基于TRIZ 理論的導盲產(chǎn)品發(fā)展與分析

文/東北大學機械工程與自動化學院 張輝華 趙新軍

1 引言

盲人是殘疾人中的一個特殊群體，他們由于眼睛患有疾病或受到意外傷害而導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和經(jīng)驗的主要來源，一旦受損，必然在日常生活和安全出行方面會受到很大制約，需要通過導盲產(chǎn)品來輔助行走或感知外部。根據(jù)第二次全國殘疾人抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)推算，我國目前視力殘疾人數(shù)約為1323萬人。到2020年，預計盲人數(shù)量將達到2000萬人，眼盲就會成為一個嚴峻的公共衛(wèi)生及社會問題。本文基于TRIZ理論分析導盲產(chǎn)品的發(fā)展與演變，進而預測未來導盲產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，為該類產(chǎn)品的設計開發(fā)提供有價值的理論分析。

2 傳統(tǒng)導盲產(chǎn)品的現(xiàn)狀

導盲產(chǎn)品的主要功能是輔助盲人行走。國內(nèi)市場現(xiàn)有的導盲產(chǎn)品主要從探測障礙物、指引前進方向這兩方面來實現(xiàn)此功能。

2.1 導盲杖

導盲杖是一種傳統(tǒng)和古老的導盲工具，能幫助盲人探測障礙物，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)濟上帶來很大的困難。但當盲人握持導盲杖行走時，導盲杖并不能準確提供導向信息，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施，能有效地指引盲人前進的方向。盲道一般由兩類磚鋪就，一類是條形引導磚，引導盲人放心前行，稱為行進盲道；另一類是帶有圓點的提示磚，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，從而感知前進方向。我國交通安全法第三十四條規(guī)定“城市主要道路的人行道，應當按照規(guī)劃設置盲道?！钡聦嵣希蛟诎傩罩虚g宣傳力度不夠、盲道經(jīng)常被占用等原因，國內(nèi)城市大規(guī)模的盲道建設對盲人行路并未產(chǎn)生很大幫助。

2.3 導盲犬

導盲犬是經(jīng)過嚴格訓練的狗，是工作犬的一種。經(jīng)過訓練后的導盲犬可引導盲人前進，并自動避開障礙物，可幫助盲人去學校、商店、洗衣店、街心花園等。導盲犬習慣于頸圈、導盲牽引帶和其它配件的約束，懂得很多口令，可以帶領盲人安全地走路，當遇到障礙和需要拐彎時，會引導主人停下以免發(fā)生危險。相比傳統(tǒng)的導盲產(chǎn)品，導盲犬更加高效便捷。而且盲人通常需要心理安全感的滿足，導盲犬的存在能很好地彌補這方面的欠缺。但是昂貴的訓練成本也是導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，通過應用新的手段與方法，能夠在輔助探測障礙物時給予盲人更多反饋和提示，在輔助指引前進方向時更加智能化、人性化，并關注盲人的心理需求，從而幫助滿足他們的出行需求，給他們提供一個更為便捷舒適的生活環(huán)境。

3.1 超聲波導盲儀

如圖1 所示的超聲波導盲儀是以發(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。超聲波導盲儀一般由換能器（探頭） 、信號處理器（電子盒）和信息輸出器（手柄）三部分組成。這款導盲儀可以探測前方3米以內(nèi)的地面障礙物和上方1.6米內(nèi)障礙物，并及時用語音、警笛和震動方式來警示。

針對前方的障礙物，超聲波導盲儀在0.5米范圍以內(nèi)急促警笛報警播報，0.5米到1.9米的范圍播報米數(shù)，1米到3米的范圍為滴滴聲。針對上方障礙物，超聲波導盲儀在1.5米范圍以內(nèi)每秒震動三次，1.5米到2.5米范圍內(nèi)每秒震動1次。它根據(jù)位置和距離對障礙物進行分類，較傳統(tǒng)導盲杖探測范圍更加廣泛。同時機械震動能給盲人及時的信息反饋。這款超聲波導盲儀的設計開發(fā)運用了TRIZ理論中的分割原理、反饋原理和機械震動原理。但是，這款超聲波導盲儀會在復雜環(huán)境中反饋過多信息，形成信息干擾，影響位置的準確判斷。

3.2 導盲眼鏡

圖2導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備。這款產(chǎn)品是一種配備耳機的導盲眼鏡。

它幫助視力受損的人真正地感知他們周圍的環(huán)境，眼鏡上的傳感器會收集環(huán)境信息，然后用聽覺反饋引導佩戴者。眼鏡上的麥克風可以讓用戶與設備進行交流，并獲得準確的實時反饋。這款產(chǎn)品的設計開發(fā)應用了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)盲人麥克風的輸入及時反饋，交流過程更加人性化。同時曲面化的造型具有美感，滿足盲人對裝飾性的需求。但這款導盲儀探測范圍有限，很難形成全方位探測。

3.3 穿戴式導盲儀

穿戴式導盲儀是可直接穿在身上的導盲裝置。盲人通過接收簡單的導盲提示來安全行進，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，然后通過聲音和振動向使用者發(fā)出危險信號。這款導盲手環(huán)可以利用形態(tài)變化輕易改變開關狀態(tài)，適于多種復雜情況下的輔助導航。它的設計開發(fā)應用了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，更易于盲人使用時的佩戴。作為手腕上的一個中介物，不易被他人發(fā)現(xiàn)，盲人佩戴它行走時就表現(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動干擾，準確度不高。

3.4 移動式機器人

圖1 超聲波導盲儀

圖2 導盲眼鏡

圖3 超聲波導盲手環(huán)

圖4 智能助行器

移動式機器人是具有多種感測器、強大計算能力和高度智能化障礙物躲避系統(tǒng)的機器人，它的智能化程度較高，可以在復雜的環(huán)境中進行自主的導航?；谝苿邮綑C器人技術(shù)的導盲儀，功能上比超聲波導盲儀有很大提高。如圖4 所示的智能助行器可以自動避開障礙物，引導盲人行走。它具有三種控制模式：手動、自動、停車。在手動模式中，用戶可以控制助行器，由傳感器檢測到的信息作為語音消息發(fā)出，描述地標和障礙。在自動模式中，助行器由計算機和用戶共同控制。計算機連接前輪馬達來操縱裝置以越過障礙物。而在停車模式時，前輪將自動鎖住，以防止設備的運動，允許用戶移動到一個椅子上。這款產(chǎn)品的設計開發(fā)應用了TRIZ理論中的多用性原理、中介物原理。利用機器人這一中介給予盲人多個模式的行走輔助，較其他產(chǎn)品能更加有效地避開障礙物和指引方向，且比導盲犬的成本低。但其體積較大、不便攜帶。

4 導盲產(chǎn)品的未來發(fā)展趨勢分析

通過對傳統(tǒng)導盲產(chǎn)品、新型導盲產(chǎn)品的分析和基于TRIZ進化法則理論的研究，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，可以得出導盲產(chǎn)品的發(fā)展趨勢如下。

4.1 導盲產(chǎn)品的實用化

根據(jù)TRIZ理論的技術(shù)系統(tǒng)的S曲線進化法則，傳統(tǒng)導盲產(chǎn)品大多處于進化曲線成熟期和衰退期，但仍存在探測障礙物范圍小、難以辨明障礙物種類、指引方向時易受干擾等問題。現(xiàn)有新型導盲產(chǎn)品大多處于進化曲線的嬰兒期和成長期，存在產(chǎn)品重量大、價格高昂等問題。根據(jù)TRIZ理論的動態(tài)性和可控性進化法則，未來導盲產(chǎn)品將進一步增加系統(tǒng)的動態(tài)性，以更大的柔性和可移動性來獲得功能的實現(xiàn)。未來導盲產(chǎn)品將利用多種形態(tài)變化和柔性材料的應用以提高便攜性及其他功能的實現(xiàn)。因此，價格較低、體積較小、質(zhì)量較輕、探測范圍廣、指引精確的實用導盲產(chǎn)品將是未來發(fā)展的必然趨勢。

4.2 導盲產(chǎn)品的智能化

盲人實際出行過程中，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燈、道路情況等信息，因此未來導盲產(chǎn)品將傳達更多的信息給盲人。根據(jù)增加系統(tǒng)的集成度再進行簡化法則，未來導盲產(chǎn)品將利用智能化手段集成多種功能，如幫助盲人識別紅綠燈、路標等信息，還將利用GPS定位、物聯(lián)網(wǎng)通信等技術(shù)實現(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，導盲產(chǎn)品可以積極利用這些先進技術(shù)以實現(xiàn)導盲過程判斷的精確性和反饋的及時性。同時導盲產(chǎn)品也要加強各種新型傳感器的應用，從而獲得更多、更準確的信息，并進行數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)系統(tǒng)的簡化。

4.3 導盲產(chǎn)品的人性化

未來的導盲產(chǎn)品將更加注重以“盲人”為本的理念，實現(xiàn)導盲產(chǎn)品的人性化，在滿足盲人生理需求的同時，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、孤獨感。未來產(chǎn)品將以盲人使用導盲產(chǎn)品的用戶體驗為基礎，增強導盲產(chǎn)品的人機交互性。而針對盲人這一特殊群體，導盲產(chǎn)品將更多應用除視覺以外的感官通道，特別是語音交互技術(shù)的發(fā)展更好地服務盲人。在外觀造型上，未來導盲產(chǎn)品將盡量減少體積，滿足盲人不想過多引起他人關注的安全感需求，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曲線進化法則

5 結(jié)論

導盲產(chǎn)品的發(fā)展體現(xiàn)了諸多TRIZ理論的應用，導盲產(chǎn)品的設計開發(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上，生產(chǎn)出適合新時代背景下的導盲產(chǎn)品。隨著科技的進一步發(fā)展，人們生活的現(xiàn)代化，不斷更新的導盲產(chǎn)品正逐步走進盲人的日常生活中，將不斷增強盲人的行走能力，提高盲人的生活質(zhì)量，為盲人便利生活和安全行進提供重要保障，是現(xiàn)代社會大勢所趨理所應當?shù)摹?/p>