失明科学家改编了一门古老艺术,制作出可触摸可看见的数据

一种叫做“景泰蓝”(lithophanes)的工具是带有浅浮雕的实物图像。
A chemist can sense this scientific data with their fingers.
一张景泰蓝图像,展示了SDS-PAGE凝胶,这是一种用于研究蛋白质的实验室技术。Jordan Koone 和 Bryan Shaw 摄

在摄影术发明之前,就有了景泰蓝。

它是一片薄薄的瓷片或塑料片,上面装饰着浅浮雕。把它举到光线下,半透明的浮雕就会变成一个阴影图像。欧洲人大约在1800年开始制作景泰蓝,尽管东亚人早在几个世纪前就用陶瓷玩过类似的把戏。一度时期,工匠和原始工厂大量生产景泰蓝夜灯、灯罩和酒杯。甚至景泰蓝肖像也曾一度流行。

景泰蓝并未完全消失在现代世界中。今天,你可能会发现它们是有趣的装饰品3D打印教程。现在,景泰蓝可以同时作为图像和浮雕的双重角色,这赋予了它们新的用途:让视力障碍者也能更直观地理解科学。

贝勒大学的科学家们与美国各地的盲人化学家合作,利用景泰蓝作为桥梁,连接这些化学家与视力正常的同行。科学家们在一篇发表于8月17日《科学进展》杂志的论文中公布了这一概念。

“想象一下,一个盲人和一个视力正常的人坐在一起,参考相同的数据,而且两者都能理解,” 东北大学的盲人化学家、该论文的作者之一Mona Minkara说。“如果人们采纳它,这将是革命性的。”

这无疑比现有的方法有所改进。如果你看过科学论文,你可能会知道图表、图示和视觉信息对于理解密集且充满术语的文字至关重要。如果你是盲人读者,你可以借助软件将文字转化为音频,但图像本身呢?

“我下载了数百篇科学文章的PDF,但没有一篇的图表是无障碍的,”耶鲁大学和美国国立卫生研究院的盲人博士后研究员、该论文的另一位作者Matthew Guberman-Pfeffer说。

并非没有可行的方法。有些数字图像有描述性的alt文本,但这种情况非常罕见,令人沮丧。你可以制作可触摸的图像,但它们需要昂贵的特种纸。你可以得到定制的盲文书籍,但它们可能花费数万美元甚至更多,而且需要整整一年的时间来制作。

具有讽刺意味的是,这些障碍竟然存在于化学领域:这是一个涉及原子和分子的学科,这些原子和分子小到肉眼无法看见——即使你缩小到它们的尺寸,因为它们比可见光的波长还要小。

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“在化学方面,我喜欢这样想:实际上,我们都是盲人,”盲人化学家、该论文的另一位作者Hoby Wedler说。化学家使用的视觉辅助工具——从元素周期表到分子模型再到X射线晶体图像——都只是辅助。

一位致力于打破这些障碍的科学家是贝勒大学的视力正常的化学家Bryan Shaw。Shaw一直致力于通过改造实验室设备复杂分子的模型变成美味的甜点,来使化学对视力障碍者更加无障碍。

Shaw的一名学生一直在尝试将图形雕刻到3D打印的板材上。为了节省材料和时间,他们开始将这些板材做得越来越薄。当他们将最薄的板材举到光线下时,上面雕刻的图表就如同原始图像一样清晰地显现出来。

这些作品的特别之处在于,盲人可以通过触摸感受到的雕刻,在视力正常的人将其举到光线下时,会变成可见的图像。为了测试这一特性,研究人员制作了几种常见的化学图像和图表景泰蓝,并展示给测试对象(包括盲人和视力正常者)。然后,研究人员向他们询问有关这些图像的问题。

两组人的平均准确率都超过90%,与视力正常者查看原始数字图像的88%的平均准确率相当。此外,当研究人员让视力正常者戴上眼罩,仅通过触摸回答问题时,他们的准确率也达到了令人印象深刻的79%。

“能够有一个东西满足两类人群,这真的,我认为…是这项工作的真正令人兴奋的部分,”华盛顿大学圣路易斯分校的视力正常化学家、未参与此项工作的Gary Patti说。

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此外,与其他无障碍方法使用的昂贵材料不同,这些景泰蓝来自于一台仅售3500美元的3D打印机。虽然与家用打印机相比价格昂贵,但许多大学的计算机实验室都能负担得起。

“很多时候,我们都在考虑如何让盲人学生能够无障碍地学习,”Minkara说。“但这项技术对我来说,作为一个盲人教授,能够与我的学生交流……并共享数据,将非常有用。”

诚然,这项技术尚未达到完全无障碍的程度。最紧迫的是,将这些图形从数字图像转换为景泰蓝的过程仍然需要视力正常者的眼睛。研究人员表示,开发允许视力障碍科学家自己完成此过程的软件是下一步。

尽管化学家们为其他化学家制作了这些景泰蓝,但他们相信,任何依赖图表和图形的领域——换句话说,几乎所有科学领域——都可以使用它们。“我们已经开始考虑其他科学家使用的数据类型了,”贝勒大学研究生、该论文的作者之一Chad Dashnaw说。

一张背光景泰蓝图,展示了一只放大的蝴蝶鳞片。Jordan Koone 和 Bryan Shaw 摄

为本研究制作的景泰蓝包括一张蝴蝶翅膀鳞片的显微镜图像。“以我有限的视力,我永远也看不到蝴蝶的翅膀,”Guberman-Pfeffer说。“但我却能感受到翅膀的纹理并测量它的尺寸。”

 

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Rahul Rao

特约撰稿人,科学

Rahul Rao 自2021年初以来一直是《科学美国人》的实习生和特约科学作家。他报道物理学、太空、技术以及它们之间的交叉领域以及其他一切。


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