Robotski psi kao vodiči za slijepe: ovo je nova potpomognuta mobilnost

Informatec Digital » Resursi » Robotski psi kao vodiči za slijepe: ovo je nova potpomognuta mobilnost

Decenijama su se osobe s oštećenjem vida oslanjale na bijele štapove i tradicionalne pse vodiče kako bi se sigurno kretale, ali tehnologija brzo mijenja ovaj pejzaž. Projekti robotskih pasa i robota vodiča pojavljuju se širom svijeta, obećavajući pristupačniju, skalabilniju i, u nekim slučajevima, precizniju alternativu životinjama pomagačima.

Ova nova generacija robotskih asistenata za slijepe kombinuje napredne senzore, vještačku inteligenciju , GPS i prepoznavanje glasa kako bi vodila korisnike, otkrivala prepreke, interpretirala okolinu, pa čak i "razgovarala" s osobom koju prati. Od Brazila do Kine, uključujući Španiju, Sjedinjene Američke Države i Australiju, testiraju se vrlo različiti prototipovi: neki imaju točkove i izgledaju kao koferi, drugi podsjećaju na autentične četveronožne robotske pse, a postoje i oni sa šest nogu za dodatnu stabilnost.

Zašto su robotski psi potrebni kao vodiči za slijepe?

Jedan od glavnih pokretača ovog trenda je ogroman nedostatak pasa vodiča u poređenju s brojem ljudi kojima je potreban. Samo u Španiji postoji skoro milion ljudi s nekom vrstom oštećenja vida, a ipak postoji samo oko 957 aktivnih pasa vodiča koji ih prate u svakodnevnom životu.

Svjetska zdravstvena organizacija procjenjuje da globalno oko 314 miliona ljudi ima značajno oštećenje vida, od kojih je otprilike 45 miliona slijepo. S obzirom na ove brojke, model zasnovan isključivo na obučenim psima očito je nedovoljan, čak i u zemljama s dobro uspostavljenim i subvencioniranim programima.

Problem nije samo u količini, već i u cijeni i vremenu obuke . Obuka psa vodiča zahtijeva oko dvije do tri godine specijaliziranog rada, a samo oko polovina životinja koje započnu proces uspješno ga završi. U zemljama poput Španije, ukupni trošak po psu može biti oko 30.000 eura, iako ga često pokrivaju organizacije poput ONCE (Španska nacionalna organizacija slijepih); drugdje se brojke kreću oko 50.000 dolara po psu vodiču.

U Brazilu situacija nije ništa ohrabrujuća: procjenjuje se da postoji samo oko 200 aktivnih pasa vodiča za otprilike 6,5 miliona ljudi s oštećenjem vida. U Kini je neravnoteža još upečatljivija: oko 400 pasa vodiča za više od 17 miliona slijepih osoba, u kontekstu gdje je vlasništvo nad psima pomagačima relativno novo i gdje mnoga radna mjesta, restorani i javni prostori nisu baš prilagođeni životinjama.

S obzirom na ovu situaciju, mnogi istraživači i poduzetnici su sebi postavili vrlo direktno pitanje: ako je obuka i održavanje psa vodiča tako sporo, skupo i ograničeno , zašto ne razviti robotsku alternativu koja se može masovno proizvoditi, s vremenom postati jeftinija i dosegnuti mnogo više ljudi?

LYSA: robotski vodič na kotačima koji je nastao u Brazilu

Jedan od najnaprednijih i najkonkretnijih projekata je Lysa , robot vodič kojeg je razvio brazilski startup Vixsystem. Ne liči na psa, već na mali kofer sa uvlačivom ručkom i točkovima. Teži oko 4 kilograma i visok je oko 40 centimetara. Njegov dizajn je osmišljen tako da omogući slabovidnoj osobi da uhvati ručku i kreće se s njom kao da vuče lagana kolica.

Lysa je inicijalno dizajnirana za zatvorene prostore poput tržnih centara, prodavnica i aerodroma, a testiranje je već započelo u državama poput Espírito Santa, Rio de Janeira i São Paula. Za rad, robot kombinuje specijalizirani softver, mobilnu aplikaciju, vještačku inteligenciju, mrežu senzora, kameru i Lidar laserski sistem, koji mu omogućava detekciju svjetlosti i mjerenje udaljenosti s velikom preciznošću.

Zahvaljujući ovom paketu tehnologija, robot je u stanju mapirati svoju okolinu, izračunati rute i voditi korisnika do određenog odredišta. Tokom putovanja, Lysa pruža i akustične i kinetičke signale, omogućavajući korisniku da percipira kretanje robota i čuje jasne upute o putu kojim treba ići.

Prema riječima njegovog tvorca, informatičara Nedinalve de Araúja Sellina, Lysa ne samo da detektuje i izbjegava prepreke na nivou tla, već i one na srednjoj visini ili iznad glave korisnika, poput grana drveća ili visećih saksija, koje su često uzrok mnogih nesreća s konvencionalnim štapovima za hodanje . Nadalje, robot identificira da li se ispred njega nalazi osoba ili grupa ljudi i shodno tome prilagođava svoje ponašanje.

Sellin upoređuje Lysu sa takozvanim pametnim štapovima koji su već na tržištu, napominjući da robot nudi preciznije navođenje i viši nivo "inteligencije". Dok je štap ograničen na otkrivanje prepreka, robot razumije raspored okoline, planira rute, interpretira prisustvo drugih elemenata i prenosi sve te informacije korisniku na organizovan način.

U svojoj trenutnoj fazi, robot se prodaje za upotrebu u zatvorenom prostoru po cijeni od oko 15.000 reala , a kompanija je počela primati narudžbe i za prodate jedinice i za one posuđene klijentima za pilot testiranje. Budući da se radi o novoj tehnologiji, mnoge organizacije preferiraju da je temeljito testiraju prije velikih kupovina, pa Vixsystem kombinira direktnu prodaju s ugovorima o evaluaciji.

Lysina priča je počela mnogo skromnije 2011. godine, kada je Sellin predavala robotiku u javnoj srednjoj školi u općini Serra, u metropolitanskom području Vitórije. Nakon što su shvatili da je potreba za rješenjima za mobilnost osoba s oštećenjem vida stvarna i hitna, ona i njeni učenici sastavili su prvi domaći prototip koristeći dijelove drugih robota i testirali ga s oko 20 slijepih osoba kako bi prikupili njihove povratne informacije.

Iako taj prvi model nije bio ni blizu gotovog proizvoda, mnogi učesnici su bili spremni da ga kupe takvog kakav jeste, što je pojačalo uvjerenje da postoji snažna, nezadovoljena potražnja . Od tada je poduzetnica osigurala različite izvore finansiranja, počevši od 2014. godine s projektom Nacionalnog vijeća za naučni i tehnološki razvoj (CNPq), što joj je omogućilo da angažuje dva istraživača sa magistarskim diplomama - jednog iz elektrotehnike, a drugog iz računarstva - kako bi dalje razvili dizajn.

Tokom narednih godina, proizvedeno je nekoliko prototipova i provedeno je više krugova validacije s više od 200 slabovidnih osoba , integrirajući njihove povratne informacije u konačni koncept Lyse. 2017. godine, Sellinino učešće u brazilskoj verziji televizijske emisije Shark Tank donijelo joj je 200.000 reala i, možda još važnije, medijsku vidljivost koja je olakšala potragu za daljnjom podrškom.

Vixsystem je također osigurao finansiranje od Agencije za finansiranje studija i projekata (Finep) i Fondacije za naučna istraživanja i podršku inovacijama Espírito Santo (Fapes). U 2021. godini, projekat je napravio značajan korak naprijed kada je odabran za FAPESP-ov Program inovativnih istraživanja u malim preduzećima (PIPE) , u okviru strateškog poziva vezanog za internet u saradnji s Ministarstvom nauke, tehnologije i inovacija (MCTI), Ministarstvom komunikacija (MCom) i Brazilskim upravljačkim odborom za internet (CGI.br).

Zahvaljujući ovom poboljšanju, kompanija radi na verziji Lyse za vanjsku upotrebu , opremljenoj GPS-om i dizajniranoj za upotrebu na javnim cestama. Ovdje je tehnički izazov veći, jer se robot mora nositi s nepostojećim trotoarima, raskrsnicama, neravnim terenom i širokim spektrom urbanih situacija. Sellin priznaje da je nedostatak definiranih trotoara jedan od glavnih izazova koje treba prevladati prije nego što sistem bude zaista održiv na ulici.

Prednosti i nedoumice u poređenju s tradicionalnim psima vodičima

Pojava robota vodiča poput Lyse izazvala je zanimljivu debatu u oblasti oštećenja vida. Iz Fondacije Dorina Nowill za slijepe u São Paulu, advokat Marcelo Panico smatra da je ideja robotskog vodiča vrlo obećavajuća , ali insistira da se mora pažljivo procijeniti, kako zbog troškova, tako i zbog društvenih implikacija.

Psi vodiči trenutno uživaju visok nivo društvenog priznanja , a njihov pristup različitim okruženjima (prevoz, trgovine, javne zgrade itd.) je zakonom podržan u mnogim zemljama. Nadalje, emocionalna veza koja se uspostavlja između slijepe osobe i njenog psa vodiča ima direktan utjecaj na psihološko blagostanje i samopoštovanje korisnika - nešto što je teško replicirati mašinom.

Panico naglašava da je pas vodič mnogo više od pomagala za kretanje: on je stalni pratilac , emocionalna podrška i posrednik u socijalnoj interakciji. Jednostavna činjenica da ljudi prilaze da pitaju za psa ili pokažu interes za osobu generira ljudske interakcije koje robot, ma koliko sofisticiran bio, ne može ponuditi na isti način.

Istovremeno, advokat priznaje da izuzetno ograničena dostupnost pasa vodiča u zemljama poput Brazila i Kine isključuje veliku većinu ljudi kojima su potrebni. Troškovi obuke, duge liste čekanja i teškoće u pronalaženju odgovarajućih životinja znače da mnogi ljudi nikada nemaju pristup pravom psu vodiču.

Stoga, umjesto da u potpunosti zamijene pse, mnogi projekti robota vodiča zamišljeni su kao dopuna ili alternativa za one koji ne mogu pristupiti životinji ili kao prelazno rješenje dok čekaju da im se dodijeli. Neki također sugeriraju da, u određenim kontekstima (na primjer, u složenim interijerima ili u zadacima koji uključuju prepoznavanje vizualnih informacija), robot može obavljati funkcije koje pas nije opremljen obavljati.

Četveronožni robotski psi: od Boston Dynamicsa do jeftinijih verzija

U oblasti robota sličnih psima, vodeći svjetski primjer je Spot , četveronožac kojeg je razvila američka kompanija Boston Dynamics. Ovaj robot je zvijezda spektakularnih demonstracija na sajmovima tehnologije i već se koristi u sektorima kao što su građevinarstvo i rudarstvo za inspekcijske i izviđačke zadatke na teškom ili opasnom terenu.

Spot se ističe svojom zapanjujućom mobilnošću : penje se stepenicama, prelazi neravne površine, održava ravnotežu prilikom guranja i može biti opremljen kamerama i senzorima za prikupljanje podataka. Međutim, njegova cijena, koja u Sjedinjenim Državama prelazi 70.000 dolara, čini ga potpuno nedostupnim većini korisnika i institucija koje rade sa slijepim osobama.

Inspirisane ovim modelom, nekoliko kompanija u Kini, Japanu i Njemačkoj razvilo je vlastite četveronožne robote , neke s industrijskim fokusom, a druge gotovo kao napredne igračke. Na tržištu su se pojavile mnogo jeftinije kineske verzije; na primjer, Unitre Robotics prodaje šest modela robotskog psa, s početnom cijenom od oko 2.700 dolara za najosnovniji.

Uprkos tome, ovi uređaji nisu dizajnirani kao vodiči za osobe s oštećenjem vida . Njihova glavna upotreba je nadzor, inspekcija tunela i podzemnih prostora, otkrivanje eksploziva i druge sigurnosne ili funkcije održavanja. Da bi se transformirali u prave vodiče, i njihov softver i korisnički interfejs bi trebali biti redizajnirani, kao i njihovo ponašanje prilagođeno specifičnim potrebama slijepih osoba.

U Brazilu, istraživač Diego Renan Bruno iz Laboratorija za mobilnu robotiku Univerziteta u Sao Paulu (ICMC-USP) koristi Spot kao referencu za vlastiti projekat robotskog psa vodiča . Zajedno sa svojim bivšim studentom Marcelom Assisom, počeo je raditi 2017. godine u unutrašnjosti države Sao Paulo, u opštini Catanduva, razvijajući prototipove koji su se vremenom razvijali.

Njihova prva verzija je napravljena na veoma „uradi sam“ način, koristeći dijelove starog usisivača. Kasnije, u okviru programa hakerske rezidencije Red Bull Basement, razvili su drugi prototip 2019. godine, a sada planiraju treću iteraciju koja će biti robot sa nogama, približavajući se klasičnoj ideji robotskog psa.

Bruno tvrdi da ako ćemo govoriti o " robotskom psu vodiču ", on bi se trebao ponašati slično kao pravi pas vodič, odnosno trebao bi biti u stanju da se kreće po stepenicama, ivičnjacima i neravnom terenu bez oslanjanja na rampe ili potpuno glatke površine. Po njegovom mišljenju, roboti na točkovima su ograničeni na područja s pristupačnošću usporedivom s invalidskim kolicima, dok bi dobro dizajniran četveronožac mogao pristupiti mnogo većem broju okruženja.

Kineski robotski pas vodič sa šest nogu: stabilnost i prepoznavanje glasa

U Kini, tim sa Mašinskog fakulteta Univerziteta Jiao Tong u Šangaju razvija vrlo neobičnog robotskog psa vodiča. Podsjeća na engleskog buldoga, iako je nešto širi, a poznat je po tome što ima šest nogu umjesto četiri - dizajnerski izbor namijenjen maksimiziranju stabilnosti i glatkim pokretima.

Njegov tvorac, Gao Feng, objašnjava da kada robot podigne tri noge da bi se kretao naprijed, ostale tri formiraju vrlo stabilan tronožac , smanjujući trzaje koje osjeća slijepa osoba pričvršćena za remen. Cilj je da korisnik iskusi glatko i udobno kretanje, bez naglih trzaja koji bi mogli uzrokovati nesigurnost.

Ovaj robotski pas opremljen je baterijom senzora i kamera koje mu omogućavaju prepoznavanje okoline, identifikaciju saobraćajnih znakova, tumačenje semafora i detekciju različitih vrsta prepreka. Osim toga, integriše sistem za prepoznavanje glasa sa preko 90% tačnosti i vremenom odziva manjim od jedne sekunde, tako da može brzo reagovati na verbalne komande korisnika.

Umjetna inteligencija koja kontrolira robota upravlja planiranjem rute , interpretira glasovne komande i pruža audio upozorenja u realnom vremenu o svojoj okolini, od pješačkih prelaza do nadolazećih opasnih raskrsnica. Sistem također uključuje interfejs kojim se upravlja povodcem, sličan onome koji se koristi kod pravog psa, za podešavanje brzine hodanja ili indikaciju promjena smjera.

Projekat se trenutno testira na otvorenom , uz aktivno učešće slijepih osoba koje pomažu u finom podešavanju lokomotornog ponašanja robota i prirodnosti njegovih glasovnih komandi (trenutno fokusiranih na kineski). Gao Fengova vizija je da se, nakon završetka eksperimentalne faze, uređaj može masovno proizvoditi, progresivno smanjujući njegovu cijenu.

Sam Gao poredi ovu viziju sa automobilskom industrijom: prirodni pas vodič zahtijeva godine individualizirane obuke i njegov broj je nužno ograničen, dok bi se robot mogao proizvoditi kao standardna industrijska roba, što bi rezultiralo potencijalnim tržištem od desetina miliona jedinica kako bi se zadovoljila globalna potražnja za vodičima za slijepe osobe.

Šape 2.0 na Univerzitetu u Alicanteu: robotski pas vodič sa vokacijom za društvo

U Španiji se također postiže napredak u ovom području s projektima poput Paws 2.0 , malog četveronožnog robota koji trenutno šeta kampusom Univerziteta u Alicanteu zajedno sa studentima i drugim posjetiteljima. Njegovo ime, koje na engleskom znači "male šape", odražava dugogodišnji rad istraživačkog tima s iskustvom u tehnologijama za osobe s invaliditetom.

Paws koristi laserske senzore, slične onima u usisivačima tipa Roomba, ali mnogo snažnije, u kombinaciji s visokopreciznom GPS tehnologijom i obradom videa pokretanom umjetnom inteligencijom. Zahvaljujući ovoj postavci, može mapirati rute unutar kampusa, izbjegavati prepreke u stvarnom vremenu i izvoditi male "trikove" koji uveliko impresioniraju one koji ga vide u akciji.

Istraživači objašnjavaju da njihov cilj nije "zamijeniti" tradicionalne pse vodiče, već ponuditi tehnološki dodatak koji se može koristiti dok osoba čeka da joj se dodijeli pravi pas vodič ili u okruženjima gdje životinja nije najbolja opcija. U teoriji, kada se Paws u potpunosti razvije, slijepa osoba bi mogla imati robotskog asistenta za nekoliko dana, umjesto da mora čekati godinama.

Pored jednostavnog davanja uputa, robot je dizajniran da ponudi dodatne usluge : čitanje jelovnika u restoranu, identifikaciju proizvoda u supermarketu, lociranje ulaza u trgovinu ili opisivanje broja ljudi u prostoriji, između ostalog. Sve ove informacije će prenositi putem integriranog zvučnika, efektivno postajući mobilni slušni asistent.

Jedna od prednosti koju su istakli voditelji projekta je visoka preciznost GPS lokacije , koja omogućava korisniku da bude vođen do određenih koordinata (kao što su određena vrata unutar zgrade), nešto što tradicionalni pas vodič ne može učiniti s tim nivoom tačnosti. Nadalje, robot uči putem neuronske mreže sposobne za prepoznavanje obrazaca poput semafora, objekata, vrsta podova ili prepreka na svom putu.

Tim sa Univerziteta u Alicanteu je prethodno radio s rješenjima za kompjuterski vid za slijepe osobe, kao što je aplikacija koja, na osnovu fotografije ili videa, opisuje okruženje kako bi pomogla u lociranju objekata ili identifikaciji vizualnih karakteristika (na primjer, boje odjevnog predmeta). Sada je ta tehnologija integrirana u Paws zajedno sa zvučnikom kako bi ponudila potpunijeg asistenta.

Ako sve bude išlo po planu, potpuno funkcionalan prototip se očekuje u roku od nekoliko godina , iako bi dolazak komercijalnog proizvoda za kućnu upotrebu mogao biti odgođen za skoro deceniju zbog procesa certifikacije, testiranja u stvarnom svijetu i industrijskog skaliranja. Projekat finansira Institut za istraživanje računarskih nauka Univerziteta u Alicanteu i Synergy Tech, kompanija koja proizvodi Paws 2.0 i druge robote sa sličnim karakteristikama.

Robotski pas vodič iz Binghamtona (New York): učenje s potkrepljenjem i „pametni povodac“

U Sjedinjenim Američkim Državama, grupa inženjera sa Odsjeka za računarske nauke Univerziteta Binghamton , Državnog univerziteta New Yorka, također radi na robotskom psu vodiču dizajniranom kao jeftinija, efikasnija i pristupačnija alternativa.

Tim, koji predvodi docent Shiqi Zhang, a u kojem su također i doktorand David DeFazio i student treće godine Eisuke Hirota, već oko godinu dana obučava četveronožnog robota opremljenog vizualnim "oko" . Tokom demonstracije u univerzitetskim laboratorijama, mašina je bila u stanju voditi osobu kroz hodnik, reagujući i na verbalne komande i na povlačenje povodca.

Njegov pristup se zasniva na jedinstvenom interfejsu pojasa u kombinaciji s učenjem s potkrepljenjem. Robot je obučen da interpretira napetost i smjer povlačenja kao komandne signale, dok mu njegovi sistemi vida i navigacije omogućavaju izbjegavanje prepreka, održavanje sigurne putanje i prilagođavanje hoda.

Prema Zhangu, nakon otprilike 10 sati obuke s razvijenim sistemom, oni su u stanju da kreiraju robote koji se kreću autonomno, snalaze se u zatvorenom prostoru , vode ljude izbjegavajući prepreke i istovremeno interpretiraju povlačenje povodca kao razumljive upute. Ovo predstavlja značajno ubrzanje u poređenju s tipičnim dvije do tri godine obuke za psa vodiča.

Projekat je još uvijek daleko od toga da postane komercijalno dostupan proizvod, ali početni rezultati ukazuju na to da bi robotski pas ove vrste mogao drastično smanjiti vrijeme i troškove obuke u poređenju s konvencionalnim psima vodičima. Srednjoročno gledano, tim želi ići dalje od fizičkih komandi i dodati interfejs na prirodnom jeziku.

DeFazio napominje da će sljedeći korak biti opremanje robota sposobnošću vođenja kontekstualnog razgovora s korisnikom, razumijevanja složenih verbalnih zahtjeva i odgovarajućeg reagiranja. Također žele uključiti ono što nazivaju "inteligentnom neposlušnošću": ako osoba s oštećenim vidom naredi robotu da se kreće prema području s opasnim prometom, sistem bi trebao biti u stanju prepoznati rizik i odbiti poslušati tu naredbu.

Krajnji cilj je da robotski pas djeluje kao odgovoran autonomni asistent , tumačeći namjere korisnika, a istovremeno dajući prioritet sigurnosti. To će zahtijevati više godina istraživanja i testiranja u stvarnim situacijama, ali put koji su zacrtala ova početna iskustva ukazuje na sve inteligentnije robote vodiče koji su više integrirani u svakodnevni život.

U međuvremenu, kontrast između troškova i vremena potrebnog za obuku biološkog psa vodiča - oko 30.000 eura ili više i dvije ili tri godine, sa samo upola manjom stopom uspjeha - i nekoliko sati obuke potrebnih robotu Binghamton sa svojim sistemom učenja pojačavanjem, pojačava ideju da robotski psi mogu demokratizirati pristup potpomognutoj mobilnosti za milione ljudi.

Cijeli ovaj ekosistem robota vodiča i robotskih pasa vodiča, od Lyse u Brazilu do prototipova u Kini, Španiji i Sjedinjenim Američkim Državama, ukazuje na budućnost u kojoj će osobe s oštećenjem vida moći birati između vrlo različitih opcija: četveronožnih pratilaca od krvi i mesa s ogromnom emocionalnom vrijednošću, robota na kotačima dizajniranih za unutarnje prostore, naprednih četveronožaca sposobnih za kretanje po složenom terenu i hibridnih sistema koji kombiniraju najbolje iz svakog svijeta kako bi ponudili veću autonomiju, sigurnost i kvalitetu života.

Povezani članak:

Kako koristiti DeepMind i razumjeti njegov stvarni utjecaj na umjetnu inteligenciju