轉載自公民新聞 2024.09.11
原文連結：https://www.peopo.org/news/697473
【記者楊詠婷、陳品熙／新北市報導】你想過導盲杖能像導航一樣幫你指路嗎？台北科技大學副教授鍾明桉帶領學生團隊開發智慧導盲杖與視障眼鏡組成輔具。杖上鏡頭可識別地面和前方障礙物，搭配導盲眼鏡上的鏡頭拓寬偵測範圍；再連動配套的手機app發聲提醒，結合導盲杖上震動馬達，提醒視障人士避開障礙，並引導到正確方向，形成全方位的視障輔助系統。
↑團隊成員張峻皓（左一）帶師生實測導盲杖，並搭配手機app使用。照片提供／北科大電子系
北科大電子系的鍾明桉副教授，專攻電波傳播、訊號完整度及電磁相容等相關領域，在自駕車技術和物件辨識方面有豐富的經驗。鍾明桉認為，智慧感測技術在視障輔助方面有很大的應用潛力。人的感官並非萬能，視線也偶有死角，車子既能透過AI輔助自動駕駛，那人也可把自駕車技術應用在日常出行。而白手杖是視障人士最常使用的輔具，加上多數視障人士習慣戴墨鏡，因此團隊為了不改變視障人士的日常習慣，便設計導盲仗與視障眼鏡組合。並結合北科大USR計畫，培養學生將科技應用於現實，讓自駕車技術成為視障人士的雙眼，落實大學社會責任。
智慧感測初探 白手杖再進化
1921年，人類發明了第一支導盲杖，至今已經過了一百年。在這百年間，手機都從大哥大進化到了iPhone15，導盲杖的基本形式和功能卻幾乎未見變化。儘管台灣近年來致力於改善人行道的無障礙環境，例如增設有聲號誌和導盲磚，但這些設施仍缺乏完善規劃。
視障者通常依靠聽車流的聲音和號誌的聲響來判斷何時過馬路，以及過馬路的方向。有聲號誌在全台的覆蓋率低下，許多沒有有聲號誌的路口，視障者隨時面臨車禍風險。
導盲磚的設置也存在問題，有時會突然中斷在路樹或牆壁前；有些租借腳踏車站點直接設置在導盲磚上，或是機車隨意停放而擋住導盲磚。根據衛福部2016年身心障礙者生活狀況及需求調查報告，視障人士中就有六成的人表示，他們在上街購買日常用品有困難。視障人士在日常生活中面臨諸多挑戰。
因此鍾明桉把自駕車的感測技術當作視障人士的「眼睛」，將智慧感測技術融入視障人士常用的白手杖中，幫助他們識別障礙物，掌握周圍路況。鍾明桉考慮到每個人的身高體型各異，導盲杖的握持方式也有所不同，因此導盲杖配備了自我校正功能，以適應不同使用者的需求。導盲杖主要功能是使用者為中心，建立一個「電子圍籬」，形成一個保障使用者前方三到五公尺、180度範圍的安全防護罩。當導盲杖偵測到前方有障礙物或動物進入安全區域時，手機app就會發出語音警告，震動馬達會根據檢測結果發出左右方向的訊號，引導視障者避開障礙，使視障人士無需他人協助也能夠了解周圍環境。鍾明桉比喻，當你駕駛智慧車準備左轉時，如果偵測到左側有來車，後視鏡和警示聲會提醒你注意。這種以人為中心的安全設計，將視障者比擬為智慧車，達到與智慧交通技術相同的效果。
團隊為導盲杖設計了配套的導盲眼鏡，這兩者都裝備了攝影機，和利用光學感測器來測量距離的LiDAR光達。團隊同學張芷瑄提到，導盲杖與眼鏡互相配合，通過AI演算法來進行辨識，導盲杖和眼鏡的攝影機能夠擴大視野，眼鏡專門辨識前方和遠處的景象，而導盲杖則專注於識別靠近地面的物體。這樣的設計提升了感測範圍，讓視障人士在行走時能更有效地避開障礙物，達到雙重保障。此外，導盲眼鏡還具備文字導讀和物件識別朗讀功能，能辨識盲文，進一步幫助視障人士應對日常生活的需求。
考慮到視障人士通常更加依賴聽覺，裝置直接發出聲音更方便他們聽取並識別周圍的環境。因此除了導盲眼鏡，導盲杖也可連動不用下載安裝的網頁App，在手機上用瀏覽器打開後便會與導盲杖藍芽配對。當導盲杖偵測到前方有導盲磚或地面高低差時，App就會自動發出語音警示。尤其騎樓與馬路的高低差容易造成視障人士的困擾，透過語音提醒就可以讓視障人士注意到，避免被絆倒。另外，如果導盲杖的攝影機偵測到前方有導盲磚或斑馬線，手機同樣會提供語音提示。
試錯過程與合作
由於市面上缺乏相關技術資訊，一開始的設計階段，所有的資料和軟硬體設計都需要他們自行從頭開始建立。張竣皓同學表示，剛開始為了建立導盲杖的演算法，他們收集了大量的障礙物和導盲磚數據資料提供給電腦運算。經過多次硬體設計上的電路配對、軟體上演算法調整後，才逐步提高了辨識準確率。由於導盲杖是專為身障人士設計，團隊特別注意不讓它太重。但硬體配件因為都安裝在手杖的上端，如導盲杖的「電子圍籬」初期就因運算量太大，導致運算上有延遲。為解決這一問題，團隊對演算法再改良，成功開發出一個更輕量化的版本，經過展示和實際試用後，收到正面的反饋，大大提升了使用者的日常行走安全和便捷。
團隊參考許多國際期刊文獻，外觀設計維持白手杖的造型，在導盲杖中加入感測器，完成了智慧導盲杖的初版。許嘉醇同學說道，之後他們再接著針對人體工學及舒適度改良，用3D列印把電路裝進手杖裡，拿給伊甸基金會進行試用後，團隊收集反饋進一步完善設計。因為現在的城市規劃在導盲磚的設置上並不完整，視障人士也曾向團隊建議希望可以針對路面導盲磚進行辨識。基於訪談和測試後多次改良。
此外，導盲杖外觀選用PLA聚乳酸材料來取代傳統塑膠，這種材料是由玉米、馬鈴薯等植物澱粉製造，一般也多被用來製做免洗餐具、包裝盒，在被棄置後180天內，就能被土壤中的微生物完全分解，不會造成環境污染。
↑智慧導盲杖外觀。攝影／楊詠婷
↑智慧導盲杖底部鏡頭，偵測地面路況。攝影楊詠婷
全方位結合 導盲系統如何運作
團隊用手杖和眼鏡上的攝影機和光學測距雷達，可以像眼睛一樣「看」到周圍的情況，甚至是地面的不平處。手杖的握把還裝置震動馬達，精確做出各種震動，引導使用者往左右走；震動馬達則裝置在耳骨附近，透過左右的震動更直接地幫視障者導航，幫助視障朋友更安全、更自如地走路。
為了讓眼鏡跟手杖做出反應，團隊使用了一種小巧的電腦裝置，看起來就像是USB隨身碟。這個裝置可以讓手杖和眼鏡更好地處理收集到的資訊，自動學習和判斷，就像是學習人腦的工作方式。這種學習方式叫做「深度學習」，通過分析大量的資料，設備可以不需要人來干預就自己作出決定。利用統計學的概念，這個神經網路就能夠像人一樣有簡單的判斷能力。可以用來做視覺辨識。團隊將它加入導盲杖中，就能幫助視障者辨識路況。
而這些功能都是通過一個基本的電腦系統來運行的，這個系統就像是電腦的基本操作平台，能夠和智慧手機連接。這樣，使用者就可以通過手機應用來控制手杖和眼鏡，比如開關設備或調整震動設定。這種智慧感測技術不僅使設備運行得更流暢，還可以減少錯誤，讓視障者在使用的時候更安全。就像是為他們搭建了一個隱形的安全網，幫助他們能在城市中自由自在地移動。
↑智慧導盲杖配合手機app引導視障人士。製圖／楊詠婷
現階段試用情況、未來規劃
翟崧雲同學表示，雛形完成後，團隊積極參加2022年台北ESG高峰會和創新博覽會等展覽，導盲杖雛型於各大展覽曝光。團隊因此與台灣圖書館結緣，台灣圖書館提供場地，讓團隊在針對視障人士的社區大學的課程上和盲人介紹並體驗智慧導盲杖，進行初次測試，提供了直接與目標用戶互動的機會。為了向視障人士和一般大眾推廣智慧感測技術，團隊更爭取與伊甸基金會合作，透過台北科大校內USR計畫的經費支持，與伊甸基金會合作研製導盲輔具及教材。
智慧導盲杖雖然比傳統手杖稍重，但團隊正在積極優化重量和電池效能。團隊過去參與了智慧城市展、創新技術博覽會和INNOVEX等多個大型展覽和創新創業計畫。2022年也在USTART創業計畫得到90萬元補助，同時獲得了專利保護。目前他們也在積極尋找啟明學校、盲人重建院等合作場所做推廣，並開設針對視障議題的相關講座與研習。姚怡如助理期望透過參與各種展覽和針對視障人士的講座，可以增強大家對導盲杖技術的了解，並不斷進行改進，進一步推廣智慧導盲杖。
另外，鍾明桉提到，智慧導盲杖不僅僅是一個導航工具，它還能進行物件識別。例如，導盲杖的多感測器可以識別出桌上是西瓜、葡萄還是其他水果，播報出來，讓視障人士感到更安心。這種技術不僅限於飲食，鍾明桉認為，這項技術甚至在使用家用電器如烤箱或微波爐時，如果能透過視覺化輔助提示物品的狀態，告訴視障人士烤箱時間被他們自己設定到幾度、幾分鐘等等，即使視障人士看不見，也能更好地操作。 導盲杖多感測技術的應用不僅限於視障人士，更能擴展到老人或需要輔助的其他群體，利用感測技術能開發多功能的輔助產品，幫助更多需要的人。
導盲杖的多感測器不僅可與智慧手錶和手機連結，甚至連接到第三方使用者，提升運作效率，改善人機互動形式，實現AI與物聯網的應用(AIoT)。另外，配合導盲輔具組合的App現階段版本也只是初步型態，設計上仍有改善空間。陳楷翔同學表示，之後預計會再增加連動公車App的功能，未來期望能與專門從事人機界面研究的師生合作，進一步優化應用程式的使用者體驗。
採訪側記：
感謝鍾明桉副教授與新穎無線通訊暨電磁應用實驗室，團隊學生許嘉醇、翟崧雲、陳楷翔、謝明鈞、黃上睿、張芷瑄、張竣皓、研究助理姚怡如有問必答，以智慧感測技術方面的新角度，我們再次接觸到與醫療輔具相關的議題。平時只會在電視裡科技發表會看到的自駕車，與視障人士的白手杖結合，碰撞出意想不到的火花。望這份報導能給智慧導盲杖帶來更多曝光度，躍進更多輔具機構與一般大眾的視野。