第二十四天：HäirIÖ: Human Hair as Interactive Material. TEI2018

人发是一种文化材料，具有丰富的历史，展示了个性、文化表达和群体认同。它在长度、颜色和风格上都可塑，高度可见，并嵌入在一系列个人和群体互动中。随着可穿戴技术越来越接近身体，具体化的互动变得越来越普遍和可取，头发为新的互动提供了一个独特的、很少被探索的网站。在本文中，我们提出了一个探索和工作原型的头发作为一个新颖的互动网站，利用它作为公共和私人，社会和个人，可塑性和永久的地位。我们开发了在H¨airI¨O中围绕这种新材料的应用和交互作用：一种基于头发的技术和辫子的新集成，通过颜色和形状的变化结合了电容式触摸输入和动态输出。最后，我们与用户评估了这种基于头发的交互技术，包括将H¨airI¨O集成到现有的可穿戴和移动技术的景观中。

介绍

随着可穿戴设备变得越来越流行和多样化，我们看到身体上的互动网站以创造性和令人兴奋的方式扩展。可穿戴技术不再局限于腕戴形式或基于眼镜的交互，甚至是封装在独立的设备中。导电油墨、热致变色颜料和其他新材料使新的可穿戴设备成为可能，如纹身[17,32,11,33]、服装[5,21,20]、指甲[29,10,23,6]和化妆[31,27,12,13]，以及其他形式因素[9]。在本文中，我们基于这项工作和美容计算[6]和美容技术[30]的相关主题，来探索、设计、开发和评估基于头发的互动技术。
头发是一种有形的和互动的身体延伸，允许独特的风格互动。我们的方法是直接参与头发作为一种材料的自然和文化启示。在许多文化和对许多人来说，头发本身是高度可见的和无处不在的。这允许人们用他们的头发来探索一系列的公共和私人互动。我们从现有的头发材料属性和文化意义中汲取灵感，我们设计并开发了H¨airI¨O1——一种头发集成技术，使用颜色和风格作为输出，自然的人体接触作为输入，并利用商业上可获得的头发延伸。H¨airI¨O是表演性的，但又是个人化的。运动可以被观众看到，或者只有佩戴者才能感受到。
在丰富的头发文化历史中，有一个具有潜在的交互设计的大景观。我们首先关注头发最常变化的两个方面：颜色和形状。这些输出模式使公众和个人的广泛表达成为可能，利用现有的头发属性和形式因素来促进具体化的互动，并在现有的头发颜色和形状的广泛多样性中找到灵感。这使得他们成为初步探索头发的合适选择。虽然有许多其他的输出模式使用的材料，如电致发光材料，led等，我们的原型利用镍钛诺线，通常被称为形状记忆合金(SMA)，和热致变色颜料。
在本文中，我们定义和探索了一种新的基于头发的可穿戴设备框架，通过开发功能原型来捕获和评估头发技术的表达性、交互性和社会可接受性。为了集中这项工作，我们将权力、大小和额外材料等相关问题留给未来的工作，并将我们的研究集中在头发生态方面。这项工作也位于传统头发实践和可穿戴设备的交集，作为化妆品计算的典范。

在本文中，我们将H¨airI¨O定位为化妆品计算的研究领域。
化妆品计算[6]是一种激进个性的表达，是偏离二元性别规范的机会。它是通过可穿戴技术实现开放、有趣、创造性地表达个性的催化剂。与许多现代传统化妆品不同的是，它们在文化上充满了必要使用的规范性社会规范，即限制性的、性二元的和压迫性的[34]，我们希望有一种新的态度和创造性地参与可穿戴技术，可以赋予个人一种更有趣、更有表现性和更有意义的“着装技术”。
H¨airI¨O挑战了性别规范和对谁能做发型和如何做发型的期望。它增强了头发作为一种群体和个人身份的陈述的文化定位。它打开了一个充满创造力和参与技术的世界，这些技术体现在一个熟悉的、亲密的、具有变革性的平台上。
H¨airI¨O通过触摸输入和视觉输出增强头发，利用现有的技术和实践，作为展示了美容计算和头发作为一个独特的交互平台的潜力。H¨airI¨O使用热致变色色素和SMA输出可见的颜色和形状的变化，反映和增强头发的自然和文化的可塑性。这包括在自然颜色和充满活力的颜色之间交替，在形状和直造型之间，创造公开可见的变化。
H¨airI¨O还为个人与头发的互动增加了一个新的触觉维度：虽然人们经常触摸自己的头发，但现在他们的头发可以触摸它们了。利用形状改变能力，H¨airI¨O可以通过抚摸或敲击传输微妙的触觉通信。通过从面部的侧面移动到用户的视野，H¨airI¨O提供了低保真的视觉信号。
H¨airI¨O使用扫描频率电容感应来检测和解释用户如何与扩展交互。微控制器、传感器、蓝牙模块和其他组件都嵌入在附件中或隐藏在头发本身中。因此，H¨airI¨O将输入与输出相结合，将智能手机和其他设备纳入交互周期中，并创造了新颖、丰富的交互。H¨airI¨O提供了一个框架，设计师、制造者和用户可以制作自己独特的互动，并将头发融入到新的原型和设计中。
H¨airI¨O由一个中央控制器、一个电容式触摸电路、一个电源、多个驱动电路和可交换的辫子组成（图2）。每个具有输出能力的编织器都有自己的驱动电路来开关电源，但电容性传感可以通过主控制板上的单个传感器电路通过多路复用来处理。该原型中的控制电路可以根据所选择的组件，一次处理四个辫子上的传感和驱动。在我们的原型中实现了两种输出模式：形状变化和颜色变化。我们的原型利用SMA和热致变色颜料（表2）；材料能够发生微妙和壮观的变化（见表3，例如编织的提升能力）。H¨airI¨O辫子可以显示一种或两种输出模式（颜色或形状变化）。类似地，它们可以仅配置为输入、输出或集成的输入/输出。将输入和输出集成在同一编织中允许新的交互行为，否则是不可行的，比如对触摸的即时反应。

热：SMA和热致变色颜料都可以通过电阻加热来控制。一个电池为主控制电路供电，而一个单独的电池提供电阻式加热，以避免电流过载。为了安全和效率，我们通过安装在编织器内部的热敏电阻来控制电源关闭以实现输出。热敏电阻提供实时温度信息，实现闭环温度控制。这确保了用户的安全和高效的操作，因为我们可以在温度超过一个阈值时关闭加热。通过使用脉冲宽调制，我们可以修改过渡时间，保持一个特定的温度(和结果输出)，并防止头发过热。环境热也可能产生影响：热致色素暴露在太阳等环境热下，可能会改变颜色，或由于其较低的转变温度而改变颜色（见表2）。然而，SMA的转变温度明显较高，在正常使用下，没有额外的功率就不会驱动。

传感：H¨airI¨O使用扫频电容式传感(SFCS)，它已被证明能够检测多种类型的触摸[22,7]。我们研究了在初始系统中对触摸/不触摸的识别，但通过实现SFCS，我们在未来的工作中为抚摸或旋转头发等手势留下了空间。感应和驱动发生在同一根导线上。在单条导线上结合输入和输出需要一个开关驱动电路，该电路可以断开导线的电源和接地，因为电容性电极必须是浮动的。当为此目的选择晶体管时，要检查内部电容：场效应晶体管中的电容将压倒人体的信号。相反，我们用双极结晶体管来实现开关，并推荐给未来的设计。我们的传感方法需要一些暴露的导线。为了实现这一点，我们使用了四股编织（图3）；然而，有许多不同类型的辫子和方式可以合并电线。此外，还有其他传感电容式触摸的方法。例如，之前的工作使用了化学金属化的头发延伸剂[28]。
功率要求：由于需要的热量，初始原型的驱动功率要求仍然相当高。2Ω编织线的典型操作大约需要1.5A（图4）。如前所述，在本文中，我们专注于创造和评估围绕头发的新互动可能性；虽然功能和安全，但我们没有关注减少功率消耗作为核心目标。然而，我们利用SMA的双稳态潜力，产生SMA的形状和风格变化，需要短时间的驱动来产生长期影响，如应用中所讨论的。

用户实验

用户通过用五点语义锚定的李克特量表（1=强烈同意，5=强烈不同意）回答问题来报告他们使用原型的体验。

用户认为这款可穿戴设备的演示版本非常舒适，并认为它很安全。当被问及评价演示的安全性时，所有参与者都认为演示非常安全，没有参与者提到头发界面有任何不适。事实上，一名参与者大声说，她希望界面不舒服，但对它的自然感觉感到惊喜。这两款可穿戴通知的显著性得分中等：一半的用户的评分非常低，一半的用户的评分非常高。那些不感觉耳后卷曲的人认为，这是由于耳朵的形状，他们的眼镜茎干扰，或者他们在演示启动时移动。那些认为这种触摸非常明显的人强调说，他们“肯定会注意到它”。耳后通知可以很容易地变得更加戏剧性，并且可以而且应该根据特定用户的耳朵形状和其他配件（如眼镜）进行量身定制。对于视觉通知也有类似的考虑因素。

我们首先报告调查回答（见表4），然后给出参与者与可穿戴演示互动的定性结果，最后讨论研究结束时的访谈回答。我们将这些发现综合为未来物理设计工具的共同主题和见解。
我们所有的参与者都强调，技术消失在现有的形式因素中是非常吸引人的。这个跟随用户立即开始旋转她的头发，就像她的头发，说：
参与者特别欣赏对头发的熟悉程度，作为增强技术体验的一种方式：
所有的参与者都证实，增强的头发感觉自然和愉快的柔软。