傳統導盲杖的工作原理就像一根延長的指尖，通過物理接觸感知一米內的障礙。但在一項最新研究中，上海交通大學的科研團隊研發出一款可穿戴多模態視覺輔助系統，讓視障人士能夠通過人工皮膚的震動、特殊攝像頭的掃描和ai算法的實時運算，重構出屬於自己的 「數字視野」。
這一體驗不禁讓人聯想到《攻殼機動隊》所描繪的未來世界，其中少佐草薙素子通過義眼攝像頭實時解析周圍環境，實現了與人體生物更為精妙的同頻共振。
電影《攻殼機動隊（1995）》劇照
蝌蚪五線譜連線採訪了參與此項研究的上海交通大學計算機學院清源研究院長聘教軌副教授顧磊磊，他告訴蝌蚪君：「現在設備體積最大的是攝像頭，未來希望可以把攝像頭做得更加隱蔽，比如做到隱形眼鏡上，或者是做到眼底，這樣盲人看起來會更像正常人士，出門不會受到異樣的眼光。」
目前，這項研究成果已刊登在《自然》雜誌子刊《自然 - 機器智能》（nature machine intelligence）上，它不僅是技術的突破，更像是一場關於 「人類增強」 的溫柔實驗，讓我們看到科技如何以更人性化的方式彌合身體的缺憾。
感官代償：大腦的拓撲重構之謎
跨模態可塑性可以重新組織四個主要腦葉之間的連接，以應對感覺喪失。（圖片來源：維基百科）
人類大腦在應對感官缺失時展現出的代償能力，堪稱神經科學的奇蹟。
與視覺正常的人相比，視覺障礙者的聽覺處理能力可能會更強。因為在這種特殊情況下，大腦可以增強其他感覺系統，通過在大腦皮層特定區域建立新連接並重新參與其他感覺信息的處理中，以彌補視覺或聽覺的不足。這種大腦代償方式被稱為跨模態可塑性。
跨模態可塑性是神經元的適應性重組，以整合兩個或多個感覺系統的功能，通常發生在因疾病或腦損傷而導致的感覺剝奪之後。在長期感覺剝奪之後，神經網絡的重組最為顯著，例如先天性失明或語前失聰 。而該研究也是在聽覺和觸覺方面進行了突破性研究，在二者的雙重作用下，在多方面滿足了視障人群的多重需求，大大增強了其運動能力。
從「觸覺延伸」到「感官重塑」
人工智能驅動的可穿戴電子系統為非侵入性視覺輔助提供了前景廣闊的解決方案。然而，現有最先進的系統尚未充分考慮人體適應性，導致其在盲人群體中的使用率較低。
但在這項最新研究中，科學家們通過融合軟件與硬件創新提升實用性，賦予了設備真正的「視覺」。
目前攝像頭已安裝在眼鏡上，但該團隊正在努力使設備更輕、更隱蔽。
新系統總重約200克，由裝載了rgb-d（紅綠藍和深度）攝像頭的眼鏡、兩小塊人造電子皮膚和一個微型單板計算機組成。眼鏡架上搭載的深度攝像頭，實時探測眼前的環境。
ai算法在0.25秒內完成圖像分析，計算出可通行的路徑，通過骨傳導耳機向佩戴者發送方向提示音，引導其走向正確路徑：需要向左走則左耳發出短促的「滴」聲，右側同理。
傳感-運動人工皮膚a-skin結構圖
更精妙的是這一系統加入了觸覺維度：通過開發可拉伸的傳感-運動人工皮膚a-skin貼片，供用戶佩戴在手腕和手指上，提供額外的導航輔助。
這些手環配備了獨立的距離傳感器，當障礙物距離用戶夠近時（40到5 cm可調），貼片會振動提醒用戶。當用戶伸手去拿物體時，貼片也會震動提醒用戶何時需要抓取。
此外，該系統還提供了一雙摩擦供電的智能鞋墊和vr訓練平台，讓使用者在正式出行前可以在虛擬系統中進行模擬、訓練，降低摔倒、碰撞等風險。
這項系統不僅是工具升級，更是感官系統的重構。經過系統訓練後，所有參與者都能夠在室內導航，他們的行走速度與使用拐杖時相似。在實驗室測試中，視障志願者穿越25米複雜迷宮的時間比使用導盲杖縮短了25%，碰撞次數降低67%。
顧磊磊副教授表示，他們的多模態系統融合多種感覺反饋時，做到「多而不亂」非常關鍵。他解釋說，特定時刻，側面信息是前方攝像頭的盲區，但是在前一時刻，相當於人在退後一步時，側面信息其實是在攝像頭的觀察範圍內的，攝像頭分析前方環境情況的時候會考慮這個障礙物，從而提前繞開。也就是說，整個系統是一個連續動態的過程，可以避免讓人陷入死角。
光明未來：技術重構感官體驗的人文之光
電影《她（she）》劇照
上海交通大學的多模態感知系統，讓人不禁聯想到電影《她》中與人類深度共情的ai操作系統「薩曼莎」。
這套設備不僅通過深度攝像頭構建環境模型，更能學習用戶的感知偏好，就像薩曼莎理解西奧多的情感波動一樣，系統會依據使用習慣動態調整振動頻率與音頻提示的強度。這種高度個性化的交互，重新定義了輔助技術的意義：它不再是機械的工具，而成為延伸感知的「數字感官」。
技術終將讓我們更貼近人性的本質。這類重視用戶感受的技術會讓視障群體能夠更自信、獨立地生活，幫助他們更好地融入社會。它為視障人士打開了新的生活大門，讓他們有更多機會去探索世界。
真正的智能不在於模仿人類，而在於激發獨特的存在方式。這些超越生物視覺的感知維度，正在書寫人類文明的新篇章。科技不再是冰冷的替代品，而是化身為一座橋樑，連接不同感知方式的孤島，讓每個靈魂都能以獨特而完整的方式，擁抱世界的豐饒。(編譯：楊雨鑫)
審核：顧磊磊 上海交通大學計算機學院清源研究院長聘教軌副教授
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