Ürün tasarımında biyofilik boyutlar ve kullanıcıtercihleri ile ilişkisi
Biophilic dimensions in product design and theirrelationship with user preferences
Yazar: MİRAY BOĞA
Danışman: PROF. DR. GÜLNAME TURAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstri Ürünleri Tasarımı Ana Bilim Dalı / Endüstri Ürünleri Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design
Dizin: Biofilik tasarım = Biophilic design ; Endüstriyel tasarım = Industrial design ; Kullanıcı tercihleri = User preferences ; Ürün tasarımı = Product design

Özet:
Ürünlerin kullanıcı tercihi üzerindeki etkilerinin belirlenmesi endüstriyel tasarımcılar için büyük öneme sahiptir. Bu tez çalışması, kullanıcı tercihleri üzerinde etkili olabilecek birçok faktörden birisinin de ürünün biyofilik karakteri olabileceği üzerine temellenmiştir. Öte yandan, ürünlerin biyofilik özelliklerini betimleyen bir çalışmaya literatürde rastlanmamıştır. Ürünlerin biyofilik karakterini tanımlayamadan biyofilinin kullanıcı tercihlerine etkisini ölçmek de mümkün görünmemektedir. Bu bakımdan, sunulan çalışmanın amaçları ürün kullanım tercihleri bağlamında biyofilik boyutların neler olduğunun belirlenmesi ve bu boyutların kullanıcı tercihi üzerindeki etkilerinin incelenmesidir. Bu doğrultuda tezin araştırma sorusu "Bir ürünün biyofilik olarak betimlenmesinde rol oynayan boyutlar nelerdir? Ürünlerin biyofilik boyutlarının kullanıcıların ürün kullanım tercihleri üzerinde nasıl bir etkisi vardır?" olarak belirlenmiştir. 
Biyofili hipotezi canlıların doğaya, diğer canlılara ve canlılık ifade eden süreçlere karşı doğuştan gelen bir eğilimi olduğunu öne sürer. Bu eğilim, Seyirlik ve Sığınak Teorisi, Savan Hipotezi, Habitat Seçim Teorisi, Dikkat Onarım Teorisi ve doğanın fraktal yapısı gibi yaklaşımlara da konu edilmiş; çevresel psikoloji ve evrimsel psikoloji bağlamında da ele alınmıştır. Biyofilik eğilimin insanların günümüz tercihlerinde örtük veya açık biçimde etkili olduğunu gösteren ve doğrulayan çalışmalar mevcuttur. Yoğunlukla mimari ve kentsel tasarım alanlarında olmak üzere, bu eğilimin temel alındığı biyofilik tasarım yaklaşımı gittikçe yaygınlaşmaktadır. Doğanın sağaltıcı ve onarıcı etkisini ve biyofilik eğilimleri temel alarak yapılı çevrenin olumsuz etkilerini azaltmayı veya tersine çevirmeyi hedefleyen biyofilik tasarımın çevre tasarımındaki genişleyen alanı düşünüldüğünde, çevrenin önemli bileşenleri olan ürünler ile ilgili biyofilik eğilimleri konu alan bir çalışmaya duyulan ihtiyaç da daha görünür hale gelmektedir.
Çalışmaya başlarken, biyofilinin üründe aranabileceği boyutlar belirlenerek hipotetik bir biyofilik ürün tanımı yapılmıştır. Ürünlere ilişkin zihinsel temsillerin oluşturulması bireyin içinde yaşadığı mekana uyumu açısından önemlidir. Öte yandan, bu zihinsel temsiller, tümüyle keyfi bir kriter temelinde olmaktan çok, nesnelerin sahip oldukları nitelikleri kategorileyen bir dizi boyut marifetiyle gerçekleşir. İlgili literatür incelendiğinde nesnelere ilişkin değerlendirmelerin anlamsal, biçimsel, duyusal, işlevsel, malzeme, psikolojik ve tutum özellikleri olmak üzere 7 boyut çevresinde yoğunlaştığı görülmektedir. Bu sebeple, tez çalışmasında biyofilik veya biyofilik olmayan biçiminde ikili bir değerlendirme yerine, ürünleri çok boyutlu biçimde ele almak tercih edilmiştir. Böylece çalışma, iki temel aşamada gerçekleşecek bir yapıda kurgulanmıştır: birinci aşamada, ürünün biyofilik boyutlarının araştırılıp hipotetik biyofilik ürün tanımının doğrulamasının yapılması amaçlanmıştır; ikinci aşamada ise ilk aşamada elde edilen biyofilik ürün boyutlarının kullanıcı tercihleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır.
Araştırma, bir dizi görgül çalışma gerçekleştirilerek yapılmış ve nicel analiz yöntemleri kullanılarak sonuçlandırılmıştır. Bu doğrultuda, çalışmada kullanılacak ürün görsellerini ve kullanıcı tercihi araştırmasının yapısını belirlemek üzere 4 katılımcı (1. kullanıcı grubu) ile derinlemesine görüşmeler yapılmıştır. Bu çalışmanın sonunda, kullanılan 200'ün üzerinde ürün görseli havuzu 95'e düşürülerek 1. uzman grup (N=40) ile yapılandırılmış görüşmelerde kullanılmıştır. 1. uzman grup ile yapılan çalışmada, biyofilik, biyofilik olmayan ve biyofobik kavramları ile ilişkili kelime havuzları oluşturulmuş; 95 ürünün biyofilik olup olmadığı ile ilgili görüş alınmıştır. Bu çalışma sonunda, 1.124 adet biyofili ile, 533 adet biyofilik olmayan kavramı ile ve 581 adet biyofobi ile ilişkilendirilen kelime veya söz öbeği olmak üzere toplamda 2.238 kelime ve ifade elde edilmiştir. Elde edilen kelime havuzu, literatürdeki çevre tasarımı için oluşturulmuş biyofilik tasarım değerleri ve prensipleri çerçevesinde değerlendirilmiş; bu prensiplerin ürün tasarımı bağlamında yer yer fazla kapsamlı, yer yer eksik kaldığı tespit edilmiştir. Ürün tasarımı çerçevesinde değerlendirmeye en yakın olabilecek yaklaşımın Stephen R. Kellert tarafından 1993 yılında ortaya konmuş biyofilik değerler olduğuna karar verilerek, hipotetik biyofilik ürün tanımını doğrulamak için yapılan tüm çalışmalarda bu değerlerin tablosu ile karşılaştırma yapılarak ilerlenmiştir.
1. uzman grup ile yapılan çalışmadan elde edilen kelime havuzunda en yüksek frekansa sahip 30 kelime ile; biyofilik ve biyofilik olmayan/biyofobik özellikleri ile öne çıkan 18 ürün seçilerek, 2. kullanıcı grubu (N=29) çalışması yapılmıştır. Bu adımda, kullanım tercih araştırmasının ön çalışması niteliğinde bir anket çalışması yürütülmüştür. Yapılan çalışma göstermiştir ki, kullanım tercih anketlerinin katılımcılara yüklediği bilişsel yükün azaltılması yönünde bir düzenleme gerekmektedir. Bu düzenleme ile anketin tamamlanma süresi de kısaltılarak daha fazla katılımcıya ulaşılması sağlanacaktır. Kelime-ürün ilişkisini kurmak üzere uzman gruplardan destek alınarak ilerlemenin, kullanım tercihleri çalışmasını hafifleteceği gibi; çalışmanın veri zenginliğini ve tarafsızlığını artırıcı etkisi olacağı görülmüştür. Bu doğrultuda, 2. uzman grup ile (N=15) kelimelerin biyofilik değerler ve biyofilik ürün tanımı başlıkları ile ilişkisi için bir çalışma yürütülmüş ve biyofilik ürünün anlamsal, biçimsel, duyusal, işlevsel, malzeme ve psikolojik olmak üzere 6 boyut ile tanımlanabileceği sonucu elde edilmiştir. Her boyuta ilişkin kelimeler ayrı ayrı tanımlanmış ve bu kelimeler kelime-ürün ilişkilendirmesini yapmak üzere 3. uzman grup çalışmasında kullanılmıştır. 
Çalışmanın ikinci aşamasında, kelime-ürün ilişkilendirmesini yapmak üzere 3. uzman grup (N=120) ile anket çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar sonunda ürünlerin biyofilik karakterini tanımlayan altı boyuta (anlamsal, biçimsel, duyusal, işlevsel, malzeme ve psikolojik) ait kelimeler güvenirlik testlerine tabi tutularak son haline getirilmiş ve 18 ürün ile ilişkisi belirlenerek ürünlerin biyofilik skoru elde edilmiştir. Son olarak, 3. kullanıcı grubu (N=1.206) ile yapılan anket çalışmasında sözü geçen 18 ürünün kullanım tercih skorları elde edilmiştir. Elde edilen biyofilik boyut değerlerinin bağımsız değişken, kullanım tercihlerinin ise bağımlı değişken olduğu çoklu doğrusal regresyon analizi yapılarak, boyutlar ile kullanım tercihleri arasındaki ilişki ortaya konmuştur.
Böylece, üç ayrı kullanıcı grubu ve yine üç ayrı uzman grubu ile yarı yapılandırılmış, derinlemesine görüşmeler ve anket yöntemleri kullanılarak veri toplanmış; toplanan verilerin güvenirliği incelenmiş ve biyofilik boyutların kullanım tercihlerine etkisi SPSS27 programı üzerinden çoklu doğrusal regresyon yöntemi ile analiz edilmiştir.
Regresyon analizine göre, kullanım tercihlerine anlamlı seviyede etki yapan tek biyofilik boyutun işlevsel boyut (pişlevsel= .000<.05) olduğu görülmüştür. Biyofilik işlevsel boyut, kullanım tercihlerini yordayan boyut olarak varyansın %70,1'ini açıklamıştır R2= .701, F(1, 16)=37.502, p<.001, 95% CI [.601, 1.3]. Biyofilik olmayan boyutlara ilişkin regresyon analizi sonucunda ise, işlevsel boyut (pişlevsel= .000<.05) ve psikolojik boyutların (pişlevsel ve psikolojik= .038<.05) kullanım tercihlerine anlamlı seviyede etki yapan biyofilik olmayan boyutlar olduğu belirlenmiştir. Biyofilik olmayan işlevsel boyut, kullanım tercihlerini yordayan boyut olarak varyansın %68,8'ini, biyofilik olmayan psikolojik boyut ise işlevsel boyut ile birlikte varyansın %76,9'unu açıkladığı bulunmuştur R2= .688, F(1, 16)= 35.313, p<.001, 95% CI [.549, 1.158]. Biyofilik olmayan işlevsel ve psikolojik boyutların kullanım tercihine etkisi ise R2= .769, F(1, 15)= 5.205, p<.05, 95% CI [.192, .951] ve [-1.022, -.035] olarak hesaplanmıştır.
Regresyon analizinin sonuçlarına göre, kullanıcıların ürün kullanım tercihlerinde işlevsel boyut; tercih etmemelerinde ise işlevsel ve psikolojik boyutlar anlamlı bir ilişki ortaya koymuştur. Biyofilik olmayan psikolojik boyutun kullanım tercihlerini olumsuz yönde etkilemesi, psikolojik olarak olumsuz bulunan öğelerin kullanım tercihini de olumsuz yönde etkileyeceği anlamına gelmektedir. Bu durum, biyofobinin doğada yaşam kalım için önemi ile paralel bir sonuç göstermektedir. Benzer şekilde, ürünlerin tercih edilmesinde ve edilmemesinde biyofilik/olmayan işlevsel boyutun önemli etkiye sahip olmasının, yaşam kalım mücadelesinde alet kullanımı ve aletlerin işlevsel özelliklerinden fayda sağlamanın önemi ile tutarlılık göstermektedir.

Abstract:
It is crucial for product designers to understand the effects of products on user preferences and the underlying reasons for those effects. A variety of qualities are expected to be effective in the users' decision mechanism, one of them is supposed to be the biophilic quality. On the other hand, to the best of our knowledge in the relevant literature, the biophilic characters of products haven't been scrutinized in a comprehensive framework. Fair to say that it is impossible to understand the effects of the biophilic quality of products on user preferences without defining their biophilic character. In this context, the research question is formulated as: "What are the dimensions of a product that characterize its biophilic quality?" and "How do the biophilic dimensions of products affect user preferences?"
Biophilia is an implicit yet essential concept in our daily lives. The concept of biophilia defines the innate disposition of living beings towards nature, other living beings, and lifelike processes. The biophilia hypothesis suggests that biophilic disposition is an essential factor in people's decision mechanism, on spatial preferences in particular, as the evolutionary hypotheses of shelter predict. It is noteworthy to point out that all related theories include the tendency of avoiding the peril of the natural environment, which is called "biophobia". The dangers in nature require substantial attention and energy. Biophobia has evolutionary significance for survival, and the guiding role in avoiding the ominous sides of nature, which could cause dangerous consequences. Besides the dichotomy of biophilia and biophobia, non-biophilia is also the opposite of biophilia. However, it doesn't belong to nature or the biological world as biophobia does. It indicates to human-built things that do not even recall the natural or biophilic principles.
The restorative effects of nature that create biophilic dispositions in living beings manifest themselves in any kind of contact with nature. Exposure to nature improves well-being by reducing stress, blood pressure, muscle tension, heart rate, and anxiety, and by increasing dopamine levels, immune functions, attentional vigilance, sense of serenity, mood, and physical and mental performance. In case humans have no direct contact with nature (e.g. hiking or camping in the forest, swimming in the sea), we can still speak of biophilia as indirect contact (e.g. potted plant, manicured lawn) and symbolic contact (e.g. visual depictions in paintings and photographs, nature metaphors in stories and myths); and also the restorative effects of the indirect and symbolic contacts with nature. 
Nevertheless, the biophilic design seeks the essence of the natural features which are beneficial for humans in such an environment dominated by machines, industrial and digital items. The biophilic approach towards the built environment is of prime concern considering the lack of natural attributes of today's environment. However, the irreversibility of the built environment and the advances in cultural production should not be overlooked. Hence, this study is based on the intersection of nature and culture; also physical and social aspects of the objects. Indeed, the convergence of physical and social elements is one of the most prominent topics in the literature on biophilia.
A body of work has been done in biophilic architecture and urban design to specify the basics, categories, and qualities. Given its direct spatial relation with the concept of biophilia, it is not surprising that the architectural and urban design often employs the biophilic approach. However, product design remains out of the literature on biophilia even though the products are significant parts of the built environment. This study is based on research to frame the product-specific biophilic dimensions to develop a definition for biophilic products and search for the effects of those dimensions on users' product preferences.
As a start point, a hypothetical biophilic product definition was proposed based on the general dimensions of products and the biophilic design values and principles in related literature. This definition suggests that biophilia can be explored in a product through seven dimensions; form, function, material, and sensory dimensions as physical dimensions; attitude, psychological and semantic dimensions as social dimensions. A set of empirical studies were held to test the accuracy and the validity of the definition and finalize the biophilic dimensions of a product. Successively, the effects of the biophilic dimensions on the user product preferences were to be inspected. 
The research has two main stages. The first stage aims to define the biophilic dimensions of a product and the second stage searches for the effects of the biophilic dimensions of products on user preferences. The first stage covers a set of empirical studies that are 1st and 2nd user group studies, and 1st and 2nd expert group studies to define the dimensions of a biophilic product. 
First, in-depth interviews were held with 4 participants (1st user group) to get an insight into what kind of product images should be included in the research. Over 200 product images were presented to the participants on a monitor. After the first view, they were asked to review the images considering the criteria as familiarity with the products, convenience to recognize the form and function of product, and use frequency in daily life. At the end of the 1st user group study, a set of product images consisting of 95 products were chosen including the armatures, cutlery sets, salt-pepper containers, sieves, lemon squeezers, grinders, and seating units as generic products that can be easily recognized and comprehended through a digital image.
The evaluation of the products as being biophilic or not was done via a group of words throughout the study. A set of interviews was conducted with an expert group consisting of 40 academics and/or professional designers (1st expert group) to form this word pool. 1st expert group was asked to generate words, adjectives, phrases, expressions, etc. related to the concepts of 'biophilic', 'non-biophilic', and 'biophobic' by brainstorming with free association. Also, the participants evaluated the 95 products as biophilic, non-biophilic, biophobic, or none. At the end of this phase, a word set was obtained, consisting of 2.238 expressions in total; 1,124 biophilic, 533 non-biophilic, and 581 biophobic associated words and phrases. Also, a product set consisting of 95 product images that were evaluated as biophilic or not was acquired.
The categorizations of biophilic values and design elements in the literature were examined with regard to the word pool that was obtained at the end of the 1st expert group study. Most of them were too broad at some points, yet lack product-specific design elements and attributes at some other points. On the other hand, the biophilic values (Utilitarian, Naturalistic, Ecologistic-Scientific, Aesthetic, Symbolic, Humanistic, Moralistic, Dominionistic, Negativistic) proposed by Stephen Kellert were the most compatible chart to study due to its comprehensive and abstract formation. The words that were associated with 'non-biophilic' and 'biophobic' were mostly the same; even though there were some exceptions. While it supports the research question better, the number of qualifiers decreased to two, 'biophilic' and 'non-biophilic/biophobic'. At the end of this study, a product set consisting of 18 product images that were deemed as biophilic, non-biophilic/biophobic, and a word set that is related to values and the hypothetical biophilic product dimensions were obtained.
At that point, a preliminary study was conducted to observe the participants' experience of taking the survey and understand the potential of the word set and the product image set. The words in the pool were sorted by frequency and 30 of the most frequent ones were selected. A group consisting of 29 user participants (2nd user group) was given 18 product images on different pages with the same 30 words under the images. The words were randomized for each product to avoid bias from former responses. The participants were asked to choose 10 words that they related to the products and evaluate those words by the products on the 5 points Likert scale. Also, the participants were asked for their preferences for each product. In the end, the participants evaluated their survey experience with regard to clarity, difficulty, and completion period. The 2nd user group study revealed that the survey took 30 minutes on average to complete and it was quite a cognitive load for the participants to relate 30 words to 18 different products, even though they did not pick all 30 words. On the other hand, 30 words did not constitute that large set when considering distributing them into nine biophilic values and seven biophilic dimensions of biophilic product definition.
Separating the work of associating the words with the products and user preference survey would lead to more effective results by allowing to prepare of a briefer user survey. Thus, the survey would be easier to respond to by more participants. Also, assigning experienced designers to associate the words and products would provide more reliable results. Since the association work would be done by an expert group, an opportunity to expand the word set has emerged which would increase the reliability of the study. The word pool was revisited and the most repeated words were picked. By grouping the near-synonymous words under the most frequent ones, the number of the words was downsized to 112. Larger the word set, the more detailed and objective work needed to distribute the words into the titles of values and the biophilic dimensions. And so, an expert group (2nd expert group) composed of 15 academic members from the fields of Industrial Design, Interior Design, and Psychology was consulted to match the words and the values/dimensions. The study revealed that the words of biophilic product dimensions cover the ones under the values; and also, functional dimension words cover the words of attitude dimension. Consequently, the biophilic product became to be defined by 6 dimensions: form, function, material, semantic, sensory, and psychological.
The second stage of the research includes the 3rd expert group study and the 3rd user group study to understand the user preferences regarding the biophilic dimensions. At the end of the empirical research, the data was analyzed through reliability tests and multiple linear regression analysis by SPSS27 software.
An expert group (3rd expert group) was asked to evaluate the 18 products in regard to the relationship with the words that were assigned to each dimension. The 3rd expert group was composed of 6 groups which have 20 participants in each. The participants are chosen according to their academic and/or professional design expertise on the specific biophilic dimension of a product. All participants have been educated in the major of Industrial Design except the psychological dimension group. That group has participants who are academicians in the field of Psychology besides the designers. The study was held via an online survey that had 18 pages attended to each product image; the words that belong to certain dimensions were below the image on 5 points Likert scale.
The evaluation scores of each dimension were tested for reliability in two sections biophilic and non-biophilic/biophobic. The reliability tests were run by the software of SPSS 27 and the reliability threshold was set as Cronbach's Alpha (𝜶>.7) and the Item-Total Correlation coefficient as .25. The words that have negative item-total correlation coefficient values were recoded by using the complementary value to 5. The words under the reliable threshold were removed from the word set and the average scores of the remained ones revealed the biophilic scores of the products for every 6 dimensions as both biophilic and non-biophilic/biophobic. These scores would be the predictors, the independent variables of the regression analysis which has been done to analyze how the biophilic dimensions affect the user preferences.
The same 18 product images were used in the user survey (3rd user group study) which was held online and by snowball sampling without any limitation of age, gender, education level, etc. The participants (N=1.206) were asked to evaluate the products and how they preferred to use them on 5 points Likert scale. 1 indicated "I would certainly not prefer to use it", and 5 indicated "I would certainly prefer to use it". Therefore, the qualitative data were transferred into the quantitative data as both biophilic product dimensions and the user preferences for a product set (N=18). 
To understand the effect of the biophilic product dimensions on the user preferences the data was run with Multiple Linear Regression Analysis by the software of SPSS 27. The analysis was run separately for biophilic and non-biophilic/biophobic dimensions. The dimensions were independent variables while the user preferences were dependent variables for both analyses.
The results presented significance in biophilic functional, non-biophilic/biophobic functional, and non-biophilic/biophobic psychological dimensions. The functional-biophilic qualities of products explain 70.1% of the variance predicting the user preferences as R2= .701, F(1, 16)=37.502, p<.001, 95% CI [.601, 1.3]. In the non-biophilic/biophobic case, the functional dimension (pfunctional= .000<.05) and psychological (pfunctionalpsychological= .038<.05) dimensions have significant results. The non-biophilic/biophobic functional dimension explains 68.8% of the variance predicting the user preferences as R2= .688, F(1, 16)= 35.313, p<.001, 95% CI [.549, 1.158]; while non-biophilic/biophobic functional and psychological dimensions together explain 76.9% of the variance, as R2= .769, F(1, 15)= 5.205, p<.05, 95% CI [.192, .951] and [-1.022, -.035].
This means functional biophilic dimensions affect the user preferences in both directions whilst psychological non-biophilic/biophobic dimensions are effective in not preferring the products. This result is quite consistent with the assertion of evolutionary return. We need utility functions of the tools to survive in natural environments, and also, we are more vigilant for any danger in the wilderness which triggers the fear or aversive behaviors as a psychological reaction. The objects as the substantial parts of the modern environments can be reputed to trigger the innate biophilic tendencies of users via their functional and psychological aspects.
The analysis showed that there is a significant effect of biophilia on user-product preferences which is rooted in the basis of evolutionary psychology and behaviors. As a further study suggestion, the results of this study should be enhanced by increasing the sample of products. Also, there is a significant potential for the digital and intangible products to delve in by a biophilic perspective since the realm of industrial design has expanded to employ experience, interaction, service design, and so on. 
To conclude, this study has no assertion to say the last words on biophilic product dimensions. Instead, scratches the surface to broaden the research studies and practices in biophilic product design. Both the biophilic product definition and the word set are open to being improved by considering the multi-faceted structure of the products.