人—机接口技术在残疾人功能辅助方面的开发及其运用

要鹃

摘要：随着科技水平的不断提高，我国计算机技术在各个行业领域中有了很大的发展。在残疾人功能辅助方面，开发出一种人机接口技术，目的是为了方便残疾人实现日常生活中的各种行动。因此人机接口技术具有极佳的发展前景，这种技术的开发和运用具有很重要的现实意义。

关键词：人机接口；残疾人；功能辅助；开发；运用

中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号2095-6363（2016）06-0060-02

PC技术在医学领域有着广泛的应用前景。人机接口技术的应用很大程度上方便了残疾人的日常行动，尤其是PC虚拟现实等技术，将残疾人的想法传递给计算机，对其进行指令的下达，使其完成人类想要进行的各类活动，更好的辅助残疾人的生活。

1.虚拟现实技术

PC技术中虚拟现实是如今的重点研究课题之一，其在各领域都有所建树。我们在进行操作的过程中，需要向PC下达指令，让人机间进行交互，让用户在使用的过程中具有真实感。

在残疾人日常生活中，虚拟技术有着广泛应用。残疾人可以应用此种技术完成一些原本不能完成的行为，可以通过各种PC软件方便自己的日常生活。例如，盲人可以使用PC的语音播报软件进行阅读等。

2.生理的电信号技术

人的大脑和中枢神经对人的活动进行操控，一些残疾人可以通过安装假肢，并通过自己的大脑向其下达指令完成假肢的动作，生理的电信号技术在这方面应用比较广泛。

现代社会PC技术的使用十分普遍。但是一些上肢残疾人士甚至不能对PC进行简单操作。因此，研究人员设计出一些特殊类型假肢用以辅助上肢残疾者进行日常生活中的各种操作。当然这种假肢技术的开发工作还处于起始阶段，其各方面技术还不是很成熟，所具备的功能也不是很多，所以，我们仍要继续对这种技术进行更深层次的研究。

例如，日本学者进行的假肢研究，即通过EMG信号操纵假肢，这种信号可以得到人类的运动状态，然后对人类的活动进行操控，同时通过对正常人类上肢活动数据的研究进行模拟，为假肢技术提供了数据支持。

另外，还有一种EEG技术，即脑机接口技术，其较EMG技术更为优越。这种技术仅仅依靠大脑相关活动就可以读取各种各样的信息，根据大脑下达的指令直接对假肢等电子设备进行操控。目前人们对这种技术的研究遇到很多问题，例如无法从EEG信号中直接获得运动模式，所以在现实社会中的应用很少。

3.电磁跟踪技术

虚拟现实与生理的电信号两种技术并不能准确的完成残疾人的各项操作。我国某大学开发了一种新的技术，即电磁与PC虚拟现实结合形成的PC系统。其工作原理是利用设备对人脑电磁进行分析，了解人脑的工作方式，同时对一般的活动进行识别。此时残疾人可以用自己的大脑对PC进行较为精准的操控，同时能够对错误的指令进行修改，因此，这种技术有着广泛的应用前景。残疾人可以通过这种技术参与更多的社会活动，在经过练习后，使用者完全能够实现简单的打字活动。

4.光学技术

PC设备可以通过摄像头对人类的各种活动进行捕捉，即光学技术的应用。在这种技术中，人们不必与相关的设备进行直接接触，通过PC对各种图像信息进行处理，对人类脸部、头部或是姿态等进行识别分析，进而完成对各种辅助设备的控制工作。

在智能轮椅的设计方面，光学技术有较多的应用。例如，头部控制智能轮椅。这种头部控制的人机接口是结合了视线和头部姿态两方面的人机接口。通过双目视觉等技术对人类意图进行判断，最终控制轮椅的运行状态。此外，我们还可以利用手势进行轮椅控制，这种方法需要我们预先设定好各种手势代表的不同指令，例如，手部的旋转可以调整轮椅的前进方向，手部左右摆动可以调整轮椅的速度等。当然，这种手部操控的方式只能在简单的条件下适应良好，而在面临较为复杂的环境时，其操作的正确率和速度尚且无法满足人们的需求。

5.声学技术

语言作为人类日常表达中最普遍和简单的一种方法，被人们所广泛使用。对残疾人而言，利用语音进行人机交互也是一种极为方便的模式。一些肢体残疾者尤其是下肢残疾者在生活中较为常用的工具就是轮椅。智能轮椅的开发为这类人群的生活带来巨大改变。例如，能够采用声控方式进行操控的智能轮椅的问世，为许多残疾人士带来了福音。其通过自身的感应装置，对残疾人发出的指令进行识别，并依据这些指令进行运行、停止等操作。其中，语音识别技术也是智能轮椅技术中的一大难点。语音识别系统需要排除外界的各种干扰，最终只接受其使用者发出的指令。这种系统存在一个巨大缺陷，残疾人在使用时必须同时佩戴相关的收音设备，而一些残疾人手部无法完成这一行为。面对这种情况，我们的研究人员设计出一种无需佩戴的收音设备，适合此类人群的使用。例如，我国某大学研究出一种智能的语音人机交互轮椅。研究人员进行设计时，预先设定好一些指令，当人类说出相关的字眼时，智能轮椅便可以通过对这些语音的识别掌握使用者的意图，从而完成相应的操作。当然，这种技术中也存在一定问题，比如对一些发声困难的残疾人而言，操作这种智能轮椅显然是一件不可能完成的事情。智能轮椅使用对象具有一定局限性，因此，需要我们的研究人员将系统继续进行升级等操作。另一个问题是关于语音识别这一方面，当残疾人所处环境复杂时，智能轮椅可能无法准确的获取到使用者发出的指令，这种情况可能导致语音控制系统对使用者的意图进行了错误的解读，从而执行了错误的指令。由于使用者所处环境的路况可能较为复杂，错误的指令可能会导致使用者的安全受到危害。

6.人机接口的开发难点

计算机是一种功能强大的设备，其计算能力以及其他功能都很出色。但是就智能方面而言其和人类相比还存在很大差距。例如，人机交流方面存在障碍。尽管在声学光学等方面的人机交互技术已经取得了一些成就，但是其技术水平还不是很完备。无论是光学声学还是其他种类的人机交互的技术中，系统对人类意图的识别仍存在很大难度。外界环境中总有一些研究人员设计时无法预测到的实际问题，面对这些情况我们的人机交互系统能否很好的工作是无法保证的。下面将以为残疾人开发的智能轮椅为例，就其中存在的问题进行探讨。

第一，手部控制方式中存在的问题。很多情况下，智能轮椅中的系统不能准确的获取残疾人的指令。而且在日常生活中，残疾人在进行智能轮椅的操作时，不便做出一些异于常人的举动，这些方面的问题在研究人员进行智能轮椅的开发工作中都应认真考虑，最终设计出一种自然化的智能轮椅。

第二，视觉控制方式中存在的问题。由于外界环境的不确定性，导致不同光照的条件下，人机接口对各类光学信息的获取存在很多问题。同时，在复杂条件下机器对人类面部及视线姿态的识别准确性大幅度下降。因此，智能轮椅不能准确的获得人类意图并执行错误的指令，最终导致人机交互系统不能很好的服务于残疾人。

7.结论

传统技术仅能满足一些轻度残疾者的需要，对瘫痪、肢体残缺的严重残疾患者没有很大意义。随着PC技术的进步，为解决这一问题带来了希望的曙光。我们可以通过各种人机接口实现对残疾人生活的辅助，例如生理的电信号、虚拟现实、电磁波、声学及光学等技术。