Robotkutyák vakvezetőként: ez az új segített mobilitás

Informatec Digital » Erőforrás » Robotkutyák vakvezetőként: ez az új segített mobilitás

A látássérültek a fehér botra és a hagyományos vakvezető kutyák A biztonságos mozgás nem megoldható, de a technológia rohamosan változtatja ezt a helyzetet. A világ különböző részein egyre több robotkutya és vakvezető robot projekt jelenik meg, amelyek a segítő állatok elérhetőbb, skálázhatóbb és bizonyos esetekben pontosabb alternatíváját ígérik.

Ez az új generáció vakok asszisztens robotjai fejlett érzékelőket kombinál, mesterséges intelligenciaA GPS és a hangfelismerés a felhasználók irányítására, az akadályok észlelésére, a környezet értelmezésére, sőt, még a kísért személlyel való „beszélgetésre” is szolgál. Brazíliától Kínáig, beleértve Spanyolországot, az Egyesült Államokat és Ausztráliát, nagyon különböző prototípusokat tesztelnek: némelyik kerekes és bőröndökre hasonlít, mások autentikus négylábú robotkutyákra hasonlítanak, és vannak hatlábúak is a fokozott stabilitás érdekében.

Miért van szükség robotkutyákra a vakok vezetőiként?

Ennek a trendnek az egyik fő mozgatórugója az hatalmas hiány a vakvezető kutyákból összehasonlítva azzal, hogy hány embernek lenne rá szüksége. Csak Spanyolországban közel egymillió ember él valamilyen látássérültként, mégis csak körülbelül 957 vakvezető kutya kíséri őket aktívan a mindennapi életükben.

Globális szinten a World Health Organization Becslések szerint körülbelül 314 millió embernek van jelentős látáskárosodása, akik közül mintegy 45 millió vak. Tekintettel ezekre az adatokra, a kizárólag kiképzett kutyákon alapuló modell egyértelműen elmarad a várakozásoktól, még azokban az országokban is, ahol jól bevált és támogatott programok vannak.

A probléma nemcsak a mennyiséggel van, hanem azzal is, hogy költség és betanítási időEgy vakvezető kutya kiképzése körülbelül két-három évnyi speciális munkát igényel, és az állatoknak csak körülbelül a fele fejezi be sikeresen a kiképzést. Spanyolországhoz hasonló országokban a kutyánkénti teljes költség körülbelül 30 000 euró lehet, bár ezt gyakran olyan szervezetek fedezik, mint az ONCE (a Vakok Spanyol Nemzeti Szervezete); máshol a költség vakvezető kutyánként körülbelül 50 000 dollár.

Brazíliában sem biztatóbb a helyzet: a becslések szerint csak kb. 200 aktív vakvezető kutya körülbelül 6,5 millió látássérült ember számára. Kínában az egyensúlyhiány még szembetűnőbb: mintegy 400 vakvezető kutya jut több mint 17 millió vak emberre, egy olyan környezetben, ahol a segítő háziállatok tartása viszonylag új keletű, és ahol sok munkahely, étterem és nyilvános hely nem igazán barátságos ezeknek az állatoknak.

Ezt a forgatókönyvet figyelembe véve sok kutató és vállalkozó feltett magának egy nagyon közvetlen kérdést: valóban olyan nehéz-e kiképezni és fenntartani egy vakvezető kutyát? Lassú, drága és korlátozottMiért ne lehetne egy olyan robotizált alternatívát fejleszteni, amely tömeggyártható, idővel olcsóbbá válik, és sokkal több embert ér el?

LYSA: a Brazíliában született kerekes vezetőrobot

Az egyik legfejlettebb és legkonkrétabb projekt a lysaA brazil startup által kifejlesztett Vixsystem robot nem hasonlít kutyára. Ehelyett egy kis bőrönd visszahúzható fogantyúval és kerekekkel, körülbelül 4 kilogrammot nyom, és körülbelül 40 centiméter magas. Kialakítása lehetővé teszi, hogy a látássérült személy is megfogja a fogantyút, és úgy mozogjon, mintha egy könnyű bevásárlókocsit húzna.

Lysát eredetileg erre a célra tervezték beltéri környezetek például bevásárlóközpontokban, üzletekben vagy repülőtereken, és már megkezdődött a tesztelés olyan államokban, mint Espírito Santo, Rio de Janeiro és São Paulo. A robot működtetéséhez speciális szoftvert, mobiltelefon-alkalmazást, mesterséges intelligenciát, érzékelők hálózatát, kamerát és Lidar lézerrendszert kombinál, amely lehetővé teszi a fény érzékelését és a távolságok nagy pontosságú mérését.

Ennek a technológiának köszönhetően a robot képes térképezd fel a környezetet, tervezd meg az útvonalakat és elvezeti a felhasználót a kiválasztott úti célhoz. Az út során a Lysa akusztikus és irányjelzéseket is ad, lehetővé téve a felhasználó számára, hogy érzékelje a robot mozgását, és világos utasításokat halljon a követendő útvonallal kapcsolatban.

A Lysa megalkotója, Nedinalva de Araújo Sellin számítástechnikai szakember szerint a Lysa nemcsak a talajszinten lévő akadályokat érzékeli és kerüli el, hanem a középmagasságban vagy a felhasználó feje felett lévőket is, például a faágakat vagy a függő virágcserepeket, amelyek gyakran számos balesetért felelősek. balesetek hagyományos sétabotokkalEzenkívül a robot azonosítja, hogy van-e előtte személy vagy emberek csoportja, és ennek megfelelően módosítja a viselkedését.

Sellin Lysát az ún. okosbotok amelyek már léteznek a piacon, megjegyezve, hogy a robot pontosabb útmutatást és magasabb szintű „intelligenciát” kínál. Míg a sétabot az akadályok észlelésére korlátozódik, a robot megérti a környezet elrendezését, útvonalakat tervez, értelmezi más elemek jelenlétét, és mindezeket az információkat szervezett módon továbbítja a felhasználónak.

Jelenlegi fázisában a robotot beltéri használatra forgalmazzák, körülbelül ... dolláros áron. Valódi 15.000A vállalat elkezdte fogadni mind az eladott, mind a kísérleti tesztelésre az ügyfeleknek kölcsönadott egységekre vonatkozó megrendeléseket. Mivel ez egy újszerű technológia, sok szervezet szívesebben teszteli azt alaposan, mielőtt nagyobb vásárlásokat hajtana végre, ezért a Vixsystem a közvetlen értékesítést az értékelési megállapodásokkal kombinálja.

Lysa története sokkal szerényebben kezdődött 2011-ben, amikor Sellin robotikát tanított egy állami középiskolában Serra községben, Vitória agglomerációjában. Miután észrevette, hogy a mobilitási megoldások iránti igény A látássérültek számára a szükséglet valós és sürgős volt. Ő és diákjai más robotok alkatrészeiből összeállítottak egy első kézzel készített prototípust, és körülbelül 20 vak emberrel tesztelték, hogy visszajelzéseket gyűjtsenek tőlük.

Bár az első modell messze nem volt késztermék, a résztvevők közül sokan hajlandóak voltak megvásárolni a jelenlegi állapotában, ami megerősítette a meggyőződésüket, hogy létezik egy… erős és kielégítetlen keresletInnentől kezdve a vállalkozó különféle finanszírozási forrásokat kezdett biztosítani, 2014-ben kezdve a Nemzeti Tudományos és Technológiai Fejlesztési Tanács (CNPq) egy projektjével, amely lehetővé tette számára, hogy két mesterdiplomával rendelkező kutatót – egyet villamosmérnöki, egyet számítástechnikai területen – alkalmazzon a tervezés előmozdítására.

A következő években számos prototípust gyártottak, és több validációs kört hajtottak végre, több mint ...-val. 200 látássérült embervisszajelzéseiket beépítve a Lysa végső koncepciójába. 2017-ben Sellin részvétele a Shark Tank című televíziós műsor brazil változatában 200 000 realt hozott neki, és ami talán még fontosabb, médianyilvánosságot, ami megkönnyítette a további támogatás keresését.

A Vixsystem finanszírozást szerzett a Tanulmányok és Projektek Finanszírozási Ügynökségétől (Finep) és az Espírito Santo Tudományos Kutatást és Innovációt Támogató Alapítványától (Fapes). 2021-ben a projekt jelentős előrelépést tett, amikor kiválasztották a Innovatív Kutatási Program Kisvállalkozásokban (PIPE) a FAPESP keretében, az internettel kapcsolatos stratégiai felhívás keretében, a Tudományos, Technológiai és Innovációs Minisztériummal (MCTI), a Kommunikációs Minisztériummal (MCom) és a Brazil Internet Management Committee-vel (CGI.br) együttműködve.

Ennek a fellendülésnek köszönhetően a vállalat egy olyan folyamaton dolgozik, Lysa kültéri változatA GPS-szel felszerelt és közúti használatra tervezett robot nagyobb technikai kihívással néz szembe. Nem létező járdákkal, kereszteződésekkel, egyenetlen tereppel és a városi helyzetek széles skálájával kell megküzdenie. Sellin elismeri, hogy a kijelölt járdák hiánya az egyik fő kihívás, amelyet le kell küzdeni, mielőtt a rendszer valóban életképes lehet az utcán.

Előnyök és kétségek a hagyományos vakvezető kutyákkal szemben

A Lysához hasonló vezetőrobotok megjelenése érdekes vitát váltott ki a látássérülések területén. A são palói Dorina Nowill Vakok Alapítványának munkatársa, Marcelo Panico ügyvéd úgy véli, hogy a robotvezető ötlete... nagyon ígéretesDe ragaszkodik ahhoz, hogy ezt gondosan értékelni kell, mind a költségeit, mind a társadalmi vonatkozásait tekintve.

Jelenleg a vakvezető kutyák élvezik a magas szintű társadalmi elismertség És a különböző környezetekhez (közlekedés, üzletek, középületek stb.) való hozzáférésüket számos országban törvény védi. Továbbá a vak ember és vakvezető kutyája között kialakuló érzelmi kötelék közvetlen hatással van a felhasználó pszichológiai jólétére és önbecsülésére, amit egy géppel nehéz lenne lemásolni.

Panico hangsúlyozza, hogy a vakvezető kutya sokkal több, mint egy mozgássegítő eszköz: ez egy állandó társa...érzelmi támogatást és a társas kapcsolatok elősegítését. Az a puszta tény, hogy az emberek odamennek, hogy érdeklődjenek a kutyáról, vagy érdeklődést mutassanak a személy iránt, olyan emberi interakciókat generál, amelyeket egy robot, bármilyen kifinomult is, nem tud ugyanúgy nyújtani.

Ugyanakkor az ügyvéd elismeri, hogy a rendkívül korlátozott elérhetőség A vakvezető kutyák hiánya olyan országokban, mint Brazília vagy Kína, a rászorulók túlnyomó többségét kizárja a kutyák közül. A képzés költségei, a hosszú várólisták és a megfelelő állatok megtalálásának nehézségei miatt sokan soha nem jutnak vakvezető kutyához.

Ezért a kutyák teljes lecserélése helyett számos vakvezető robot projektet úgy terveznek, hogy kiegészítő vagy alternatív Azok számára, akik nem férhetnek hozzá egy állathoz, vagy átmeneti megoldásként, amíg egy állatot kiosztanak nekik. Egyesek azt is sugallják, hogy bizonyos helyzetekben (például komplex belső terekben vagy vizuális információfelismerési feladatokban) a robot olyan funkciókat is elláthat, amelyeket a kutya nem képes elvégezni.

Négylábú robotkutyák: a Boston Dynamics-tól az olcsó változatokig

A kutya alakú robotok területén a legfontosabb globális referencia a SpotAz amerikai Boston Dynamics cég által kifejlesztett négylábú robot látványos bemutatókon vett részt technológiai vásárokon, és már olyan ágazatokban is használják, mint az építőipar és a bányászat, nehéz vagy veszélyes terepen végzett ellenőrzési és felderítő feladatokhoz.

A Spot kiemelkedik a többi közül elképesztő mobilitásLépcsőn mászik, egyenetlen felületeken is áthalad, tolásra is megtartja az egyensúlyát, és kamerákkal és érzékelőkkel is felszerelhető az adatok gyűjtésére. Az ára azonban, amely az Egyesült Államokban meghaladja a 70 000 dollárt, teljesen elérhetetlenné teszi a legtöbb felhasználó és vakokkal foglalkozó intézmény számára.

Ebből a modellből inspirálódva számos kínai, japán és német vállalat fejlesztette ki sajátját. négylábú robotokNémelyik inkább ipari fókuszú, míg mások szinte fejlett játékokhoz hasonlítanak. Sokkal olcsóbb kínai változatok jelentek meg a piacon; például az Unitre Robotics hatféle robotkutya-modellt árul, a legalapvetőbb változat induló ára körülbelül 2.700 dollár.

Ennek ellenére ezek az eszközök nem arra szolgálnak, hogy útmutatók látássérültek számáraFő felhasználási területük a megfigyelés, alagutak és földalatti terek vizsgálata, robbanóanyagok felderítése, valamint egyéb biztonsági vagy karbantartási funkciók. Ahhoz, hogy valódi útmutatókká váljanak, mind a szoftverüket, mind a felhasználói felületüket újra kellene tervezni, valamint a viselkedésüket a vakok speciális igényeihez kellene igazítani.

Brazíliában Diego Renan Bruno kutató, a São Paulói Egyetem Mobil Robotikai Laboratóriumának (ICMC-USP) munkatársa a Spot robotot használja referenciaként saját projektjéhez. robotvezető kutyaEgykori tanítványával, Marcelo Assisszal 2017-ben kezdett dolgozni São Paulo állam belsejében, Catanduva községben, ahol prototípusokat fejlesztettek, amelyek az idők során fejlődtek.

Az első verziójukat nagyon barkácsmódszerrel építették, egy régi porszívó alkatrészeit felhasználva. Később, a Red Bull Basement hacker rezidencia program keretében 2019-ben kifejlesztettek egy második prototípust, és most egy harmadik iterációt terveznek, amely egy lábakkal rendelkező robot lesz, közelebb kerülve a klasszikus robotkutya ötletéhez.

Bruno azt állítja, hogy ha arról beszélünk, hogy „…robotvezetőEnnek a robotnak egy igazi vakvezető kutyához hasonlóan kellene viselkednie, azaz lépcsőkön, járdaszegélyeken és egyenetlen terepen is képes navigálni rámpák vagy teljesen sima felületek nélkül. Véleménye szerint a kerekes robotok olyan területekre korlátozódnak, ahol a hozzáférhetőség összehasonlítható a kerekesszékkel, míg egy jól megtervezett négylábú sokkal több környezetbe be tudna jutni.

A kínai hatlábú robotvezető kutya: stabilitás és hangfelismerés

Kínában a Gépészmérnöki Iskola csapata Shanghai Jiao Tong Egyetem Egy igazán egyedi robotvezető kutyát fejlesztenek. Megjelenése egy angol bulldogra emlékeztet, bár némileg szélesebb, és feltűnő, hogy hat lába van négy helyett – ez a tervezési döntés a stabilitás maximalizálását és a sima mozgást célozza.

Gao Feng, a robot alkotója elmagyarázza, hogy amikor a robot felemeli három lábát, hogy előre tudjon haladni, a másik három egyfajta... nagyon stabil állványEz csökkenti a hevederhez rögzített vak személy által érzékelt rázkódást. A cél az, hogy a felhasználó sima és kényelmes mozgást tapasztaljon, hirtelen rántások nélkül, amelyek bizonytalanságot okozhatnának.

Ez a robotkutya egy akkumulátorral van felszerelve érzékelők és kamerák Ezek a funkciók lehetővé teszik a környezet felismerését, a közlekedési táblák azonosítását, a közlekedési lámpák értelmezését és a különböző típusú akadályok észlelését. Továbbá egy több mint 90%-os pontosságú és egy másodpercnél rövidebb válaszidejű hangfelismerő rendszerrel is rendelkezik, amely lehetővé teszi a felhasználó szóbeli parancsaira való gyors reagálást.

A robotot irányító mesterséges intelligencia felelős azért, hogy útvonaltervezésA rendszer értelmezi a hangutasításokat, és valós idejű hangjelzéseket ad a környezetéről, a gyalogátkelőhelyektől a veszélyes kereszteződések közelségéig. Emellett egy pórázon vezérelhető interfészt is tartalmaz, hasonlóan ahhoz, amit egy igazi kutyánál használnak, a gyaloglási sebesség beállításához vagy az irányváltások jelzéséhez.

A projekt már abban a fázisban van, kültéri terepi tesztekA projektben vak emberek aktívan részt vesznek, akik segítenek a robot mozgásának és hangutasításainak természetességének beállításában (jelenleg a kínai nyelvre összpontosítva). Gao Feng ötlete az, hogy a kísérleti fázis befejezése után az eszköz tömeggyártásba kerülhet, fokozatosan csökkentve a költségeit.

Gao maga ezt a víziót az autóiparhoz hasonlítja: egy természetes vakvezető kutya évekig tartó, személyre szabott képzést igényel, és a létszáma szükségszerűen korlátozott, míg egy robotot szabványos ipari termékként lehetne gyártani, ami egy… tízmilliós potenciális piac egységek száma, hogy kielégítsék a vakok számára készült vezetők iránti globális keresletet.

Paws 2.0 az Alicantei Egyetemen: egy robotvezető kutya, akinek a társaság a hivatása

Spanyolországban is előrelépés történik ezen a területen olyan projektekkel, mint például Mancsok 2.0Egy apró, négylábú robot sétálgat jelenleg az Alicante Egyetem campusán diákok és kíváncsi bámészkodók társaságában. A robot neve, ami angolul „kis lábakat” jelent, egy fogyatékkal élők technológiáiban jártas kutatócsoport több éves munkáját tükrözi.

A Paws lézeres érzékelőket használ, amelyek hasonlóak a Roomba típusú porszívókéihoz, de sokkal erősebbek, kombinálva a következőkkel: nagy pontosságú GPS-technológia és videófeldolgozás mesterséges intelligencia segítségével. Ennek a rendszernek köszönhetően képes útvonalakat térképezni a kampuszon belül, valós időben elkerülni az akadályokat, és apró „trükköket” végrehajtani, amelyek nagy benyomást keltenek azokra, akik működés közben látják.

A kutatók elmagyarázzák, hogy céljuk nem a hagyományos vakvezető kutyák „lecserélése”, hanem egy olyan lehetőség biztosítása. technológiai kiegészítő Használható, amíg a személy egy igazi vakvezető kutyára vár, vagy olyan környezetben, ahol egy állat nem a legjobb megoldás. Elméletileg, amikor a Paws teljesen kifejlődik, egy vak ember napokon belül kaphat egy robotasszisztenst, ahelyett, hogy évekig kellene várnia.

A robotot az egyik pontból a másikba való vezetésen túl úgy tervezték, hogy további szolgáltatásokat kínálnakIlyen például az étlap felolvasása egy étteremben, termékek azonosítása egy szupermarketben, egy üzlet bejáratának megtalálása vagy a helyiségben tartózkodók számának leírása. Mindezeket az információkat egy beépített hangszórón keresztül továbbítják, így egyfajta mobil hallássegítővé válik.

A projekt felelősei által kiemelt előnyök egyike az, hogy magas GPS helymeghatározási pontosságEz lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy meghatározott koordinátákhoz (például egy adott ajtóhoz egy épületen belül) vezesse, amit egy hagyományos vakvezető kutya nem tud ilyen pontossággal megtenni. Továbbá a robot egy neurális hálózaton keresztül tanul, amely képes felismerni olyan mintákat, mint a közlekedési lámpák, tárgyak, padlóburkolatok vagy az útjába kerülő akadályok.

Az Alicantei Egyetem csapata korábban már dolgozott mesterséges látást segítő megoldásokkal vakok számára, például egy olyan alkalmazással, amely egy fotó vagy videó alapján leírja a környezetet, hogy segítsen megtalálni a tárgyakat vagy azonosítani a vizuális jellemzőket (például egy ruhadarab színét). Most ezt a technológiát egy hangszóróval együtt integrálták a Paws-ba, hogy... legteljesebb asszisztens.

Ha minden a tervek szerint halad, néhány éven belül várhatóan teljesen működőképes prototípusAz otthoni kereskedelmi forgalomba hozatal érkezése azonban közel egy évtizeddel késhet a tanúsítási folyamatok, a valós körülmények között történő tesztelés és az ipari skálázás miatt. A projektet az Alicantei Egyetem Számítástechnikai Kutatóintézete és a Synergy Tech, a Paws 2.0-t és más, hasonló funkciókkal rendelkező robotokat gyártó cég finanszírozza.

A binghamtoni (New York állam) robotvezető kutya: megerősítéses tanulás és egy „intelligens póráz”

Az Egyesült Államokban a Számítástechnikai Tanszék mérnökeinek egy csoportja Binghamton EgyetemA New York-i Állami Egyetemen egy robotvezető kutyán is dolgozik, amelyet olcsóbb, hatékonyabb és könnyebben hozzáférhető alternatívaként terveztek.

A Shiqi Zhang adjunktus vezette csapat, melynek tagjai David DeFazio doktorjelölt és Eisuke Hirota harmadéves hallgató is, körülbelül egy éve tanul. négylábú robot, látó „szemmel” felszerelveAz egyetemi laboratóriumokban tartott bemutató során a gép képes volt végigvezetni egy embert egy folyosón, reagálva mind a szóbeli parancsokra, mind a póráz megrántására.

Megközelítésük azon alapul, hogy egyedi szíjfelület megerősítéses tanulással kombinálva. A robotot arra képezik ki, hogy a húzások feszességét és irányát parancsjelekként értelmezze, miközben látó- és navigációs rendszerei lehetővé teszik számára az akadályok elkerülését, a biztonságos útvonal fenntartását és a járásának módosítását.

Zhang szerint a kifejlesztett rendszerrel végzett körülbelül 10 órás képzés után képesek lesznek olyan robotokat kifejleszteni, amelyek önállóan mozognak és navigálnak a terepen. beltéri környezetekVezetik az embereket, elkerülik az akadályokat, és egyúttal a pórázhúzásokat érthető utasításként értelmezik. Ez jelentős gyorsulást jelent a vakvezető kutyák szokásos két-három éves kiképzéséhez képest.

A projekt még messze van attól, hogy kereskedelmi forgalomba kerüljön, de a kezdeti eredmények azt mutatják, hogy egy ilyen típusú robotkutya képes lehet drasztikusan csökkentheti a képzési időt és költségeket a hagyományos vakvezető kutyákhoz képest. Középtávon a csapat túl szeretne lépni a fizikai parancsokon, és egy természetes nyelvi felületet szeretne bevezetni.

DeFazio rámutat, hogy a következő lépés az lesz, hogy felszereljék a robotot azzal a képességgel, hogy kontextuális beszélgetést folytatni a felhasználóval, megértve az összetett szóbeli kéréseket és megfelelően reagálva rájuk. Azt is be akarják építeni, amit ők „intelligens engedetlenségnek” neveznek: ha egy látássérült személy utasítja a robotot, hogy veszélyes forgalmú terület felé haladjon, a rendszernek képesnek kell lennie felismerni a kockázatot, és megtagadni az utasítás végrehajtását.

Végső soron a cél az, hogy a robotkutya úgy viselkedjen, mint egy felelős önálló vállalkozó asszisztensamely a biztonság szem elől tévesztésével értelmezi a felhasználó szándékát. Ehhez további évekig tartó kutatásra és valós helyzetekben történő tesztelésre lesz szükség, de a kezdeti tapasztalatok által kijelölt út az egyre intelligensebb vezetőrobotok felé mutat, amelyek jobban integrálódnak a mindennapi életbe.

Eközben a biológiai vakvezető kutya kiképzésének költsége és ideje – körülbelül 30 000 euró vagy több, két-három év, a sikerességi arány csak fele –, valamint a Binghamton robot és a megerősítéses tanulási rendszere által igényelt néhány óra képzés közötti ellentét megerősíti azt az elképzelést, hogy A robotkutyák demokratizálhatják a hozzáférést hogy emberek millióinak segítsék a mobilitást.

Ez a vakvezető robotokból és robotvezető kutyákból álló teljes ökoszisztéma, a brazil Lysától a kínai, spanyol és amerikai prototípusokig, egy olyan jövőre utal, amelyben a látássérült emberek nagyon különböző lehetőségek közül választhatnak: négylábú, húsból és vérből való társak hatalmas érzelmi értékkel, beltéri használatra tervezett kerekes robotok, nehéz terepen való mozgásra képes fejlett négylábúak, valamint hibrid rendszerek, amelyek mindkét világ legjavát ötvözik a nagyobb autonómia, biztonság és életminőség érdekében.

Kapcsolódó cikk:

Hogyan használjuk a DeepMind-et és hogyan értsük meg a mesterséges intelligenciára gyakorolt valódi hatását?