人—機接口技術在殘疾人功能輔助方面的開發及其運用

要鵑

摘要：隨著科技水平的不斷提高，我國計算機技術在各個行業領域中有了很大的發展。在殘疾人功能輔助方面，開發出一種人機接口技術，目的是為了方便殘疾人實現日常生活中的各種行動。因此人機接口技術具有極佳的發展前景，這種技術的開發和運用具有很重要的現實意義。

關鍵詞：人機接口；殘疾人；功能輔助；開發；運用

中圖分類號TP3 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0060-02

PC技術在醫學領域有著廣泛的應用前景。人機接口技術的應用很大程度上方便了殘疾人的日常行動，尤其是PC虛擬現實等技術，將殘疾人的想法傳遞給計算機，對其進行指令的下達，使其完成人類想要進行的各類活動，更好的輔助殘疾人的生活。

1.虛擬現實技術

PC技術中虛擬現實是如今的重點研究課題之一，其在各領域都有所建樹。我們在進行操作的過程中，需要向PC下達指令，讓人機間進行交互，讓用戶在使用的過程中具有真實感。

在殘疾人日常生活中，虛擬技術有著廣泛應用。殘疾人可以應用此種技術完成一些原本不能完成的行為，可以通過各種PC軟件方便自己的日常生活。例如，盲人可以使用PC的語音播報軟件進行閱讀等。

2.生理的電信號技術

人的大腦和中樞神經對人的活動進行操控，一些殘疾人可以通過安裝假肢，并通過自己的大腦向其下達指令完成假肢的動作，生理的電信號技術在這方面應用比較廣泛。

現代社會PC技術的使用十分普遍。但是一些上肢殘疾人士甚至不能對PC進行簡單操作。因此，研究人員設計出一些特殊類型假肢用以輔助上肢殘疾者進行日常生活中的各種操作。當然這種假肢技術的開發工作還處于起始階段，其各方面技術還不是很成熟，所具備的功能也不是很多，所以，我們仍要繼續對這種技術進行更深層次的研究。

例如，日本學者進行的假肢研究，即通過EMG信號操縱假肢，這種信號可以得到人類的運動狀態，然后對人類的活動進行操控，同時通過對正常人類上肢活動數據的研究進行模擬，為假肢技術提供了數據支持。

另外，還有一種EEG技術，即腦機接口技術，其較EMG技術更為優越。這種技術僅僅依靠大腦相關活動就可以讀取各種各樣的信息，根據大腦下達的指令直接對假肢等電子設備進行操控。目前人們對這種技術的研究遇到很多問題，例如無法從EEG信號中直接獲得運動模式，所以在現實社會中的應用很少。

3.電磁跟蹤技術

虛擬現實與生理的電信號兩種技術并不能準確的完成殘疾人的各項操作。我國某大學開發了一種新的技術，即電磁與PC虛擬現實結合形成的PC系統。其工作原理是利用設備對人腦電磁進行分析，了解人腦的工作方式，同時對一般的活動進行識別。此時殘疾人可以用自己的大腦對PC進行較為精準的操控，同時能夠對錯誤的指令進行修改，因此，這種技術有著廣泛的應用前景。殘疾人可以通過這種技術參與更多的社會活動，在經過練習后，使用者完全能夠實現簡單的打字活動。

4.光學技術

PC設備可以通過攝像頭對人類的各種活動進行捕捉，即光學技術的應用。在這種技術中，人們不必與相關的設備進行直接接觸，通過PC對各種圖像信息進行處理，對人類臉部、頭部或是姿態等進行識別分析，進而完成對各種輔助設備的控制工作。

在智能輪椅的設計方面，光學技術有較多的應用。例如，頭部控制智能輪椅。這種頭部控制的人機接口是結合了視線和頭部姿態兩方面的人機接口。通過雙目視覺等技術對人類意圖進行判斷，最終控制輪椅的運行狀態。此外，我們還可以利用手勢進行輪椅控制，這種方法需要我們預先設定好各種手勢代表的不同指令，例如，手部的旋轉可以調整輪椅的前進方向，手部左右擺動可以調整輪椅的速度等。當然，這種手部操控的方式只能在簡單的條件下適應良好，而在面臨較為復雜的環境時，其操作的正確率和速度尚且無法滿足人們的需求。

5.聲學技術

語言作為人類日常表達中最普遍和簡單的一種方法，被人們所廣泛使用。對殘疾人而言，利用語音進行人機交互也是一種極為方便的模式。一些肢體殘疾者尤其是下肢殘疾者在生活中較為常用的工具就是輪椅。智能輪椅的開發為這類人群的生活帶來巨大改變。例如，能夠采用聲控方式進行操控的智能輪椅的問世，為許多殘疾人士帶來了福音。其通過自身的感應裝置，對殘疾人發出的指令進行識別，并依據這些指令進行運行、停止等操作。其中，語音識別技術也是智能輪椅技術中的一大難點。語音識別系統需要排除外界的各種干擾，最終只接受其使用者發出的指令。這種系統存在一個巨大缺陷，殘疾人在使用時必須同時佩戴相關的收音設備，而一些殘疾人手部無法完成這一行為。面對這種情況，我們的研究人員設計出一種無需佩戴的收音設備，適合此類人群的使用。例如，我國某大學研究出一種智能的語音人機交互輪椅。研究人員進行設計時，預先設定好一些指令，當人類說出相關的字眼時，智能輪椅便可以通過對這些語音的識別掌握使用者的意圖，從而完成相應的操作。當然，這種技術中也存在一定問題，比如對一些發聲困難的殘疾人而言，操作這種智能輪椅顯然是一件不可能完成的事情。智能輪椅使用對象具有一定局限性，因此，需要我們的研究人員將系統繼續進行升級等操作。另一個問題是關于語音識別這一方面，當殘疾人所處環境復雜時，智能輪椅可能無法準確的獲取到使用者發出的指令，這種情況可能導致語音控制系統對使用者的意圖進行了錯誤的解讀，從而執行了錯誤的指令。由于使用者所處環境的路況可能較為復雜，錯誤的指令可能會導致使用者的安全受到危害。

6.人機接口的開發難點

計算機是一種功能強大的設備，其計算能力以及其他功能都很出色。但是就智能方面而言其和人類相比還存在很大差距。例如，人機交流方面存在障礙。盡管在聲學光學等方面的人機交互技術已經取得了一些成就，但是其技術水平還不是很完備。無論是光學聲學還是其他種類的人機交互的技術中，系統對人類意圖的識別仍存在很大難度。外界環境中總有一些研究人員設計時無法預測到的實際問題，面對這些情況我們的人機交互系統能否很好的工作是無法保證的。下面將以為殘疾人開發的智能輪椅為例，就其中存在的問題進行探討。

第一，手部控制方式中存在的問題。很多情況下，智能輪椅中的系統不能準確的獲取殘疾人的指令。而且在日常生活中，殘疾人在進行智能輪椅的操作時，不便做出一些異于常人的舉動，這些方面的問題在研究人員進行智能輪椅的開發工作中都應認真考慮，最終設計出一種自然化的智能輪椅。

第二，視覺控制方式中存在的問題。由于外界環境的不確定性，導致不同光照的條件下，人機接口對各類光學信息的獲取存在很多問題。同時，在復雜條件下機器對人類面部及視線姿態的識別準確性大幅度下降。因此，智能輪椅不能準確的獲得人類意圖并執行錯誤的指令，最終導致人機交互系統不能很好的服務于殘疾人。

7.結論

傳統技術僅能滿足一些輕度殘疾者的需要，對癱瘓、肢體殘缺的嚴重殘疾患者沒有很大意義。隨著PC技術的進步，為解決這一問題帶來了希望的曙光。我們可以通過各種人機接口實現對殘疾人生活的輔助，例如生理的電信號、虛擬現實、電磁波、聲學及光學等技術。