振动触觉手环提升视障人士抓取能力：一项感觉替代技术的实证研究

《Scientific Reports》：Enhancing grasping ability with vibrational guidance for individuals who are blind or partially sighted

本研究针对视障人士在无视觉反馈下进行物体操作面临的挑战，开发了一种腕戴式振动触觉引导手环，并与听觉引导进行对比。结果表明，振动触觉信号能达到90.6%的定位准确率，虽然反应时间略慢于听觉反馈，但15名参与者在该模式下表现更优。因子分析揭示了用户对设备的信心、舒适度和学习性三个维度的积极评价。该技术为避免听觉通道干扰提供了可行替代方案，其可定制化设计有望提升视障人士的独立生活能力。

　　

对于全球数百万视障人士而言，日常生活中简单的抓取动作——如拿取食物、整理物品——都因缺乏视觉引导而变得异常困难。视觉本是完成空间任务（如抓取）的主要感觉系统，视障人士不得不依赖触觉、听觉、本体感觉和空间记忆等替代感官进行代偿。虽然现有辅助技术（如避障设备、音频导航应用）在一定程度上提升了行动独立性，但物体操作层面的精细辅助仍存在明显不足。更关键的是，听觉替代设备可能会遮蔽环境中的重要声音线索，而现有触觉设备（如PalmSight、GuideCopter）又存在干扰手部活动或实用性不足的缺陷。

为此，奥斯纳布吕克大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究，探讨如何通过腕戴式振动触觉手环为视障人士提供有效的抓取引导。该研究招募了41名不同视力损伤程度的参与者，通过定位任务和抓取任务，系统比较了振动触觉反馈与听觉反馈的效能。

研究发现，振动触觉信号在定位任务中达到了90.6%的平均准确率，但在区分相邻方向（如“上”与“右”）时仍存在一定混淆。抓取任务中，虽然听觉引导的整体反应时间更快（平均4198毫秒对4784毫秒），但36.6%的参与者（15人）在触觉模式下表现更优。随着任务进行，参与者在不同反馈模式下都表现出显著的学习效应，反应时间在三个实验组块中持续下降。此外，目标物体的空间位置显著影响操作效率，位于货架边缘（需两个指令）的物体抓取时间比角落位置（需三个指令）快约1410毫秒。

技术方法方面，研究采用偏心旋转质量（ERM）电机产生振动信号，通过四电机布局提供方向指引。实验采用被试内设计，所有参与者依次完成听觉和触觉条件下的抓取任务。通过线性混合模型分析反应时间，并结合问卷调查（采用Likert量表和开放式问题）评估用户体验。参与者通过感觉协会数据库和盲人组织招募，包含先天盲（17人）和后天盲（24人）两类群体。

定位任务结果显示，参与者对触觉信号的解读存在特定误差模式。混淆矩阵表明“左”方向信号被误判为“上”的比例达5.5%，“上”误判为“右”的比例为4.1%，显示相邻电机间存在感知混淆。尽管设置了90%的准确率阈值，但14名参与者未能通过附加训练达到该标准，反映出个体差异对设备效能的显著影响。

抓取任务数据验证了三个核心假设：模态假设证实听觉与触觉反馈存在显著性能差异（p<0.005）；学习假设表现为组块间反应时间显著改善（第二组块减少504毫秒，第三组块减少624毫秒）；位置假设显示空间布局对操作效率具有系统性影响。线性混合模型表明，个体差异解释了56%的方差，远超固定效应（4%）的贡献度。

问卷调查的因子分析提炼出三个核心维度：信心（平均评分4.1±1.0）、舒适度（4.2±0.9）和直觉性（3.6±1.4）。定性分析通过五级分类系统（手环属性、功能实用性、设计、用户体验、实验设置）处理104条陈述，发现用户强烈需求可定制的振动强度、更精确的信号区分以及符合人体工学的设计。多位参与者建议将设备功能扩展至危险预警、物体识别等日常场景。

讨论部分指出，该研究将触觉反馈的应用场景从空间导航扩展至精细操作领域。与先前针对明眼蒙眼者的研究相比，视障参与者表现出更高的触觉模式适应率（36.6%对2.4%），这可能与后天失明者的跨模式重组经验有关。设备采用头盔摄像头与腕部振动分离设计，既避免干扰抓取动作，又保持听觉通道畅通，但当前设备在实用性和穿戴舒适性方面仍需改进。

研究结论强调，振动触觉引导作为非侵入式辅助技术，在保持环境听觉感知的同时，能有效支持抓取动作的时空协调。尽管在信号精度和设备穿戴性方面存在局限，但用户反馈证实了该技术的潜在接受度。正在研发的集成物体识别AI的自主版本，标志着向可扩展、用户无关系统迈进的关键一步。通过个性化校准和人性化设计优化，振动触觉手环有望成为视障人士实现更高程度独立性的有力工具。