触觉反馈+VR模拟！纽约大学研发可穿戴式导盲系统

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摘要：未来，研究团队计划进一步减轻设备重量并压缩成本，从而能将这项技术应用于个人视力受损者。

纽约大学坦顿工程学院的研究团队打造了一套全新的可穿戴系统，充分利用了触觉反馈技术，旨在为盲人或视力受损人士在复杂的环境中带来更安全、高效地导航。

该团队表示，这个系统是首款可帮助视力受损者独立导航周围环境的可穿戴系统。基于约翰·罗斯·里佐、毛里齐奥·波菲里及其同事先前的工作基础，并结合了虚拟现实以及触觉、声音反馈技术。目前，该研究成果已发布在《JMIR康复与辅助技术》杂志上。

用于定义 (A) 身体位置 (CS0；X0、Y0 和 Z0) 和 (B) 头部 (CSh；Xh、Yh 和 Zh) 和身体 (CSb；Xb、Yb 和 Zb) 方向的坐标系，图源：纽约大学坦登工程学院

我们常见的传统导盲方式有两种。一种是导盲杖，也名为白杖。主要功能是通过触觉反馈，帮助使用者感知和探测前方的地面状况和障碍物。它能够让盲人判断他们周围的环境和距离，以确定是否需要绕行、通过或避开某个物体。其弊端也非常明显，只能探测接触到的物体，且容易遗漏远处的障碍物。

另一种是导盲犬。可为视力受损者提供出行安全保障、增强社交互动、给予心理支持、培养独立生活能力等。导盲犬本身不存在明显弊端，但是一只导盲犬的训练通常需要花费2年左右的时间，且平均训练成本大约在15~20万元人民币，在没有政府保障的前提下，普通人无法负担。

而该团队研发的这种可穿戴系统，感应范围大于导盲手杖，成本低于导盲犬，也无需训练时间。

“在美国，仅有2%至8%的视力受损的人会使用这些辅助工具。“论文的主要作者之一、纽约大学坦顿工程学院生物医学工程系与城市科学+进步中心（CUSP）的博士生法比安娜·索菲亚·里奇表示，”传统的行动辅助工具存在明显局限，我们致力于打破这些局限。”

团队遇到的最大难题是设备过大，不利于穿戴。于是，他们将原先背包式系统的触觉反馈微型化，巧妙将其集成到一条隐蔽且装有10个精密振动马达的腰带中。而包括定制电路板和微型控制器等电子元件现在都被放置在一个简易腰包内。这样的改动，为该系统的实际应用迈出了关键一步。

这套导盲系统提供两种感官反馈：腰带上的振动会指示障碍物的位置和距离，耳机中的提示音提示则会根据用户接近路径中的障碍物的距离产生变化。

里佐是纽约大学坦顿工程学院生物医学工程系的副教授、纽约大学无线研究所副所长、城市科学+进步中心（CUSP）的关联教师，同时也是纽约大学格罗斯曼医学院康复医学系的副教授，他强调：“我们研发的这套系统既轻便又隐蔽，同时拥有高效安全导航需要的所有性能。我们的目标是打造一款能与任何衣物搭配穿戴的设备，让用户在使用时不会有任何负担。”

研究团队为了测试技术可行性，使用Unity游戏引擎以及VR大空间定位技术，与纽约大学媒体共享空间内打造了一个模拟地铁站，并招募了72名视力正常的参与者来协助测试。

“我们与游戏设计师及眼科医生进行了紧密合作，共同设计了这款VR模拟，以准确再现晚期青光眼的症状。在这个模拟环境中，我们融入了视力障碍者日常面临的交通难题，如电梯故障、施工区域、行人交通和意外障碍物。”城市科学进步中心主任、纽约大学坦顿工程学院生物医学工程系和机械与航空工程系学院教授波菲里教授这样说道。

该模拟测试环境与房间尺寸精确匹配，展示的画面则是根据晚期青光眼患者的视觉特征设计，包括视野缩小、细节模糊、色彩感知改变等。以此来评估参与者在视力受损情况下，使用腰带振动和声音反馈进行导航的能力。测试结果显示，触觉反馈系统显著减少了参与者与障碍物的碰撞，而声音提示则帮助他们更顺畅地在空间中移动。

此外，该技术还与里佐教授团队正在开发的名为“通勤助手”的移动应用相辅相成。该应用旨在为视力障碍者在地铁站内提供导航指引，通过“阅读”车站标识来告知用户目的地，而触觉腰带则能帮助用户避开沿途的障碍物。

未来，研究团队计划进一步减轻设备重量并压缩成本，从而能将这项技术应用于个人视力受损者。

让我们拭目以待。

本文编译自：

https://techxplore.com/news/2024-12-virtual-realitytested-aiding-people-vision.html

编译/薇仙之爪

（文中图片均来源于网络）

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