文/東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 張輝華 趙新軍

1 引言

盲人是殘疾人中的一個(gè)特殊群體，他們由于眼睛患有疾病或受到意外傷害而導(dǎo)致視覺資訊受損或喪失。視覺資訊是人類獲得外部信息知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的主要來源，一旦受損，必然在日常生活和安全出行方面會(huì)受到很大制約，需要通過導(dǎo)盲產(chǎn)品來輔助行走或感知外部。根據(jù)第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)推算，我國(guó)目前視力殘疾人數(shù)約為1323萬人。到2020年，預(yù)計(jì)盲人數(shù)量將達(dá)到2000萬人，眼盲就會(huì)成為一個(gè)嚴(yán)峻的公共衛(wèi)生及社會(huì)問題。本文基于TRIZ理論分析導(dǎo)盲產(chǎn)品的發(fā)展與演變，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來導(dǎo)盲產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，為該類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)提供有價(jià)值的理論分析。

2 傳統(tǒng)導(dǎo)盲產(chǎn)品的現(xiàn)狀

導(dǎo)盲產(chǎn)品的主要功能是輔助盲人行走。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)現(xiàn)有的導(dǎo)盲產(chǎn)品主要從探測(cè)障礙物、指引前進(jìn)方向這兩方面來實(shí)現(xiàn)此功能。

2.1 導(dǎo)盲杖

導(dǎo)盲杖是一種傳統(tǒng)和古老的導(dǎo)盲工具，能幫助盲人探測(cè)障礙物，自古以來一直在輔助盲人行走過程中扮演著重要的角色。而且傳統(tǒng)盲杖低成本，沒有給盲人在經(jīng)濟(jì)上帶來很大的困難。但當(dāng)盲人握持導(dǎo)盲杖行走時(shí)，導(dǎo)盲杖并不能準(zhǔn)確提供導(dǎo)向信息，還需要盲人依靠記憶和感覺行走。

2.2 盲道

盲道是專門幫助盲人行走的道路設(shè)施，能有效地指引盲人前進(jìn)的方向。盲道一般由兩類磚鋪就，一類是條形引導(dǎo)磚，引導(dǎo)盲人放心前行，稱為行進(jìn)盲道；另一類是帶有圓點(diǎn)的提示磚，提示盲人前面有障礙，該轉(zhuǎn)彎了，稱為提示盲道。盲人通過腳的觸感感受盲道磚的形狀凸出，從而感知前進(jìn)方向。我國(guó)交通安全法第三十四條規(guī)定“城市主要道路的人行道，應(yīng)當(dāng)按照規(guī)劃設(shè)置盲道?！钡聦?shí)上，因在百姓中間宣傳力度不夠、盲道經(jīng)常被占用等原因，國(guó)內(nèi)城市大規(guī)模的盲道建設(shè)對(duì)盲人行路并未產(chǎn)生很大幫助。

2.3 導(dǎo)盲犬

導(dǎo)盲犬是經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練的狗，是工作犬的一種。經(jīng)過訓(xùn)練后的導(dǎo)盲犬可引導(dǎo)盲人前進(jìn)，并自動(dòng)避開障礙物，可幫助盲人去學(xué)校、商店、洗衣店、街心花園等。導(dǎo)盲犬習(xí)慣于頸圈、導(dǎo)盲牽引帶和其它配件的約束，懂得很多口令，可以帶領(lǐng)盲人安全地走路，當(dāng)遇到障礙和需要拐彎時(shí)，會(huì)引導(dǎo)主人停下以免發(fā)生危險(xiǎn)。相比傳統(tǒng)的導(dǎo)盲產(chǎn)品，導(dǎo)盲犬更加高效便捷。而且盲人通常需要心理安全感的滿足，導(dǎo)盲犬的存在能很好地彌補(bǔ)這方面的欠缺。但是昂貴的訓(xùn)練成本也是導(dǎo)盲犬無法迅速普及的重要原因之一。

3 基于TRIZ理論的新型導(dǎo)盲產(chǎn)品分析

伴隨著工業(yè)技術(shù)的革新和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以解決前人無法解決的諸多問題，通過應(yīng)用新的手段與方法，能夠在輔助探測(cè)障礙物時(shí)給予盲人更多反饋和提示，在輔助指引前進(jìn)方向時(shí)更加智能化、人性化，并關(guān)注盲人的心理需求，從而幫助滿足他們的出行需求，給他們提供一個(gè)更為便捷舒適的生活環(huán)境。

3.1 超聲波導(dǎo)盲儀

如圖1 所示的超聲波導(dǎo)盲儀是以發(fā)射超聲波和接收障礙物反射回波的方式來定位的，它與雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理類似，它從接收到的回波中可以得到障礙物的信息。超聲波導(dǎo)盲儀一般由換能器（探頭） 、信號(hào)處理器（電子盒）和信息輸出器（手柄）三部分組成。這款導(dǎo)盲儀可以探測(cè)前方3米以內(nèi)的地面障礙物和上方1.6米內(nèi)障礙物，并及時(shí)用語(yǔ)音、警笛和震動(dòng)方式來警示。

針對(duì)前方的障礙物，超聲波導(dǎo)盲儀在0.5米范圍以內(nèi)急促警笛報(bào)警播報(bào)，0.5米到1.9米的范圍播報(bào)米數(shù)，1米到3米的范圍為滴滴聲。針對(duì)上方障礙物，超聲波導(dǎo)盲儀在1.5米范圍以內(nèi)每秒震動(dòng)三次，1.5米到2.5米范圍內(nèi)每秒震動(dòng)1次。它根據(jù)位置和距離對(duì)障礙物進(jìn)行分類，較傳統(tǒng)導(dǎo)盲杖探測(cè)范圍更加廣泛。同時(shí)機(jī)械震動(dòng)能給盲人及時(shí)的信息反饋。這款超聲波導(dǎo)盲儀的設(shè)計(jì)開發(fā)運(yùn)用了TRIZ理論中的分割原理、反饋原理和機(jī)械震動(dòng)原理。但是，這款超聲波導(dǎo)盲儀會(huì)在復(fù)雜環(huán)境中反饋過多信息，形成信息干擾，影響位置的準(zhǔn)確判斷。

3.2 導(dǎo)盲眼鏡

圖2導(dǎo)盲眼鏡是將集成電路裝置安裝在眼鏡架和眼鏡片上的可穿戴設(shè)備。這款產(chǎn)品是一種配備耳機(jī)的導(dǎo)盲眼鏡。

它幫助視力受損的人真正地感知他們周圍的環(huán)境，眼鏡上的傳感器會(huì)收集環(huán)境信息，然后用聽覺反饋引導(dǎo)佩戴者。眼鏡上的麥克風(fēng)可以讓用戶與設(shè)備進(jìn)行交流，并獲得準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)反饋。這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用了TRIZ理論中的中介物原理、反饋原理、曲面化原理。利用眼鏡這一中介物提供給盲人信息，并根據(jù)盲人麥克風(fēng)的輸入及時(shí)反饋，交流過程更加人性化。同時(shí)曲面化的造型具有美感，滿足盲人對(duì)裝飾性的需求。但這款導(dǎo)盲儀探測(cè)范圍有限，很難形成全方位探測(cè)。

3.3 穿戴式導(dǎo)盲儀

穿戴式導(dǎo)盲儀是可直接穿在身上的導(dǎo)盲裝置。盲人通過接收簡(jiǎn)單的導(dǎo)盲提示來安全行進(jìn)，如圖3所示。它可以戴在盲人手腕上，使用超聲波發(fā)出與接收信號(hào)，然后通過聲音和振動(dòng)向使用者發(fā)出危險(xiǎn)信號(hào)。這款導(dǎo)盲手環(huán)可以利用形態(tài)變化輕易改變開關(guān)狀態(tài)，適于多種復(fù)雜情況下的輔助導(dǎo)航。它的設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用了TRIZ理論中的柔性外殼及薄膜、反饋原理和中介物原理。產(chǎn)品采用柔性材料，更易于盲人使用時(shí)的佩戴。作為手腕上的一個(gè)中介物，不易被他人發(fā)現(xiàn)，盲人佩戴它行走時(shí)就表現(xiàn)的如同正常人一樣，可以滿足盲人被尊重的心理需求。但其易受盲人自身運(yùn)動(dòng)干擾，準(zhǔn)確度不高。

3.4 移動(dòng)式機(jī)器人

圖1 超聲波導(dǎo)盲儀

圖2 導(dǎo)盲眼鏡

圖3 超聲波導(dǎo)盲手環(huán)

圖4 智能助行器

移動(dòng)式機(jī)器人是具有多種感測(cè)器、強(qiáng)大計(jì)算能力和高度智能化障礙物躲避系統(tǒng)的機(jī)器人，它的智能化程度較高，可以在復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行自主的導(dǎo)航。基于移動(dòng)式機(jī)器人技術(shù)的導(dǎo)盲儀，功能上比超聲波導(dǎo)盲儀有很大提高。如圖4 所示的智能助行器可以自動(dòng)避開障礙物，引導(dǎo)盲人行走。它具有三種控制模式：手動(dòng)、自動(dòng)、停車。在手動(dòng)模式中，用戶可以控制助行器，由傳感器檢測(cè)到的信息作為語(yǔ)音消息發(fā)出，描述地標(biāo)和障礙。在自動(dòng)模式中，助行器由計(jì)算機(jī)和用戶共同控制。計(jì)算機(jī)連接前輪馬達(dá)來操縱裝置以越過障礙物。而在停車模式時(shí)，前輪將自動(dòng)鎖住，以防止設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，允許用戶移動(dòng)到一個(gè)椅子上。這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用了TRIZ理論中的多用性原理、中介物原理。利用機(jī)器人這一中介給予盲人多個(gè)模式的行走輔助，較其他產(chǎn)品能更加有效地避開障礙物和指引方向，且比導(dǎo)盲犬的成本低。但其體積較大、不便攜帶。

4 導(dǎo)盲產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢(shì)分析

通過對(duì)傳統(tǒng)導(dǎo)盲產(chǎn)品、新型導(dǎo)盲產(chǎn)品的分析和基于TRIZ進(jìn)化法則理論的研究，結(jié)合盲人的需求以及體現(xiàn)現(xiàn)階段的科技與文化的發(fā)展背景下，可以得出導(dǎo)盲產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)如下。

4.1 導(dǎo)盲產(chǎn)品的實(shí)用化

根據(jù)TRIZ理論的技術(shù)系統(tǒng)的S曲線進(jìn)化法則，傳統(tǒng)導(dǎo)盲產(chǎn)品大多處于進(jìn)化曲線成熟期和衰退期，但仍存在探測(cè)障礙物范圍小、難以辨明障礙物種類、指引方向時(shí)易受干擾等問題?，F(xiàn)有新型導(dǎo)盲產(chǎn)品大多處于進(jìn)化曲線的嬰兒期和成長(zhǎng)期，存在產(chǎn)品重量大、價(jià)格高昂等問題。根據(jù)TRIZ理論的動(dòng)態(tài)性和可控性進(jìn)化法則，未來導(dǎo)盲產(chǎn)品將進(jìn)一步增加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性，以更大的柔性和可移動(dòng)性來獲得功能的實(shí)現(xiàn)。未來導(dǎo)盲產(chǎn)品將利用多種形態(tài)變化和柔性材料的應(yīng)用以提高便攜性及其他功能的實(shí)現(xiàn)。因此，價(jià)格較低、體積較小、質(zhì)量較輕、探測(cè)范圍廣、指引精確的實(shí)用導(dǎo)盲產(chǎn)品將是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。

4.2 導(dǎo)盲產(chǎn)品的智能化

盲人實(shí)際出行過程中，所需要感知的不僅是障礙物和方向，他們還需要注意交通信號(hào)燈、道路情況等信息，因此未來導(dǎo)盲產(chǎn)品將傳達(dá)更多的信息給盲人。根據(jù)增加系統(tǒng)的集成度再進(jìn)行簡(jiǎn)化法則，未來導(dǎo)盲產(chǎn)品將利用智能化手段集成多種功能，如幫助盲人識(shí)別紅綠燈、路標(biāo)等信息，還將利用GPS定位、物聯(lián)網(wǎng)通信等技術(shù)實(shí)現(xiàn)提示盲人所在位置、告知盲人家人朋友其位置等功能。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)盲產(chǎn)品可以積極利用這些先進(jìn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲過程判斷的精確性和反饋的及時(shí)性。同時(shí)導(dǎo)盲產(chǎn)品也要加強(qiáng)各種新型傳感器的應(yīng)用，從而獲得更多、更準(zhǔn)確的信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化。

4.3 導(dǎo)盲產(chǎn)品的人性化

未來的導(dǎo)盲產(chǎn)品將更加注重以“盲人”為本的理念，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)盲產(chǎn)品的人性化，在滿足盲人生理需求的同時(shí)，更加注重其心理需求，增加盲人的安全感，減少他們的自卑感、孤獨(dú)感。未來產(chǎn)品將以盲人使用導(dǎo)盲產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)為基礎(chǔ)，增強(qiáng)導(dǎo)盲產(chǎn)品的人機(jī)交互性。而針對(duì)盲人這一特殊群體，導(dǎo)盲產(chǎn)品將更多應(yīng)用除視覺以外的感官通道，特別是語(yǔ)音交互技術(shù)的發(fā)展更好地服務(wù)盲人。在外觀造型上，未來導(dǎo)盲產(chǎn)品將盡量減少體積，滿足盲人不想過多引起他人關(guān)注的安全感需求，具有裝飾性、隱蔽性，滿足盲人被尊重的心理需求。

圖5 技術(shù)系統(tǒng)的S曲線進(jìn)化法則

5 結(jié)論

導(dǎo)盲產(chǎn)品的發(fā)展體現(xiàn)了諸多TRIZ理論的應(yīng)用，導(dǎo)盲產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)將更加注重新材料、新工藝、新技術(shù)，并在滿足視障群體心理和生理健康基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出適合新時(shí)代背景下的導(dǎo)盲產(chǎn)品。隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，人們生活的現(xiàn)代化，不斷更新的導(dǎo)盲產(chǎn)品正逐步走進(jìn)盲人的日常生活中，將不斷增強(qiáng)盲人的行走能力，提高盲人的生活質(zhì)量，為盲人便利生活和安全行進(jìn)提供重要保障，是現(xiàn)代社會(huì)大勢(shì)所趨理所應(yīng)當(dāng)?shù)摹?/p>