Robothonden als geleidehonden: dit is de nieuwe vorm van ondersteunde mobiliteit.

Informatic Digital » Middelen » Robothonden als geleidehonden: dit is de nieuwe vorm van ondersteunde mobiliteit.

Mensen met een visuele beperking hebben altijd gebruikgemaakt van de witte stok en de traditionele blindengeleidehonden Om je veilig te kunnen verplaatsen, is dit belangrijk, maar technologie verandert dit snel. Projecten voor robothonden en geleiderobots duiken op in verschillende delen van de wereld en beloven een toegankelijker, schaalbaarder en in sommige gevallen preciezer alternatief voor hulphonden.

Deze nieuwe generatie van Assistentierobots voor blinden combineert geavanceerde sensoren, inteligencia kunstmatigeGPS en spraakherkenning worden gebruikt om gebruikers te begeleiden, obstakels te detecteren, de omgeving te interpreteren en zelfs te "converseren" met de persoon die ze begeleiden. Van Brazilië tot China, en inclusief Spanje, de Verenigde Staten en Australië, worden zeer uiteenlopende prototypes getest: sommige hebben wielen en lijken op koffers, andere lijken op authentieke vierpotige robothonden, en er zijn ook exemplaren met zespotige poten voor extra stabiliteit.

Waarom zijn robothonden nodig als geleidehonden voor blinden?

Een van de belangrijkste drijfveren achter deze trend is de Een enorm tekort aan blindengeleidehonden vergeleken met het aantal mensen dat er een nodig zou hebben. Alleen al in Spanje zijn er bijna een miljoen mensen met een vorm van visuele beperking, en toch zijn er slechts ongeveer 957 blindengeleidehonden die hen actief begeleiden in hun dagelijks leven.

Op wereldschaal, de World Health Organization Naar schatting hebben zo'n 314 miljoen mensen een ernstige visuele beperking, van wie ongeveer 45 miljoen blind zijn. Gezien deze cijfers schiet het model dat uitsluitend gebaseerd is op getrainde honden duidelijk tekort, zelfs in landen met goed opgezette en gesubsidieerde programma's.

Het probleem is niet alleen een kwestie van kwantiteit, maar ook van... kosten en trainingstijdHet opleiden van een blindengeleidehond vergt ongeveer twee tot drie jaar gespecialiseerd werk, en slechts ongeveer de helft van de dieren die aan het proces beginnen, rondt het succesvol af. In landen als Spanje kunnen de totale kosten per hond oplopen tot ongeveer € 30.000, hoewel dit vaak wordt gedekt door organisaties zoals ONCE (de Spaanse Nationale Organisatie voor Blinden); elders liggen de kosten rond de $ 50.000 per blindengeleidehond.

In Brazilië is de situatie niet veel beter: men schat dat er slechts ongeveer 200 actieve geleidehonden Voor ongeveer 6,5 miljoen mensen met een visuele beperking. In China is de ongelijkheid nog veel groter: zo'n 400 blindengeleidehonden voor meer dan 17 miljoen blinden, in een context waar het houden van hulphonden relatief nieuw is en waar veel werkplekken, restaurants en openbare ruimtes niet bepaald diervriendelijk zijn.

Gezien dit scenario hebben veel onderzoekers en ondernemers zich een zeer directe vraag gesteld: is het trainen en onderhouden van een blindengeleidehond werkelijk zo moeilijk? Traag, duur en beperktWaarom geen robotalternatief ontwikkelen dat massaal geproduceerd kan worden, na verloop van tijd goedkoper wordt en veel meer mensen kan bereiken?

LYSA: de geleiderobot op wielen, geboren in Brazilië.

Een van de meest geavanceerde en concrete projecten is LysaVixsystem, een geleiderobot ontwikkeld door de Braziliaanse startup, lijkt niet op een hond. Het is eerder een kleine koffer met een uitschuifbaar handvat en wielen, weegt ongeveer 4 kilo en is zo'n 40 centimeter hoog. Dankzij het ontwerp kan een slechtziende persoon het handvat vastpakken en zich voortbewegen alsof hij een lichtgewicht trolley trekt.

Lysa is oorspronkelijk bedacht voor binnenomgevingen De robot wordt ingezet in bijvoorbeeld winkelcentra, winkels of luchthavens en is al getest in staten als Espírito Santo, Rio de Janeiro en São Paulo. Om te functioneren combineert de robot specifieke software, een mobiele app, kunstmatige intelligentie, een netwerk van sensoren, een camera en een Lidar-lasersysteem, waarmee hij licht kan detecteren en afstanden zeer nauwkeurig kan meten.

Dankzij al deze technologieën is de robot in staat om Breng de omgeving in kaart en bereken routes. en de gebruiker naar de gekozen bestemming te leiden. Tijdens de reis geeft Lysa zowel akoestische als richtingsaanwijzingen, waardoor de gebruiker de beweging van de robot kan waarnemen en duidelijke instructies over het te volgen pad kan horen.

Volgens de bedenker, computerwetenschapper Nedinalva de Araújo Sellin, detecteert en ontwijkt Lysa niet alleen obstakels op grondniveau, maar ook obstakels op middelhoogte of boven het hoofd van de gebruiker, zoals boomtakken of hangende bloempotten, die vaak verantwoordelijk zijn voor veel ongelukken. ongelukken met conventionele wandelstokkenBovendien detecteert de robot of er een persoon of een groep mensen voor zich staat en past hij zijn gedrag daarop aan.

Sellin vergelijkt Lysa met de zogenaamde slimme wandelstokken die al op de markt verkrijgbaar zijn, met de opmerking dat de robot nauwkeurigere begeleiding en een hoger niveau van "intelligentie" biedt. Waar de wandelstok zich beperkt tot het detecteren van obstakels, begrijpt de robot de lay-out van de omgeving, plant routes uit, interpreteert de aanwezigheid van andere elementen en stuurt al die informatie op een georganiseerde manier naar de gebruiker.

In de huidige fase wordt de robot op de markt gebracht voor gebruik binnenshuis, tegen een prijs van ongeveer Echte 15.000Het bedrijf ontvangt nu bestellingen voor zowel verkochte exemplaren als exemplaren die aan klanten zijn uitgeleend voor proefprojecten. Omdat het een nieuwe technologie betreft, geven veel organisaties er de voorkeur aan deze grondig te testen voordat ze grote aankopen doen. Daarom combineert Vixsystem directe verkoop met evaluatieovereenkomsten.

Lysa's verhaal begon veel bescheidener in 2011, toen Sellin robotica doceerde aan een openbare middelbare school in de gemeente Serra, in het grootstedelijk gebied van Vitória. Nadat hij had opgemerkt dat de behoefte aan mobiliteitsoplossingen Voor mensen met een visuele beperking was de behoefte reëel en urgent. Zij en haar studenten bouwden een eerste, handgemaakt prototype met onderdelen van andere robots en testten het met ongeveer 20 blinde mensen om hun feedback te verzamelen.

Hoewel dat eerste model nog lang geen afgewerkt product was, waren veel deelnemers bereid het zo te kopen, wat de overtuiging versterkte dat er een sterke en onvoldoende vervulde vraagVan daaruit begon de ondernemer verschillende financieringsbronnen te verwerven, te beginnen in 2014 met een project van de Nationale Raad voor Wetenschappelijke en Technologische Ontwikkeling (CNPq), waardoor ze twee onderzoekers met een masterdiploma kon inhuren – een in elektronische engineering en de andere in computerwetenschappen – om het ontwerp verder te ontwikkelen.

In de daaropvolgende jaren werden diverse prototypes vervaardigd en meerdere validatierondes uitgevoerd met meer dan 200 mensen met een visuele beperkinghun feedback werd verwerkt in het uiteindelijke concept van Lysa. In 2017 leverde Sellins deelname aan de Braziliaanse versie van het televisieprogramma Shark Tank haar 200.000 reais op en, misschien nog belangrijker, media-aandacht die de zoektocht naar meer steun vergemakkelijkte.

Vixsystem ontving ook financiering van het Financieringsagentschap voor Studies en Projecten (Finep) en de Stichting ter Ondersteuning van Wetenschappelijk Onderzoek en Innovatie van Espírito Santo (Fapes). In 2021 maakte het project een belangrijke stap voorwaarts toen het werd geselecteerd binnen het Innovatief onderzoeksprogramma voor kleine bedrijven (PIPE) van FAPESP, in het kader van een strategische oproep met betrekking tot het internet, in samenwerking met het Ministerie van Wetenschap, Technologie en Innovatie (MCTI), het Ministerie van Communicatie (MCom) en het Internet Management Committee in Brazilië (CGI.br).

Dankzij deze impuls werkt het bedrijf aan een Lysa buitenversieDe robot is uitgerust met GPS en ontworpen voor gebruik op de openbare weg, maar staat daardoor voor een grotere technische uitdaging. Hij moet rekening houden met ontbrekende trottoirs, kruispunten, oneffen terrein en een breed scala aan stedelijke situaties. Sellin erkent dat het ontbreken van duidelijke trottoirs een van de grootste uitdagingen is voordat het systeem echt bruikbaar is op straat.

Voordelen en nadelen in vergelijking met traditionele blindengeleidehonden

De opkomst van geleiderobots zoals Lysa heeft een interessant debat op gang gebracht binnen de wereld van visuele beperkingen. Advocaat Marcelo Panico van de Dorina Nowill Stichting voor Blinden in São Paulo is van mening dat het idee van een robotische gids zeer veelbelovendMaar hij benadrukt dat het zorgvuldig moet worden geëvalueerd, zowel wat betreft de kosten als de maatschappelijke gevolgen.

Momenteel genieten blindengeleidehonden van een hoge mate van maatschappelijke erkenning En hun toegang tot verschillende omgevingen (vervoer, winkels, openbare gebouwen, enz.) is in veel landen wettelijk beschermd. Bovendien heeft de emotionele band die ontstaat tussen een blinde persoon en zijn of haar blindengeleidehond een directe invloed op het psychologisch welzijn en het zelfvertrouwen van de gebruiker, iets wat moeilijk te evenaren is met een machine.

Panico benadrukt dat een blindengeleidehond veel meer is dan alleen een hulpmiddel voor mobiliteit: het is een constante metgezel...een emotionele steun en een facilitator van sociale relaties. Het simpele feit dat mensen de hond benaderen om ernaar te vragen of interesse tonen in de persoon, genereert menselijke interacties die een robot, hoe geavanceerd ook, op dezelfde manier niet kan bieden.

Tegelijkertijd erkent de advocaat dat de uiterst beperkte beschikbaarheid Het gebrek aan blindengeleidehonden in landen als Brazilië of China sluit de overgrote meerderheid van de mensen die ze nodig hebben uit. De kosten van de training, lange wachtlijsten en de moeilijkheid om geschikte dieren te vinden, betekenen dat veel mensen nooit toegang krijgen tot een blindengeleidehond.

Daarom zijn veel projecten voor geleiderobots niet bedoeld om honden volledig te vervangen, maar eerder om... complement of alternatief Voor mensen die geen toegang hebben tot een dier, of als tijdelijke oplossing in afwachting van een toewijzing. Sommigen suggereren ook dat de robot in bepaalde contexten (bijvoorbeeld in complexe interieurs of bij taken voor visuele informatieherkenning) functies kan uitvoeren die een hond niet kan.

Robot honden op vier poten: van Boston Dynamics tot budgetversies

Op het gebied van hondvormige robots is de belangrijkste wereldwijde referentie: SpotDe robot met vier poten, ontwikkeld door het Amerikaanse bedrijf Boston Dynamics, heeft spectaculaire demonstraties gegeven op technologiebeurzen en wordt al gebruikt in sectoren zoals de bouw en de mijnbouw voor inspectie- en verkenningswerkzaamheden in moeilijk of gevaarlijk terrein.

Spot onderscheidt zich door zijn geweldige mobiliteitHet apparaat kan trappen beklimmen, oneffen oppervlakken overbruggen, zijn evenwicht bewaren wanneer het wordt geduwd en kan worden uitgerust met camera's en sensoren om gegevens te verzamelen. De prijs, die in de Verenigde Staten meer dan $70.000 bedraagt, maakt het echter volstrekt onbereikbaar voor de meeste gebruikers en instellingen die met blinden werken.

Geïnspireerd door dit model hebben verschillende bedrijven in China, Japan en Duitsland hun eigen varianten ontwikkeld. viervoetige robotsSommige hebben een meer industriële focus, terwijl andere bijna geavanceerd speelgoed lijken. Er zijn veel goedkopere Chinese versies op de markt verschenen; zo verkoopt Unitre Robotics bijvoorbeeld zes modellen robothonden, met een startprijs van ongeveer $2.700 voor het meest eenvoudige model.

Desondanks zijn deze apparaten niet bedoeld als handleidingen voor mensen met een visuele beperkingZe worden voornamelijk gebruikt voor bewaking, inspectie van tunnels en ondergrondse ruimtes, detectie van explosieven en andere beveiligings- of onderhoudsfuncties. Om ze om te vormen tot echte gidsen, zouden zowel hun software als hun gebruikersinterface opnieuw ontworpen moeten worden, en hun gedrag aangepast aan de specifieke behoeften van blinde mensen.

In Brazilië gebruikt onderzoeker Diego Renan Bruno, van het Laboratorium voor Mobiele Robotica van de Universiteit van São Paulo (ICMC-USP), Spot als referentie voor zijn eigen project. robotgeleidehondSamen met zijn voormalige student Marcelo Assis begon hij in 2017 te werken in het binnenland van de staat São Paulo, in de gemeente Catanduva, waar ze prototypes ontwikkelden die in de loop der tijd verder zijn geëvolueerd.

Hun eerste versie werd op een zeer doe-het-zelf-achtige manier gebouwd, waarbij onderdelen van een oude stofzuiger werden hergebruikt. Later, in het kader van het Red Bull Basement hacker residency-programma, ontwikkelden ze in 2019 een tweede prototype, en nu plannen ze een derde versie: een robot met poten, die dichter in de buurt komt van het klassieke idee van een robothond.

Bruno betoogt dat, als we het over een "robotische gidsDeze robot moet zich gedragen als een echte blindengeleidehond, in die zin dat hij trappen, stoepranden en oneffen terrein kan beklimmen zonder gebruik te hoeven maken van hellingen of volledig gladde oppervlakken. Volgens hem zijn robots op wielen beperkt tot gebieden met een toegankelijkheid vergelijkbaar met die van een rolstoel, terwijl een goed ontworpen robot op vier poten veel meer omgevingen zou kunnen bereiken.

De Chinese zespotige robotgeleidehond: stabiliteit en spraakherkenning

In China heeft een team van de faculteit Werktuigbouwkunde van de Shanghai Jiao Tong-universiteit Ze zijn bezig met de ontwikkeling van een zeer unieke robotgeleidehond. Zijn uiterlijk doet denken aan een Engelse bulldog, hoewel hij iets breder is, en hij is opvallend omdat hij zes poten heeft in plaats van vier, een ontwerpkeuze die is bedoeld om de stabiliteit en soepele bewegingen te maximaliseren.

De bedenker ervan, Gao Feng, legt uit dat wanneer de robot drie van zijn poten optilt om vooruit te bewegen, de andere drie een soort zeer stabiel statiefDit vermindert de schokken die de blinde persoon die aan de band is bevestigd voelt. Het doel is dat de gebruiker een soepele en comfortabele beweging ervaart, zonder plotselinge rukken die een gevoel van onveiligheid kunnen veroorzaken.

Deze robothond is uitgerust met een batterij van sensoren en camera's Dankzij deze functies kan het apparaat zijn omgeving herkennen, verkeersborden identificeren, verkeerslichten interpreteren en verschillende soorten obstakels detecteren. Bovendien is het voorzien van een spraakherkenningssysteem met een nauwkeurigheid van meer dan 90% en een reactietijd van minder dan een seconde, waardoor het snel kan reageren op de gesproken commando's van de gebruiker.

De kunstmatige intelligentie die de robot bestuurt, is verantwoordelijk voor de routeplanningHet systeem interpreteert spraakopdrachten en geeft realtime audio-waarschuwingen over de omgeving, van voetgangersovergangen tot de nabijheid van gevaarlijke kruispunten. Het beschikt ook over een interface die via een riem wordt bediend, vergelijkbaar met die van een echte hond, om de loopsnelheid aan te passen of richtingsveranderingen aan te geven.

Het project bevindt zich al in de fase van veldproeven in de buitenluchtHet project omvat de actieve deelname van blinde mensen die helpen bij het aanpassen van zowel het bewegingsgedrag van de robot als de natuurlijkheid van zijn spraakcommando's (momenteel gericht op Chinees). Gao Fengs idee is dat, zodra de experimentele fase is afgerond, het apparaat in massaproductie kan worden genomen, waardoor de kosten geleidelijk zullen dalen.

Gao zelf vergelijkt deze visie met de auto-industrie: een natuurlijke blindengeleidehond vereist jarenlange individuele training en het aantal is noodzakelijkerwijs beperkt, terwijl een robot als een standaard industrieel product geproduceerd zou kunnen worden, wat zou leiden tot een potentiële markt van tientallen miljoenen eenheden om te voldoen aan de wereldwijde vraag naar gidsen voor blinden.

Paws 2.0 aan de Universiteit van Alicante: een robotgeleidehond met een roeping tot gezelschap.

Ook in Spanje wordt op dit gebied vooruitgang geboekt met projecten zoals Paws 2.0Een kleine robot met vier poten loopt momenteel rond op de campus van de Universiteit van Alicante, tussen studenten en nieuwsgierige toeschouwers. De naam, die in het Engels "kleine beentjes" betekent, is het resultaat van jarenlang onderzoek door een team met ervaring in technologieën voor mensen met een beperking.

Paws maakt gebruik van lasersensoren, vergelijkbaar met die van een Roomba-achtige stofzuiger, maar dan veel krachtiger, in combinatie met uiterst nauwkeurige GPS-technologie en videoverwerking met behulp van kunstmatige intelligentie. Dankzij dit systeem kan het routes binnen de campus in kaart brengen, obstakels in realtime vermijden en kleine 'trucjes' uithalen die grote indruk maken op degenen die het in actie zien.

De onderzoekers leggen uit dat hun doel niet is om traditionele blindengeleidehonden te "vervangen", maar om een ​​alternatief te bieden. technologische aanvulling Het kan worden gebruikt terwijl iemand wacht op een echte blindengeleidehond of in omgevingen waar een dier niet de beste optie is. Theoretisch gezien zou een blinde persoon, wanneer Paws volledig is ontwikkeld, binnen enkele dagen een robotassistent kunnen hebben, in plaats van jaren te moeten wachten.

Naast het begeleiden van voertuigen van het ene punt naar het andere, is de robot ontworpen om... aanvullende diensten aanbiedenVoorbeelden hiervan zijn het lezen van een menukaart in een restaurant, het identificeren van producten in een supermarkt, het vinden van de ingang van een winkel of het aangeven van het aantal personen in een ruimte. Al deze informatie wordt via een ingebouwde luidspreker doorgegeven, waardoor het een soort mobiele gehoorassistent wordt.

Een van de voordelen die door de projectleiders worden benadrukt, is de hoge GPS-locatienauwkeurigheidDit maakt het mogelijk de gebruiker naar specifieke coördinaten te leiden (zoals een bepaalde deur in een gebouw), iets wat een traditionele blindengeleidehond niet met die nauwkeurigheid kan. Bovendien leert de robot via een neuraal netwerk dat patronen kan herkennen, zoals verkeerslichten, objecten, soorten vloeren of obstakels op zijn pad.

Het team van de Universiteit van Alicante heeft eerder gewerkt aan oplossingen voor kunstmatige intelligentie voor blinden, zoals een applicatie die, op basis van een foto of video, de omgeving beschrijft om objecten te lokaliseren of visuele kenmerken te identificeren (bijvoorbeeld de kleur van een kledingstuk). Nu is die technologie geïntegreerd in Paws, samen met een luidspreker, om een meest complete assistent.

Als alles volgens plan verloopt, verwachten we over een paar jaar een volledig functioneel prototypeDe komst van een commercieel product voor thuisgebruik kan echter bijna tien jaar vertraging oplopen vanwege certificeringsprocessen, praktijktests en industriële schaalvergroting. Het project wordt gefinancierd door het Universitair Instituut voor Computerwetenschappelijk Onderzoek van de Universiteit van Alicante en Synergy Tech, het bedrijf dat Paws 2.0 en andere robots met vergelijkbare functies produceert.

De robotgeleidehond van Binghamton (New York): bekrachtigingsleren en een 'slimme riem'.

In de Verenigde Staten heeft een groep ingenieurs van de afdeling Computerwetenschappen van de Binghamton UniversiteitAan de State University of New York werkt hij ook aan een robotgeleidehond die is ontworpen als een goedkoper, efficiënter en toegankelijker alternatief.

Het team, onder leiding van universitair docent Shiqi Zhang en verder bestaande uit promovendus David DeFazio en derdejaarsstudent Eisuke Hirota, is al ongeveer een jaar aan het trainen. vierpotige robot uitgerust met een visueel "oog"Tijdens een demonstratie in de universitaire laboratoria was de machine in staat om een ​​persoon door een gang te leiden, waarbij zowel verbale commando's als rukken aan de riem werden opgevolgd.

Hun aanpak is gebaseerd op een unieke bandinterface gecombineerd met reinforcement learning. De robot wordt getraind om de spanning en richting van de trekkrachten te interpreteren als commandosignalen, terwijl zijn visie- en navigatiesystemen hem in staat stellen obstakels te vermijden, een veilig pad te behouden en zijn loopbeweging aan te passen.

Volgens Zhang zijn ze na ongeveer 10 uur training met het ontwikkelde systeem in staat om robots te verkrijgen die autonoom bewegen en navigeren. binnenomgevingenZe begeleiden mensen, vermijden obstakels en interpreteren tegelijkertijd het trekken aan de lijn als begrijpelijke instructies. Dit betekent een aanzienlijke versnelling ten opzichte van de gebruikelijke twee of drie jaar training voor een blindengeleidehond.

Het project is nog lang niet klaar voor commercieel gebruik, maar de eerste resultaten wijzen erop dat een robothond van dit type potentieel heeft. De trainingsduur en -kosten drastisch verlagen vergeleken met conventionele blindengeleidehonden. Op middellange termijn wil het team verder gaan dan fysieke commando's en een interface met natuurlijke taal toevoegen.

DeFazio geeft aan dat de volgende stap zal zijn om de robot uit te rusten met de mogelijkheid om Een contextueel gesprek voeren Samen met de gebruiker complexe verbale verzoeken begrijpen en daarop gepast reageren. Ze willen ook wat zij "intelligente ongehoorzaamheid" noemen integreren: als een visueel gehandicapte persoon de robot opdracht geeft om naar een gebied met gevaarlijk verkeer te rijden, moet het systeem het risico kunnen herkennen en die opdracht weigeren.

Uiteindelijk is het de bedoeling dat de robothond fungeert als een verantwoordelijke zelfstandige assistentdie de intentie van de gebruiker interpreteert zonder de veiligheid uit het oog te verliezen. Dit vereist nog jaren van onderzoek en testen in de praktijk, maar de eerste ervaringen wijzen op steeds intelligentere begeleidingsrobots die meer geïntegreerd zijn in het dagelijks leven.

Het contrast tussen de kosten en de benodigde tijd voor het trainen van een biologische blindengeleidehond – zo'n €30.000 of meer en twee tot drie jaar, met slechts de helft van het succespercentage – en de paar uur training die de robot in Binghamton met zijn bekrachtigingsleersysteem nodig heeft, versterkt het idee dat de Robothonden kunnen de toegang tot technologie democratiseren. voor ondersteunde mobiliteit voor miljoenen mensen.

Dit complete ecosysteem van geleiderobots en robotgeleidehonden, van Lysa in Brazilië tot prototypes in China, Spanje en de Verenigde Staten, wijst op een toekomst waarin mensen met een visuele beperking uit zeer uiteenlopende opties kunnen kiezen: viervoetige metgezellen van vlees en bloed Met een enorme emotionele waarde, robots op wielen ontworpen voor gebruik binnenshuis, geavanceerde viervoeters die zich over moeilijk terrein kunnen bewegen, en hybride systemen die het beste van beide werelden combineren om meer autonomie, veiligheid en levenskwaliteit te bieden.

Gerelateerd artikel:

Hoe DeepMind te gebruiken en de werkelijke impact ervan op AI te begrijpen