- 传统导盲犬数量稀少、价格昂贵且训练缓慢，导致全世界数百万视障人士无法获得帮助。
- 新型导引机器人项目结合了传感器、人工智能和GPS，用于引导、描述环境并提高用户自主性。
- 从巴西的 Lysa 到中国、西班牙和美国的原型机，机器狗正被视为导盲犬的替代品或补充。
- 大规模生产和强化学习指向更易于获取和可扩展的解决方案，同时始终将用户安全放在首位。
几十年来，视障人士一直依靠盲杖和传统导盲犬来安全出行，但科技正在迅速改变这一现状。世界各地涌现出机器狗和导盲机器人项目，有望为辅助动物提供更便捷、更易于推广，在某些情况下也更精准的替代方案。
新一代盲人辅助机器人融合了先进的传感器、人工智能、GPS定位和语音识别技术，能够引导用户、检测障碍物、感知周围环境，甚至还能与用户“对话”。从巴西到中国，包括西班牙、美国和澳大利亚，各种各样的原型机都在进行测试：有的带有轮子，外形像行李箱；有的则酷似四足机器狗；还有的采用六足设计，以增强稳定性。
为什么需要机器狗来引导盲人？
造成这一趋势的主要原因之一是导盲犬数量远低于需要导盲犬的人数。仅在西班牙，就有近一百万人患有各种类型的视力障碍，但目前只有约957只导盲犬陪伴他们度过日常生活。
世界卫生组织估计，全球约有314亿人患有严重的视力障碍，其中约45万人失明。鉴于这些数据，即使在拥有完善且补贴充足的项目的国家，仅仅依靠训练有素的犬只的模式也明显不足。
问题不仅在于数量，还在于成本和训练时间。训练一只导盲犬需要大约两到三年的专业工作，而且只有大约一半的犬只能够成功完成训练。在西班牙等国家，每只导盲犬的总成本可能在30.000万欧元左右，尽管这笔费用通常由西班牙盲人协会（ONCE）等机构承担；在其他地方，每只导盲犬的成本约为50.000万美元。
在巴西，情况也好不到哪里去：据估计，约有6,5万视障人士，却只有大约200只导盲犬。在中国，这种不平衡现象更为显著：超过17万盲人，却只有大约400只导盲犬。要知道，在中国，服务性动物的饲养历史相对较短，而且许多工作场所、餐厅和公共场所对动物并不友好。
鉴于这种情况，许多研究人员和企业家都问了自己一个非常直接的问题：如果训练和维护导盲犬如此缓慢、昂贵且有局限性，为什么不开发一种可以大规模生产、随着时间的推移变得更便宜并惠及更多人的机器人替代品呢？
LYSA：诞生于巴西的轮式导引机器人
最先进、最具体的项目之一是Lysa，这是一款由巴西初创公司Vixsystem开发的导盲机器人。它不像狗，而更像一个带有可伸缩拉杆和轮子的小行李箱。Lysa重约4公斤，高约40厘米。它的设计旨在让视障人士能够抓住拉杆，像拉轻便手推车一样移动。
Lysa最初是为购物中心、商店和机场等室内环境设计的，目前已在圣埃斯皮里图州、里约热内卢州和圣保罗州等地开始测试。该机器人结合了专用软件、移动应用程序、人工智能、传感器网络、摄像头和激光雷达系统，能够高精度地探测光线和测量距离。
得益于这套技术，机器人能够绘制周围环境地图、计算路线，并引导用户到达指定目的地。在行进过程中，Lysa 会提供声音和动觉提示，使用户能够感知机器人的运动，并听到清晰的路线指示。
据其创造者、计算机科学家内迪纳尔瓦·德·阿劳霍·塞林 (Nedinalva de Araújo Sellin) 介绍，Lysa 不仅能检测并避开地面障碍物，还能避开中高处或高于使用者头部的障碍物，例如树枝或悬挂的花盆——这些障碍物常常是传统拐杖使用者发生事故的罪魁祸首。此外，该机器人还能识别前方是否有人或人群，并据此调整自身行为。
Sellin 将 Lysa 与市面上现有的所谓智能拐杖进行了比较，指出这款机器人能够提供更精准的引导和更高水平的“智能”。拐杖的功能仅限于检测障碍物，而机器人则能够理解环境布局、规划路线、解读其他元素的存在，并将所有这些信息以有序的方式传递给用户。
目前，这款机器人主要面向室内使用，售价约为15.000雷亚尔。公司已开始收到订单，包括出售的成品和借给客户进行试点测试的样机。由于这项技术尚属新兴，许多机构倾向于在大量采购前进行全面测试，因此Vixsystem采取了直销与评估协议相结合的销售模式。
莉莎的故事始于2011年，当时塞林在维多利亚大都会区塞拉市的一所公立高中教授机器人学。她意识到视障人士对出行解决方案的需求真实而迫切，于是和学生们利用其他机器人的零件组装了第一个自制原型，并邀请了大约20名盲人进行测试，以收集他们的反馈意见。
尽管第一个模型远非成品，但许多参与者愿意直接购买，这更加印证了市场存在强劲且未被满足的需求。此后，这位企业家开始寻求各种资金来源，首先是在2014年获得了国家科学技术发展委员会（CNPq）的一个项目资助，这使她得以聘请两位拥有硕士学位的研究人员——一位是电子工程硕士，另一位是计算机科学硕士——来进一步完善设计。
在接下来的几年里，他们制造了多个原型，并与200多名视障人士进行了多轮验证，将他们的反馈融入到最终的Lysa概念中。2017年，Sellin参加了巴西版电视节目《创智赢家》（Shark Tank），赢得了200.000万雷亚尔的奖金，更重要的是，媒体曝光度的提升为她寻求进一步的支持奠定了基础。
Vixsystem 还获得了巴西研究与项目融资机构 (Finep) 和圣埃斯皮里图州科学研究与创新支持基金会 (FAPESP) 的资助。2021 年，该项目取得了重大进展，入选了FAPESP 的小型企业创新研究计划 (PIPE)。该计划是与巴西科技创新部 (MCTI)、通信部 (MCom) 和巴西互联网指导委员会 (CGI.br) 合作，在互联网相关战略征集框架下开展的。
得益于这笔资金，该公司正在研发Lysa的户外版本，该版本配备GPS，专为公共道路使用而设计。户外版本的技术挑战更大，因为机器人必须应对没有人行道、十字路口、崎岖不平的路面以及各种各样的城市环境。Sellin承认，缺乏明确的人行道是该系统真正能在街道上实际应用之前需要克服的主要挑战之一。
与传统导盲犬相比的优势和不足
像Lysa这样的导盲机器人的出现，在视障领域引发了一场有趣的讨论。来自圣保罗多丽娜·诺维尔盲人基金会的律师马塞洛·帕尼科认为，机器人导盲的想法非常有前景，但他坚持认为，必须对其成本和社会影响进行仔细评估。
导盲犬目前享有很高的社会认可度，许多国家的法律都支持它们进入各种场所（交通工具、商店、公共建筑等）。此外，盲人与导盲犬之间建立的情感纽带直接影响着使用者的心理健康和自尊心——这是机器难以复制的。
帕尼科强调，导盲犬远不止是行动辅助工具：它是忠实的伙伴、情感的支柱，也是社交互动的促进者。人们主动询问导盲犬的情况，或者对导盲犬主人表现出兴趣，这种简单的互动本身就创造了人与人之间的交流，而无论机器人多么先进，都无法提供同样的体验。
与此同时，律师也承认，在巴西和中国等国家，导盲犬数量极其有限，这使得绝大多数需要导盲犬的人无法获得帮助。训练费用高昂、等候名单漫长，以及寻找合适犬只的困难，意味着许多人终其一生都无法拥有真正的导盲犬。
因此，许多导盲机器人项目并非旨在完全取代犬只，而是将其视为无法获得犬只的人群的补充或替代方案，或是等待分配导盲犬期间的过渡解决方案。一些项目还指出，在某些情况下（例如，在复杂的室内环境中或涉及视觉信息识别的任务中），机器人可以提供犬只无法胜任的功能。
四足机器狗：从波士顿动力公司到低成本版本
在类犬机器人领域，世界领先的例子是美国波士顿动力公司开发的四足机器人Spot。这款机器人曾在科技展上进行过精彩的演示，目前已被应用于建筑和采矿等领域，用于在复杂或危险地形中进行检查和侦察任务。
Spot 的卓越之处在于其惊人的移动能力：它能爬楼梯、穿越不平坦的路面、在被推动时保持平衡，并且可以配备摄像头和传感器来收集数据。然而，它在美国售价超过 70.000 万美元，这使得大多数用户和为盲人服务的机构都难以负担。
受此启发，中国、日本和德国的多家公司开发了自己的四足机器人，其中一些更侧重于工业用途，另一些则更像是高级玩具。市场上也出现了价格更低廉的中国版本；例如，Unitre Robotics公司销售六款机器狗，最基本款的起价约为2.700美元。
即便如此，这些设备并非设计用于引导视障人士。它们的主要用途是监视、隧道和地下空间检查、爆炸物探测以及其他安保或维护功能。要将它们改造为真正的引导工具，需要重新设计其软件和用户界面，并使其行为适应盲人的特定需求。
在巴西，圣保罗大学移动机器人实验室（ICMC-USP）的研究员迭戈·雷南·布鲁诺（Diego Renan Bruno）正以Spot为参考，开发他自己的机器人导盲犬项目。他和他的前学生马塞洛·阿西斯（Marcelo Assis）于2017年开始在圣保罗州内陆的卡坦杜瓦市开展工作，开发原型机，并随着时间的推移不断改进。
他们的第一个版本完全是自己动手制作的，利用了旧吸尘器的零件。后来，在红牛地下室黑客驻留计划中，他们在2019年开发了第二个原型，现在他们正在计划第三个版本，这将是一个带腿的机器人，更接近经典的机器狗概念。
布鲁诺认为，如果我们要谈论“机器导盲犬”，它的行为应该与真正的导盲犬类似，也就是说，它应该能够跨越台阶、路沿和不平坦的地形，而无需依赖坡道或完全平坦的地面。在他看来，轮式机器人只能在与轮椅类似的无障碍区域活动，而设计精良的四足机器人则可以进入更多不同的环境。
中国六足机器人导盲犬：稳定性和语音识别
在中国，上海交通大学机械工程学院的一个团队正在研发一种非常独特的机器人导盲犬。它外形酷似英国斗牛犬，但体型略宽，最引人注目的是它有六条腿而不是四条——这种设计旨在最大限度地提高稳定性和流畅的运动。
它的发明者高峰解释说，当机器人抬起三条腿向前移动时，另外三条腿会形成一个非常稳定的三脚架，从而减少系在绑带上的盲人所感受到的颠簸。其目的是让用户体验到流畅舒适的移动，避免可能造成不安全感的突然震动。
这款机器狗配备了一系列传感器和摄像头，能够识别周围环境、识别交通标志、解读交通信号灯并检测不同类型的障碍物。此外，它还集成了一个语音识别系统，准确率超过90%，响应时间不到一秒，因此可以快速响应用户的语音指令。
控制机器人的AI负责路线规划、语音指令识别，并提供周围环境的实时语音警报，包括人行横道和即将到来的危险路口。该系统还集成了一个类似真狗的牵引绳控制界面，用于调节行走速度或指示方向变化。
该项目目前正在进行户外实地测试，盲人积极参与其中，帮助微调机器人的运动行为和语音指令的自然度（目前主要针对中文）。高峰的愿景是，一旦实验阶段完成，该设备即可量产，并逐步降低成本。
高本人将这一愿景比作汽车行业：一只天生的导盲犬需要多年的个性化训练，而且数量必然有限，而导盲机器人可以作为标准工业产品生产，从而产生数千万台的潜在市场，以满足全球对盲人导盲的需求。
阿利坎特大学的 Paws 2.0：一只以陪伴为使命的机器人导盲犬
在西班牙，这一领域也取得了进展，例如Paws 2.0项目。Paws 2.0是一款小型四足机器人，目前正在阿利坎特大学校园内与学生和其他访客一起漫步。它的名字在西班牙语中意为“小爪子”，体现了一个在残疾人技术领域经验丰富的研究团队多年来的努力。
Paws 采用激光传感器，类似于 Roomba 扫地机器人使用的传感器，但功能更强大，并结合高精度 GPS 技术和人工智能视频处理。得益于此，它可以绘制校园内的路线图，实时避开障碍物，还能表演一些令人印象深刻的小“绝技”。
研究人员解释说，他们的目标并非“取代”传统的导盲犬，而是提供一种技术辅助工具，供人们在等待分配正式导盲犬期间或在动物并非最佳选择的环境中使用。理论上，当Paws系统完全开发完成后，盲人只需几天就能拥有一个机器人助手，而无需等待数年。
除了指路之外，这款机器人还旨在提供更多服务：例如，在餐厅朗读菜单、在超市识别商品、定位商店入口或描述房间内的人数等等。它将通过内置扬声器传输所有这些信息，从而有效地成为一个移动语音助手。
项目负责人强调的优势之一是GPS定位的高精度，这使得用户能够被引导至特定坐标（例如建筑物内的特定门），这是传统导盲犬无法达到的精度。此外，该机器人通过神经网络进行学习，能够识别交通信号灯、物体、地板类型或路径上的障碍物等模式。
阿利坎特大学的研究团队此前曾致力于为盲人开发计算机视觉解决方案，例如一款基于照片或视频描述环境的应用程序，该程序可以帮助用户定位物体或识别视觉特征（例如，衣物的颜色）。现在，这项技术与扬声器一起集成到 Paws 系统中，使其成为一个更全面的助手。
如果一切按计划进行，预计几年内即可推出功能齐全的原型机，但由于认证流程、实际测试和工业规模化生产等原因，家用商业产品的上市可能会延迟近十年。该项目由阿利坎特大学计算机科学研究所和Synergy Tech公司资助，后者是Paws 2.0及其他类似机器人的制造商。
纽约州宾厄姆顿的机器导盲犬：强化学习和“智能牵引绳”
在美国，纽约州立大学宾汉顿分校计算机科学系的一群工程师也在研发一种机器人导盲犬，旨在提供一种成本更低、效率更高、更易于使用的替代方案。
该团队由助理教授张世奇领导，成员包括博士生大卫·德法齐奥和三年级学生广田英介，他们已经训练一台配备视觉“眼睛”的四足机器人约一年时间。在大学实验室的一次演示中，这台机器能够引导一个人穿过走廊，并对口头指令和牵引绳的拉动做出反应。
它的方法基于独特的皮带接口，并结合了强化学习。机器人经过训练，能够将拉力的张力和方向解读为指令信号，而其视觉和导航系统则使其能够避开障碍物、保持安全路径并调整步态。
张先生表示，经过大约10个小时的训练，他们利用这套系统就能制造出自主移动、室内导航、引导行人避开障碍物，并能将牵引绳的拉扯动作解读为可理解指令的机器人。与训练一只导盲犬通常需要两到三年的时间相比，这无疑是一个巨大的进步。
该项目距离商业化产品上市还有很长的路要走，但初步结果表明，与传统导盲犬相比，这种类型的机器狗可以大幅缩短训练时间和降低成本。中期来看，团队希望超越简单的肢体指令，为其添加自然语言交互界面。
德法齐奥指出，下一步是赋予机器人与用户进行情境对话的能力，使其能够理解复杂的口头指令并做出恰当的回应。他们还希望加入所谓的“智能违抗”功能：如果视障人士命令机器人前往交通危险区域，系统应该能够识别风险并拒绝执行该命令。
最终目标是让机器狗成为负责任的自主助手，在确保安全的前提下理解用户的意图。这需要多年的研究和在实际环境中的测试，但这些初步经验所展现出的发展方向是：智能化的导盲机器人将更加融入日常生活。
与此同时，训练一只生物导盲犬所需的成本和时间（大约需要 30.000 万欧元或更多，耗时两到三年，成功率只有一半）与宾厄姆顿机器人及其强化学习系统所需的几个小时训练之间的对比，强化了机器狗可以为数百万人提供辅助出行服务的想法。
从巴西的 Lysa 到中国、西班牙和美国的原型机，整个导盲机器人和机器导盲犬生态系统预示着一个未来：视力障碍人士将能够从各种不同的选择中做出选择：有血有肉、具有巨大情感价值的四足伙伴；专为室内设计的轮式机器人；能够在复杂地形中移动的先进四足机器人；以及结合了各种机器人和机器导盲犬优点的混合系统，从而提供更高的自主性、安全性和生活质量。
