宇航员被月球石绊倒的视频常被当做笑谈。实际上，在太空摔倒是件很危险的事情，很可能会导致太空行走任务失败，甚至危及宇航员人身安全。而且，穿着密封笨重的宇航服摔倒了爬起来，不仅耗费时间，还消耗珍贵的氧气。此外，摔倒还会增加宇航服破损的危险。
宇航员穿着的靴子。图片来源：digitaltrends
绝大多数情况下，宇航员摔倒是因为他们的感官受限，看不清，摸不到，无法完整感知周围环境。鉴于此，麻省理工学院航空航天系，联合位于马萨诸塞州剑桥的查尔斯·斯塔克·德雷普实验室（Charles Stark Draper Laboratory），共同研发一种内置传感器和触觉马达的新型太空靴，能够过振动提醒宇航员绕过或跨过障碍物。
在前不久举行的国际人机交互大会（International Conference on Human-Computer Interaction）上，科学家向我们展示了该研究的初步成果。研究首先需要确定的是，究竟以何种形式，刺激足部哪块区域，才能达到最佳效果，然后在该基础上打造原型机。
然而这项同时还可以造福视力障碍人群的研究很快遭遇了瓶颈。由于缺乏有效可靠的传递空间信息的人机交互方式，系统的研发停滞不前。
“实验室里的研究人员们正在努力尝试，如何将可穿戴传感器传递的信息，转化成即便是小白用户也能快速掌握的视觉、触觉或是听觉信号。”项目团队负责人莱雅•斯特灵（Leia Stirling）表示。她的研究生，同时也是本文的第一作者艾莉森•吉布森（Alison Gibson），以及精神生理学家安吉拉•韦伯（Andrea Webb），正在研究该如何组织信息，设计一种合适的交互语言。
科学家正在研发内置振动传感器和触觉马达的新型太空靴。通过不同振动频率，提醒宇航员绕过或跨过障碍物，当障碍物接近时，振动频率随之增加。
关于振动的描述
吉布森最初设计的模型中，每只脚上各装有六个触觉传感器，其中三个分别位于脚后跟，大脚趾，足弓，另外三个沿着脚外侧边缘。振动强度会随着障碍物接近逐渐增强。
志愿者被要求穿上设备坐在电脑前，将振动时间，振动强度以及振动位置反馈给电脑。实验在两种情况下进行：
第一种情况，志愿者集中精神感受足部振动；
第二种情况，志愿者被要求同时做一个简单的认知测试。电脑屏幕上会闪现简单的随机数字，志愿者必须在出现的数字上向上数三个数，与此同时，一旦志愿者感受到足部传来的振动，必须停止数数，并将感受到的振动时间，强度以及位置反馈给电脑。
每个志愿者必须提交500个数据，每种情况各250个。
科学家最初以为，志愿者能够藉由马达振动的强弱准确感知障碍物的距离。结果发现，在第二种情况中，志愿者很难准确感受逐步增强的振动。即便是在第一种情况，志愿者还是很难准确感受逐步减弱的振动。
此外，志愿者对足部外缘的振动反馈不佳。奇怪的是，无论是哪种情况，均有20%的概率志愿者完全无法分辨来自右足外缘、由弱到中等强度渐变刺激。
重新设计的靴子
吉布森改良了最初的设计，只安装三个传感器，分别位于脚趾，脚后跟和脚前外侧，远离对振动不敏感的脚外侧中部。
此外，振动的强度不再是渐变，而是突然增大，当障碍物逼近时传感器会产生高强度的脉冲信号，有别于低强度振动，易于区分。
从理论上说，安装在足侧的传感器会引导志愿者绕过障碍物；但在初次实验中，志愿者的注意力都集中在如何跨过不同高度的障碍物上。与此同时，科学家还会评估触觉信号和视觉信号的衔接方式，决定以何种方式将空间信号传递到视觉信号。
“尝试着给穿戴者提供更多周遭环境信息，尤其是在其视觉、听觉、触觉或本体感觉受限的情况下，是一个很棒的点子。”普渡大学健康和运动机能学教授雪莉•瑞登（Shirley Rietdyk）是神经学以及生物力学方面的专家，她表示，“在我看来，这项工作很有意义，不仅能帮助对宇航员，还能帮助消防员，帮助他们在火场感知周围环境，此外还能惠及感官退化的人群，比如老人，病人，以及部分功能失调的／紊乱的人群。”
瑞登指出，此前已经有类似的设计，通过振动鞋垫帮助自身感觉受限人群保持平衡，在他们即将摔倒时发出震动。“现在的首要问题是，怎样才能让用户更好的感受到（振动），这也是我为什么喜欢这项工作。”
项目负责人莱雅•斯特灵表示，“于是我们又回到了起点，即怎样才能在不需要集中注意力的情况下，使用户能够感知振动。不过回到起点要好过一条道走到黑。我想，这是一个很好的思路。”