- 傳統導盲犬數量稀少、價格昂貴且訓練緩慢，導致全世界數百萬視障人士無法獲得協助。
- 新型導引機器人專案結合了感測器、人工智慧和GPS，用於引導、描述環境並提高用戶自主性。
- 從巴西的 Lysa 到中國、西班牙和美國的原型機，機器狗正被視為導盲犬的替代品或補充品。
- 大規模生產和強化學習指向更容易取得和可擴展的解決方案，同時始終將使用者安全放在首位。
幾十年來，視障人士一直依靠盲杖和傳統導盲犬來安全出行，但科技正迅速改變現狀。世界各地湧現機器狗和導盲機器人項目，預計將為輔助動物提供更便捷、更易於推廣，在某些情況下也更精準的替代方案。
新一代盲人輔助機器人融合了先進的感測器、人工智慧、GPS定位和語音辨識技術，能夠引導使用者、偵測障礙物、感知周圍環境，甚至還能與使用者「對話」。從巴西到中國，包括西班牙、美國和澳大利亞，各種各樣的原型機都在進行測試：有的帶有輪子，外形像行李箱；有的則酷似四足機器狗；還有的採用六足設計，以增強穩定性。
為什麼需要機器狗來引導盲人？
造成這一趨勢的主要原因之一是導盲犬數量遠低於需要導盲犬的人數。光是在西班牙，就有近一百萬人患有各種類型的視力障礙，但目前只有約957隻導盲犬陪伴他們度過日常生活。
世界衛生組織估計，全球約有314億人患有嚴重的視力障礙，其中約45萬人失明。鑑於這些數據，即使在擁有完善且補貼充足的計畫的國家，僅依靠訓練有素的犬隻的模式也明顯不足。
問題不僅在於數量，還在於成本和訓練時間。訓練一隻導盲犬需要大約兩到三年的專業工作，而且只有大約一半的犬隻能夠成功完成訓練。在西班牙等國家，每隻導盲犬的總成本可能在30.000萬歐元左右，儘管這筆費用通常由西班牙盲人協會（ONCE）等機構承擔；在其他地方，每隻導盲犬的成本約為50.000萬美元。
在巴西，情況也好不到哪裡去：據估計，約有6,5萬視障人士，卻只有大約200隻導盲犬。在中國，這種不平衡現象更為顯著：超過17萬盲人，卻只有大約400隻導盲犬。要知道，在中國，服務性動物的飼養歷史相對較短，而且許多工作場所、餐廳和公共場所對動物並不友善。
鑑於這種情況，許多研究人員和企業家都問了自己一個非常直接的問題：如果訓練和維護導盲犬如此緩慢、昂貴且有局限性，為什麼不開發一種可以大規模生產、隨著時間的推移變得更便宜並惠及更多人的機器人替代品呢？
LYSA：誕生於巴西的輪式導引機器人
最先進、最具體的項目之一是Lysa，這是一款由巴西新創公司Vixsystem開發的導盲機器人。它不像狗，而更像一個帶有可伸縮拉桿和輪子的小行李箱。 Lysa重約4公斤，高約40公分。它的設計旨在讓視障人士抓住拉桿，像拉輕便手推車一樣移動。
Lysa最初是為購物中心、商店和機場等室內環境設計的，目前已在聖埃斯皮里圖州、裡約熱內盧州和聖保羅州等地開始測試。該機器人結合了專用軟體、行動應用程式、人工智慧、感測器網路、攝影機和雷射雷達系統，能夠高精度地探測光線和測量距離。
由於採用這套技術，機器人能夠繪製周圍環境地圖、運算路線，並引導使用者到達指定目的地。在行進過程中，Lysa 會提供聲音和動覺提示，使用戶能夠感知機器人的運動，並聽到清晰的路線指示。
根據其創造者、電腦科學家 Nedinalva de Araújo Sellin 介紹，Lysa 不僅能偵測並避開地面障礙物，還能避開中高處或高於使用者頭部的障礙物，例如樹枝或懸掛的花盆——這些障礙物常常是傳統使用者發生事故的罪魁禍首。此外，該機器人還能辨識前方是否有人或人群，並據此調整自身行為。
Sellin 將 Lysa 與市面上現有的所謂智慧拐杖進行了比較，指出這款機器人能夠提供更精準的引導和更高水準的「智慧」。拐杖的功能僅限於偵測障礙物，而機器人則能夠理解環境佈局、規劃路線、解讀其他元素的存在，並將所有這些資訊以有序的方式傳遞給使用者。
目前，這款機器人主要面向室內使用，售價約15.000雷亞爾。公司已開始收到訂單，包括出售的成品和借給客戶進行試點測試的樣機。由於這項技術尚屬新興，許多機構傾向於在大量採購前進行全面測試，因此Vixsystem採取了直銷與評估協議相結合的銷售模式。
莉莎的故事始於2011年，當時塞林在維多利亞大都會區塞拉市的一所公立高中教授機器人。她意識到視障人士對出行解決方案的需求真實而迫切，於是和學生們利用其他機器人的零件組裝了第一個自製原型，並邀請了大約20名盲人進行測試，以收集他們的反饋意見。
儘管第一個模型遠非成品，但許多參與者願意直接購買，這更加印證了市場存在強勁且未被滿足的需求。此後，這位企業家開始尋求各種資金來源，首先是在2014年獲得了國家科學技術發展委員會（CNPq）的一個計畫資助，這使她得以聘請兩位擁有碩士學位的研究人員——一位是電子工程碩士，另一位是計算機科學碩士——來進一步完善設計。
在接下來的幾年裡，他們製造了多個原型，並與200多名視障人士進行了多輪驗證，將他們的回饋融入最終的Lysa概念中。 2017年，Sellin參加了巴西版電視節目《創智贏家》（Shark Tank），贏得了200.000萬雷亞爾的獎金，更重要的是，媒體曝光度的提升為她尋求進一步的支持奠定了基礎。
Vixsystem 也獲得了巴西研究與計畫融資機構 (Finep) 和聖埃斯皮里圖州科學研究與創新支持基金會 (FAPESP) 的資助。 2021 年，該計畫取得了重大進展，入選了FAPESP 的小型企業創新研究計畫 (PIPE)。該計劃是與巴西科技創新部 (MCTI)、通訊部 (MCom) 和巴西互聯網指導委員會 (CGI.br) 合作，在互聯網相關戰略徵集框架下開展的。
由於這筆資金，該公司正在研發Lysa的戶外版本，該版本配備GPS，專為公共道路使用而設計。戶外版本的技術挑戰更大，因為機器人必須應對沒有人行道、十字路口、崎嶇不平的路面以及各種各樣的城市環境。 Sellin承認，缺乏明確的人行道是該系統真正能在街道上實際應用之前需要克服的主要挑戰之一。
與傳統導盲犬相比的優點和不足
像Lysa這樣的導盲機器人的出現，在視障領域引發了有趣的討論。來自聖保羅多麗娜·諾維爾盲人基金會的律師馬塞洛·帕尼科認為，機器人導盲的想法非常有前景，但他堅持認為，必須對其成本和社會影響進行仔細評估。
導盲犬目前享有很高的社會認可度，許多國家的法律都支持它們進入各種場所（交通工具、商店、公共建築等）。此外，盲人與導盲犬之間建立的情感紐帶直接影響使用者的心理健康和自尊心——這是機器難以複製的。
帕尼科強調，導盲犬遠遠不止是行動輔助工具：它是忠實的夥伴、情感的支柱，也是社交互動的促進者。人們主動詢問導盲犬的情況，或對導盲犬主人表現出興趣，這種簡單的互動本身就創造了人與人之間的交流，而無論機器人多麼先進，都無法提供同樣的體驗。
同時，律師也承認，在巴西和中國等國家，導盲犬數量極為有限，這使得絕大多數需要導盲犬的人無法獲得幫助。訓練費用高昂、等候名單漫長，以及尋找合適犬隻的困難，意味著許多人終其一生都無法擁有真正的導盲犬。
因此，許多導盲機器人專案並非旨在完全取代犬隻，而是將其視為無法獲得犬隻的人群的補充或替代方案，或是等待分配導盲犬期間的過渡解決方案。一些項目還指出，在某些情況下（例如，在複雜的室內環境中或涉及視覺資訊識別的任務中），機器人可以提供犬隻無法勝任的功能。
四腳機器狗：從波士頓動力公司到低成本版本
在類犬機器人領域，世界領先的例子是美國波士頓動力公司開發的四足機器人Spot。這款機器人曾在科技展上進行過精彩的演示，目前已被應用於建築和採礦等領域，用於在複雜或危險地形中進行檢查和偵察任務。
Spot 的卓越之處在於其驚人的移動能力：它能爬樓梯、穿越不平坦的路面、在被推動時保持平衡，並且可以配備攝影機和感測器來收集數據。然而，它在美國售價超過 70.000 萬美元，這使得大多數用戶和為盲人服務的機構都難以負擔。
受此啟發，中國、日本和德國的多家公司開發了自己的四足機器人，其中一些更專注於工業用途，有些則更像是高級玩具。市場上也出現了價格較低的中國版本；例如，Unitre Robotics公司銷售六款機器狗，最基本款的起價約為2.700美元。
即便如此，這些設備並非設計用於引導視障人士。它們的主要用途是監視、隧道和地下空間檢查、爆炸物探測以及其他安全或維護功能。要將它們改造為真正的引導工具，需要重新設計其軟體和使用者介面，並使其行為適應盲人的特定需求。
在巴西，聖保羅大學移動機器人實驗室（ICMC-USP）的研究員迭戈·雷南·布魯諾（Diego Renan Bruno）正以Spot為參考，開發他自己的機器人導盲犬計畫。他和他的前學生馬塞洛·阿西斯（Marcelo Assis）於2017年開始在聖保羅州內陸的卡坦杜瓦市開展工作，開發原型機，並隨著時間的推移不斷改進。
他們的第一個版本完全是自己動手製作的，並利用了舊吸塵器的零件。後來，在紅牛地下室黑客駐留計畫中，他們在2019年開發了第二個原型，現在他們正在規劃第三個版本，這將是一個帶腿的機器人，更接近經典的機器狗概念。
布魯諾認為，如果我們要談論“機器導盲犬”，它的行為應該與真正的導盲犬類似，也就是說，它應該能夠跨越台階、路沿和不平坦的地形，而無需依賴坡道或完全平坦的地面。在他看來，輪式機器人只能在與輪椅類似的無障礙區域活動，而設計精良的四腳機器人則可以進入更多不同的環境。
中國六足機器人導盲犬：穩定性與語音識別
在中國，上海交通大學機械工程學院的團隊正在研發一種非常獨特的機器人導盲犬。它外形酷似英國鬥牛犬，但體型略寬，最引人注目的是它有六條腿而不是四條——這種設計旨在最大限度地提高穩定性和流暢的運動。
它的發明者高峰解釋說，當機器人抬起三條腿向前移動時，另外三條腿會形成一個非常穩定的三腳架，從而減少綁在綁帶上的盲人所感受到的顛簸。其目的是讓使用者體驗到流暢舒適的移動，避免可能造成不安全感的突然震動。
這款機器狗配備了一系列感測器和攝像頭，能夠識別周圍環境、識別交通標誌、解讀交通號誌並偵測不同類型的障礙物。此外，它還整合了一個語音辨識系統，準確率超過90%，回應時間不到一秒，因此可以快速回應使用者的語音指令。
控制機器人的AI負責路線規劃、語音指令識別，並提供周圍環境的即時語音警報，包括人行道和即將到來的危險路口。該系統還整合了一個類似真狗的牽引繩控制介面，用於調節行走速度或指示方向變化。
該計畫目前正在進行戶外實地測試，盲人積極參與其中，幫助微調機器人的運動行為和語音指令的自然度（目前主要針對中文）。高峰的願景是，一旦實驗階段完成，設備即可量產，並逐步降低成本。
高本人將這個願景比喻為汽車產業：一隻天生的導盲犬需要多年的個人化訓練，而且數量必然有限，而導盲機器人可以作為標準工業產品生產，從而產生數千萬台的潛在市場，以滿足全球對盲人導盲的需求。
阿利坎特大學的 Paws 2.0：一隻以陪伴為使命的機器人導盲犬
在西班牙，這一領域也取得了進展，例如Paws 2.0計畫。 Paws 2.0是一款小型四足機器人，目前正在阿利坎特大學校園內與學生和其他訪客一起漫步。它的名字在西班牙語中意為“小爪子”，體現了一個在殘疾人技術領域經驗豐富的研究團隊多年來的努力。
Paws 採用雷射感測器，類似於 Roomba 掃地機器人使用的感測器，但功能更強大，並結合高精度 GPS 技術和人工智慧視訊處理。得益於此，它可以繪製校園內的路線圖，即時避開障礙物，還能表演一些令人印象深刻的小「絕技」。
研究人員解釋說，他們的目標並非「取代」傳統的導盲犬，而是提供一種技術輔助工具，供人們在等待分配正式導盲犬期間或在動物並非最佳選擇的環境中使用。理論上，當Paws系統完全開發完成後，盲人只需幾天就能擁有一個機器人助手，而無需等待數年。
除了指路之外，這款機器人還旨在提供更多服務：例如，在餐廳朗讀菜單、在超市識別商品、定位商店入口或描述房間內的人數等等。它將透過內建揚聲器傳輸所有這些訊息，從而有效地成為一個行動語音助理。
專案負責人強調的優勢之一是GPS定位的高精度，這使得使用者能夠被引導至特定座標（例如建築物內的特定門），這是傳統導盲犬無法達到的精度。此外，該機器人透過神經網路進行學習，能夠識別交通號誌、物體、地板類型或路徑上的障礙物等模式。
阿利坎特大學的研究團隊先前曾致力於為盲人開發電腦視覺解決方案，例如一款基於照片或影片描述環境的應用程序，該程式可以幫助用戶定位物體或識別視覺特徵（例如，衣物的顏色）。現在，這項技術與揚聲器一起整合到 Paws 系統中，使其成為更全面的助手。
如果一切按計畫進行，預計幾年內即可推出功能齊全的原型機，但由於認證流程、實際測試和工業規模化生產等原因，家用商業產品的上市可能會延遲近十年。該計畫由阿利坎特大學電腦科學研究所和Synergy Tech公司資助，後者是Paws 2.0及其他類似機器人的製造商。
紐約州賓厄姆頓的機器導盲犬：強化學習和“智慧牽引繩”
在美國，紐約州立大學賓漢頓分校電腦科學系的一群工程師也在研發機器人導盲犬，旨在提供成本更低、效率更高、更容易使用的替代方案。
該團隊由助理教授張世奇領導，成員包括博士生大衛·德法齊奧和三年級學生廣田英介，他們已經訓練一台配備視覺「眼睛」的四足機器人約一年時間。在大學實驗室的一次演示中，這台機器能夠引導一個人穿過走廊，並對口頭指示和牽引繩的拉動做出反應。
它的方法基於獨特的皮帶接口，並結合了強化學習。機器人經過訓練，能夠將拉力的張力和方向解讀為指令訊號，而其視覺和導航系統則使其能夠避開障礙物、保持安全路徑並調整步態。
張先生表示，經過大約10小時的訓練，他們利用這套系統就能製造出自主移動、室內導航、引導行人避開障礙物，並能將牽引繩的拉扯動作解讀為可理解指令的機器人。與訓練一隻導盲犬通常需要兩到三年的時間相比，這無疑是一個巨大的進步。
該計畫距離商業化產品上市還有很長的路要走，但初步結果表明，與傳統導盲犬相比，這種類型的機器狗可以大幅縮短訓練時間和降低成本。中期來看，團隊希望超越簡單的肢體指令，為其添加自然語言互動介面。
德法齊奧指出，下一步是賦予機器人與使用者進行情境對話的能力，使其能夠理解複雜的口頭指示並做出適當的回應。他們還希望加入所謂的「智慧違抗」功能：如果視障人士命令機器人前往交通危險區域，系統應該能夠識別風險並拒絕執行該命令。
最終目標是讓機器狗成為負責任的自主助手，在確保安全的前提下理解使用者的意圖。這需要多年的研究和在實際環境中的測試，但這些初步經驗所展現出的發展方向是：智慧化的導盲機器人將更融入日常生活。
同時，訓練生物導盲犬所需的成本和時間（大約需要 30.000 萬歐元或更多，耗時兩到三年，成功率只有一半）與賓厄姆頓機器人及其強化學習系統所需的幾個小時訓練之間的對比，強化了機器狗可以為數百萬人提供輔助出行服務的想法。
從巴西的 Lysa 到中國、西班牙和美國的原型機，整個導盲機器人和機器導盲犬生態系統預示著一個未來：視力障礙人士將能夠從各種不同的選擇中做出選擇：有血有肉、具有巨大情感價值的四足夥伴；專為室內設計的輪式機器人；能夠在復雜地形中移動的先進、具有巨大情感價值的四足夥伴；專為室內設計的輪式機器人；
