研究計畫「針對高功能自閉症者之數位圖形化溝通訓練系統」

此次開發溝通訓練系統,主要是針對低年齡層的患者所設計,周建興觀察患者需求研發出3套軟體,分別是學習注音符號、增進溝通能力的「有聲注音應用溝通板」,以及學習日常生活技能的「空間概念溝通板」(AutismSpace)、「圖形化行事曆」(AutismCalendar),操作不受電腦技能限制,唯須使用iOS系統,並在App Store(iPad版本)提供免費下載,目前下載次數已逾2,000次。

周建興觀察,傳統的紙鍵盤、注音筆等輔助教學工具,雖然長期受到患者家長青睞,但仍存有許多缺點,例如紙鍵盤容易毀損或遺失,加上患者在使用手指觸擊紙鍵盤時,容易因為注意力不集中而出現不耐煩的情緒,手指便會停頓,導致溝通中斷;若遇到語句較長時,經常會有誤解發生。注音筆則是價格昂貴,讓許多家長無力負擔,且軟體內容更新無法滿足特定用途之需求。

研究團隊開始著手研發第一套輔具是「有聲注音應用溝通板」,使用者透過應用程式的注音鍵盤,當輸入字詞時,介面會自動提供拼音選項,例如輸入注音「ㄐ」時,便會跳出「ㄧ」、「ㄩ」的提示,加上提供注音發音的聲音回饋,不僅輔助患者輕鬆的學習、強化語言的認知能力,人性化的互動設計更能減少患者的不耐煩。

此外,輔具亦融合了溝通圖卡的設計,例如從資料庫中隨機挑選一張圖卡,讓使用者進行一系列互動式的學習訓練;同時,家長可以觀測紀錄,檢視孩子的學習狀況與進度,進而調整學習難度或複習特定字詞。

第二套輔具是「空間概念溝通板」,以圖像化為開發主軸,應用程式透過情境設定,將學習目標與空間進行連結,帶領使用者認識日常空間需要的生活技能。例如顯現浴室實境圖,當點選洗手檯時,系統便會出現洗手的圖示或教學影片,引導患者理解和建立空間概念。

第三套輔具是「圖形化行事曆」,根據患者「預期」心理所設計的應用程式。舉例來說,當家長帶自閉患者出外郊遊前,需要提前預告同行者及交通方式,期以降低患者的不安全感。為此,團隊設計出利用圖片影音方式,協助家長和患者編輯與規劃日常生活的行程。

此計畫研發出3套軟體,曾在Maker Faire Taipei 2013、Faire Taipei 2014的展覽中,公開展示與推廣給社會大眾使用。研究成果亦發表在IEEE ISIE 2013、IEEE Educ 2014會議中,尋求更多的交流與建議。周建興說,軟體皆採用中文介面,十分有利於以中文為母語的地區推廣使用,我們也將所有開發的程式碼,以自由軟體的方式提供給其他有興趣的開發者使用。

研究展望

「抱著快樂的心情及高度的學習熱忱去做研究,才會讓使用者感受到人性化,倘若自己都對研究不感興趣,試問使用者又怎麼會覺得有趣呢!」周建興勉勵學生,研究之路並非總是一帆風順,一向樂觀的他即使遇上無解的難題,也不會鑽牛角尖,而是選擇更換題目、重新出發,「相信在研究過程中,也許就會找到當初無解難題的答案呢!」展望未來,周建興說現在正積極開發適合視障者的輔具與音樂教材,例如手指閱讀器。未來也將繼續關注新興的科技發展,尤其是虛擬實境(virtual reality)相關技術的應用,期待讓虛擬世界與現實感官相結合,為更多的弱勢團體找到智慧生活。

合作單位回饋

秉銳有限公司/經理陳靜嬅

本公司與電機系周建興老師合作多年,當初得知研究團隊長期關懷弱勢族群,協助開發符合其需求的學習輔具,這一系列體現社會溫暖的行動,引起了我們的注意。當周老師提案為高功能自閉症者開發溝通輔具時,公司亦基於公益服務的概念,毅然支持並投入此次產學合作,參與「針對高功能自閉症者之數位圖形化溝通訓練系統」的開發與設計。

感謝周老師執行如此有意義的研究案,成功將冰冷的科研技術轉化成溫暖的溝通輔具,賦予人機互動的最高價值,也讓本公司有機會為社會盡一份心力,期待合作成果能造福更多弱勢族群,更盼網羅專業人才加入本公司。

研究聚焦

英文期刊論文

1. Yu-Xiang Zhao, Chien-Hsing Chou, (2016), Feature Selection Method Based on Neighborhood Relationships: Applications in EEG Signal Identification and Chinese Character Recognition, Sensors 16(6): 871

2. Chien-Hsing Chou, Yi-Hsiang Chien, Yung-Long Chu, Yi-Zeng Hsieh, (2015), AustimSpace: A Visualized Scenario Learning Aid on Tablet PC for Chinese Children with High-Functioning Autism, Journal of Applied Science and Engineering 18(1): 89-95.

3. Chien-Hsing Chou, Chi-Yi Tsai, Syue-Jyun Fang, Ya-Chun Hsiao, Huan-Lun Chen, (2013), A Home Rehabilitation System Combined with Somatosensory Games for Stroke Patients, ICIC Express Letters 7(3B): 1005-1010.

4. Chien-Hsing Chou, Yi-Zeng Hsieh, Mu-Chun Su, (2014), A New Measure of Cluster Validity Using Line Symmetry, Journal of Information Science and Engineering 30(2): 443-461.

更多學術研究內容,請見本校教師歷程系統(網址:http://teacher.tku.edu.tw/),以「周建興」查詢。

關注弱勢 用專業伸出援手(文/周建興)

我曾在中央研究院、萬能科大任職,最後回到母校,淡江電機系教書,累積20年來的研究與教學之旅,讓我深刻體悟到,唯有對研究標的保持高度熱情,並且將理論實踐在產出之中,才有可能打動使用者族群。

我的專長研究主要在「影像辨識分析」、「機器學習」、「嵌入式系統」等領域,在電機工程學中,屬於軟硬整合的應用主題。近年來,觀察到「人機互動」的科技議題日趨熱門,加上專題生、研究生對於虛擬實境、教學輔具等應用技術有著高度實作意願,因此在課堂之餘,也帶著學生們朝人機互動的方向進行相關研究與開發。然而,人機互動的運用層面相當廣泛,如何讓使用者在互動過程中,感受到陪伴與關懷,我經常用「科技來自於人性」一句告訴學生,任何實作都應該竭盡全力感動使用者和滿足其需求,如此「以使用者為中心」作為核心概念的成品,才有機會實現智慧生活及社會溫暖。

以產學合作為例,此次攜手秉銳公司合作開發「針對高功能自閉症者之數位圖形化溝通訓練系統」,選定高功能自閉症患者,針對智力發展正常,但在語言表達、溝通及社會互動過程有困難的群體,開發數位系統教學輔具,盼協助患者增進溝通能力之餘,帶領學生接觸產業開發及融入實作領域,期待他們發揮專業長才,也能快速進入狀況。

長期關注弱勢群體,我發現自閉症患者使用的教學輔具缺乏互動性,透過觀察、瞭解需求後,進而整合、設計出一套數位化溝通訓練系統,且已在App Store上提供免費下載。經由此次產學合作的過程中,發現測試者數量不足是研究團隊面臨最大的難題,因為少了患者的體驗心得,等同於回收使用者經驗不易,更難以從中汲取改善方式。雖然也曾向家長、醫生尋求建議,但系統測試功能效果,仍不如由自閉症患者親身體驗來得即時。

事實上,自閉症患者為一群小眾團體,市場規模有限,我非常感謝秉銳公司與我們一同努力、合作開發系統,明知在缺乏商業價值的前提下,加入認同關懷社會的理念。至今,我依然主張一項研究主題,應該是要能真正回應使用者需求,也希望帶大家深入思考「研究價值」的真諦。今後,我會秉持樂觀態度與研究熱忱,在人機互動的領域持續深耕,與業界保有互通資源、產學合作,使學生能及早感受業界實作的快節奏,期待發揮實質貢獻與影響力。

更新時間: 2017/05/08 點閱: 295 下載:

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更新日期:2017-11-20

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