基于TRIZ 理論的導盲產品發展與分析

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，需要通過導盲產品來輔助行走或感知外部。根據第二次全國殘疾人抽樣調查數據推算，我國目前視力殘疾人數約為1323萬人。到2020年，預計盲人數量將達到2000萬人，眼盲就會成為一個嚴峻的公共衛生及社會問題。本文基于TRIZ理論分析導盲產品的發展與演變，進而預測未來導盲產品的發展趨勢，為該類產品的設計開發提供有價值的理論分析。

2 傳統導盲產品的現狀

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

2.1 導盲杖

導盲杖是一種傳統和古老的導盲工具，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。而且傳統盲杖低成本，沒有給盲人在經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定“城市主要道路的人行道，應當按照規劃設置盲道。”但事實上，因在百姓中間宣傳力度不夠、盲道經常被占用等原因，國內城市大規模的盲道建設對盲人行路并未產生很大幫助。

2.3 導盲犬

導盲犬是經過嚴格訓練的狗，是工作犬的一種。經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生危險。相比傳統的導盲產品，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理論的新型導盲產品分析

伴隨著工業技術的革新和物聯網技術的發展，人們已經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境。

3.1 超聲波導盲儀

如圖1 所示的超聲波導盲儀是以發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米以內的地面障礙物和上方1.6米內障礙物，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米范圍以內急促警笛報警播報，0.5米到1.9米的范圍播報米數，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米范圍以內每秒震動三次，1.5米到2.5米范圍內每秒震動1次。它根據位置和距離對障礙物進行分類，較傳統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境，眼鏡上的傳感器會收集環境信息，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。這款產品的設計開發應用了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，使用超聲波發出與接收信號，然后通過聲音和振動向使用者發出危險信號。這款導盲手環可以利用形態變化輕易改變開關狀態，適于多種復雜情況下的輔助導航。它的設計開發應用了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，不易被他人發現，盲人佩戴它行走時就表現的如同正常人一樣，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

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的機器人，它的智能化程度較高，可以在復雜的環境中進行自主的導航。基于移動式機器人技術的導盲儀，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。這款產品的設計開發應用了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 導盲產品的未來發展趨勢分析

通過對傳統導盲產品、新型導盲產品的分析和基于TRIZ進化法則理論的研究，結合盲人的需求以及體現現階段的科技與文化的發展背景下，可以得出導盲產品的發展趨勢如下。

4.1 導盲產品的實用化

根據TRIZ理論的技術系統的S曲線進化法則，傳統導盲產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。現有新型導盲產品大多處于進化曲線的嬰兒期和成長期，存在產品重量大、價格高昂等問題。根據TRIZ理論的動態性和可控性進化法則，未來導盲產品將進一步增加系統的動態性，以更大的柔性和可移動性來獲得功能的實現。未來導盲產品將利用多種形態變化和柔性材料的應用以提高便攜性及其他功能的實現。因此，價格較低、體積較小、質量較輕、探測范圍廣、指引精確的實用導盲產品將是未來發展的必然趨勢。

4.2 導盲產品的智能化

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，因此未來導盲產品將傳達更多的信息給盲人。根據增加系統的集成度再進行簡化法則，未來導盲產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、物聯網通信等技術實現提示盲人所在位置、告知盲人家人朋友其位置等功能。隨著人工智能、大數據等技術的發展，導盲產品可以積極利用這些先進技術以實現導盲過程判斷的精確性和反饋的及時性。同時導盲產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，并進行數據融合，實現系統的簡化。

4.3 導盲產品的人性化

未來的導盲產品將更加注重以“盲人”為本的理念，實現導盲產品的人性化，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。未來產品將以盲人使用導盲產品的用戶體驗為基礎，增強導盲產品的人機交互性。而針對盲人這一特殊群體，導盲產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的發展更好地服務盲人。在外觀造型上，未來導盲產品將盡量減少體積，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 技術系統的S曲線進化法則

5 結論

導盲產品的發展體現了諸多TRIZ理論的應用，導盲產品的設計開發將更加注重新材料、新工藝、新技術，并在滿足視障群體心理和生理健康基礎上，生產出適合新時代背景下的導盲產品。隨著科技的進一步發展，人們生活的現代化，不斷更新的導盲產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，提高盲人的生活質量，為盲人便利生活和安全行進提供重要保障，是現代社會大勢所趨理所應當的。