斯坦福團隊推出新型盲人手杖

對于視覺障礙者來說，其夢寐以求的一件事或許就是能夠在室外自由而無顧慮地行走。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的首份《世界視力報告》，“目前全球有超過22億人視力受損或失明，其中有超過10億人是因近視、遠視、青光眼和白內(nèi)障等問題未得到必要的治療所導(dǎo)致。”

對于視力受損的人來說，在不熟悉的路線上行走極具挑戰(zhàn)性，因為這可能需要避開障礙物、識別物體以及在室內(nèi)和室外進行尋路。

通常，視覺障礙者會使用白手杖、導(dǎo)盲犬和電子旅行輔助工具來幫助其探測、保護和辨識路況。其中，白手杖由于其輕巧方便，可有效探測障礙物及路面高低落差以幫助使用者提前規(guī)避，從而在一眾行動輔具之中脫穎而出，頗受全盲或重度低視力者青睞。

但顯然，人們對視覺障礙者這個特殊群體的關(guān)注力度并不夠，白手杖已經(jīng)有一個世紀沒有進行過有效的升級改造。

斯坦福大學(xué)的研究人員正在報告一種智能手杖的進展，它解決了導(dǎo)航挑戰(zhàn)并改善了視力受損人士的移動性。這款帶有一套全面?zhèn)鞲衅骱鸵环N直觀反饋方法來引導(dǎo)用戶的白色手杖將在不久后投入市場， 售價為400美元，重量僅約1.3公斤。

相關(guān)研究成果以《多模式傳感和直觀的轉(zhuǎn)向輔助可改善視力受損人士的導(dǎo)航和移動性》為題， 發(fā)表在《科學(xué)· 機器人學(xué)》期刊。

斯坦福大學(xué)智能系統(tǒng)實驗室的博士后帕特里克·斯萊德為該論文的第一作者，斯坦福大學(xué)航空航天系副教授邁克爾·科琴代弗擔任通訊作者。

事實上，這款白色手杖并不是最早出現(xiàn)或者最便宜的智能手杖。但是對于視覺障礙者來說，傳統(tǒng)的智能手杖既昂貴且沉重，而且受到當前傳感器技術(shù)的限制，可檢測的范圍非常狹隘，因此并不是很受歡迎。

斯萊德說：“我們想要一種對用戶更友好的東西，而不僅僅是帶有傳感器的白色手杖。不僅能告訴你有一個物體擋在你的路上，還能告訴你那個物體是什么，然后幫助你繞過它。”

在這項研究中，該團隊對增強型手杖進行了展示，并分別讓視力正常和視力受損的參與者在蒙住眼睛的情況下完成日常導(dǎo)航挑戰(zhàn)——步行走廊、避開障礙物和穿越室外航點。從而將增強型手杖與普通白色手杖進行了比較。

在所有實驗中，使用該增強型手杖的參與者步行速度比使用普通白手杖的參與者普遍提高了許多，無論是視力正常的人還是視覺障礙者， 結(jié)果都是如此。

該團隊表示，步行速度的增加可能是由于準確的轉(zhuǎn)向輔助、減少的認知負荷、更少的與環(huán)境的接觸以及更高的參與者信心。此外，該團隊還展示了增強型手杖的高級導(dǎo)航功能：室內(nèi)尋路、識別和引導(dǎo)參與者到關(guān)鍵對象，以及導(dǎo)航一系列室內(nèi)和室外挑戰(zhàn)。

在該款智能手杖的底部，安裝著一個與行李箱類似的可轉(zhuǎn)動滑輪，在保持與地面接觸的同時，能夠引導(dǎo)參與者向左或向右規(guī)避障礙物。“我們希望為他們提供適當程度的溫和指導(dǎo)，讓他們盡可能安全有效地到達他們想去的地方。”科琴代弗表示。

除此之外，對于智能手杖來說，足夠輕便也是一個不容忽視的要素。

弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)工程學(xué)院的研究人員曾表示，“在機器人手杖為現(xiàn)實世界做好準備之前，仍有一些問題需要解決。比如，該設(shè)備需要做得足夠輕以方便用戶使用。”

此次，該款增強型手杖充分考慮了這個需求，使用的尖端傳感器重量僅僅只有1.3公斤。與此前動輒四五十斤的傳感器手杖相比，不僅極其輕便，而且可以使用免費下載的材料清單和開源代碼在家中自己組裝，體驗DIY樂趣。

“在家里把它焊接起來并運行我們的代碼，這很酷。”斯萊德說道。

斯萊德的目標是通過結(jié)合先進的機器人設(shè)備、以人為中心的人工智能和準確的生物力學(xué)建模來改善移動性和健康。他希望開發(fā)出個性化的可穿戴設(shè)備來監(jiān)控、診斷和幫助面臨移動挑戰(zhàn)的人們。

而該款智能手杖也在一系列室內(nèi)和室外任務(wù)中，證實其確實可以提供實質(zhì)性的導(dǎo)航和移動性改進，并通過步行速度的增加減少視覺障礙者到達目的地所需的代謝能量。

另一方面，提高視力受損者的獨立性可以為他們的身體健康、心理健康和生活質(zhì)量提供具有臨床意義的改善。這些先進導(dǎo)航功能的演示都說明了該手杖的潛力。

作為飛機防撞系統(tǒng)專家， 科琴代弗表示：“我們的實驗室專注于航空航天領(lǐng)域，能夠?qū)⑽覀円恢碧剿鞯囊恍└拍顟?yīng)用到幫助盲人的過程中，這使我感到非常興奮。”

不過科琴代弗也指出，“手杖目前仍然是一個研究原型，在投入日常使用之前，需要進行大量重要的工程和實驗。下一步要做的是簡化設(shè)計并擴大生產(chǎn)規(guī)模，使增強型手杖更加實惠。”