Роботы-собаки в качестве поводырей для слепых: это новый вид помощи в передвижении.

Информатек Диджитал » Ресурсы » Роботы-собаки в качестве поводырей для слепых: это новый вид помощи в передвижении.

Люди с нарушениями зрения полагались на белую трость и традиционные собаки-поводыри Для безопасного передвижения необходимы современные технологии, но ситуация стремительно меняется. В разных уголках мира появляются проекты роботов-собак и роботов-поводырей, обещающие более доступную, масштабируемую и, в некоторых случаях, более точную альтернативу животным-помощникам.

Это новое поколение роботы-помощники для слепых сочетает в себе передовые датчики, искусственный интеллектGPS и распознавание голоса используются для навигации пользователей, обнаружения препятствий, анализа окружающей среды и даже «общения» с сопровождающим их человеком. От Бразилии до Китая, а также в Испании, США и Австралии тестируются совершенно разные прототипы: некоторые имеют колеса и выглядят как чемоданы, другие напоминают настоящих четвероногих роботизированных собак, а есть и шестиногие для большей устойчивости.

Зачем нужны роботы-собаки в качестве поводырей для слепых?

Одной из главных причин этой тенденции является огромная нехватка собак-поводырей По сравнению с количеством людей, которым это может понадобиться. Только в Испании проживает около миллиона человек с различными нарушениями зрения, и тем не менее, в их повседневной жизни активно участвуют всего около 957 собак-поводырей.

В глобальном масштабе Всемирная организация здравоохранения По оценкам, около 314 миллионов человек имеют значительные нарушения зрения, из которых примерно 45 миллионов слепы. Учитывая эти цифры, модель, основанная исключительно на обученных собаках, явно неэффективна, даже в странах с хорошо налаженными и субсидируемыми программами.

Проблема заключается не только в количестве, но и в... стоимость и время обученияОбучение собаки-поводыря требует от двух до трех лет специализированной работы, и лишь около половины животных, начавших этот процесс, успешно его завершают. В таких странах, как Испания, общая стоимость одной собаки может составлять около 30 000 евро, хотя часто эти расходы покрываются такими организациями, как ONCE (Испанская национальная организация слепых); в других странах стоимость составляет около 50 000 долларов США за собаку-поводыря.

В Бразилии ситуация не более обнадеживающая: по оценкам, их всего около 200 активных собак-поводырей Примерно 6,5 миллионам человек с нарушениями зрения требуется собака-поводырь. В Китае дисбаланс еще более поразителен: около 400 собак-поводырей на более чем 17 миллионов слепых людей, в условиях, когда владение животными-помощниками относительно новое явление, и где многие рабочие места, рестораны и общественные места не очень-то дружелюбны к этим животным.

В этой ситуации многие исследователи и предприниматели задали себе очень прямой вопрос: действительно ли так сложно дрессировать и содержать собаку-поводыря? Медленно, дорого и ограниченоПочему бы не разработать роботизированную альтернативу, которую можно будет производить массово, которая со временем станет дешевле и охватит гораздо больше людей?

LYSA: колесный робот-гид, созданный в Бразилии.

Одним из наиболее продвинутых и конкретных проектов является... ЛысаяРобот-поводырь Vixsystem, разработанный бразильским стартапом, совсем не похож на собаку. Вместо этого он представляет собой небольшой чемоданчик с выдвижной ручкой и колесиками, весит около 4 килограммов и имеет высоту около 40 сантиметров. Его конструкция позволяет слабовидящему человеку взяться за ручку и передвигаться, как будто он тянет легкую тележку.

Лиза изначально задумывалась для внутренняя среда Робот используется в торговых центрах, магазинах или аэропортах, и уже начал проходить испытания в таких штатах, как Эспириту-Санту, Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу. Для работы робот сочетает в себе специальное программное обеспечение, мобильное приложение, искусственный интеллект, сеть датчиков, камеру и лазерную систему LiDAR, которая позволяет ему обнаруживать свет и измерять расстояния с высокой точностью.

Благодаря всему этому комплексу технологий робот способен на следующее: составить карту окружающей среды, рассчитать маршруты. и направляет пользователя к выбранному им месту назначения. Во время поездки Лиза подает как звуковые, так и направленные сигналы, позволяя пользователю воспринимать движение робота и слышать четкие инструкции о том, по какому пути следует двигаться.

По словам создателя Lysa, специалиста по информатике Нединалвы де Араужо Селлина, система обнаруживает и избегает не только препятствия на уровне земли, но и те, что находятся на средней высоте или выше головы пользователя, такие как ветви деревьев или висящие цветочные горшки, которые часто являются причиной многих проблем. несчастные случаи с обычными тростямиКроме того, робот определяет, находится ли перед ним человек или группа людей, и соответствующим образом корректирует свое поведение.

Селлин сравнивает Лизу с так называемой умные трости Уже существующие на рынке роботы предлагают более точное управление и более высокий уровень «интеллекта». В то время как трость ограничена обнаружением препятствий, робот понимает структуру окружающей среды, прокладывает маршруты, интерпретирует наличие других элементов и передает всю эту информацию пользователю в организованном виде.

На данном этапе робот продается для использования в помещении по цене около 15.000 realКомпания начала получать заказы как на проданные устройства, так и на устройства, предоставленные клиентам для пилотного тестирования. Поскольку это новая технология, многие организации предпочитают тщательно протестировать ее перед совершением крупных покупок, поэтому Vixsystem сочетает прямые продажи с соглашениями об оценке.

История Лизы началась гораздо скромнее в 2011 году, когда Селлин преподавал робототехнику в государственной средней школе в муниципалитете Серра, в столичном регионе Витория. Заметив, что необходимость в решениях для обеспечения мобильности Для людей с нарушениями зрения потребность была реальной и неотложной. Она и ее студенты собрали первый прототип, изготовленный вручную из деталей других роботов, и протестировали его примерно на 20 слепых людях, чтобы собрать их отзывы.

Хотя первая модель была далека от завершения, многие участники были готовы купить её в таком виде, что укрепило убеждение в её существовании. высокий и неудовлетворенный спросС этого момента предпринимательница начала искать различные источники финансирования, начиная с 2014 года с проекта Национального совета по научно-технологическому развитию (CNPq), который позволил ей нанять двух исследователей с магистерскими степенями — одного в области электронной инженерии, а другого в области вычислительной техники — для дальнейшего развития проекта.

В последующие годы было изготовлено несколько прототипов и проведено множество этапов проверки с участием более чем... 200 человек с нарушениями зренияУчет их отзывов при разработке окончательной концепции Lysa. В 2017 году участие Селлин в бразильской версии телепрограммы Shark Tank принесло ей 200 000 реалов и, что, возможно, более важно, известность в СМИ, что облегчило поиск дополнительной поддержки.

Компания Vixsystem также получила финансирование от Агентства по финансированию исследований и проектов (Finep) и Фонда поддержки научных исследований и инноваций штата Эспириту-Санту (Fapes). В 2021 году проект сделал значительный шаг вперед, когда был отобран для участия в конкурсе. Инновационная исследовательская программа для малого бизнеса (PIPE) FAPESP в рамках стратегического конкурса, посвященного интернету, в сотрудничестве с Министерством науки, технологий и инноваций (MCTI), Министерством связи (MCom) и Комитетом по управлению интернетом в Бразилии (CGI.br).

Благодаря этому импульсу компания работает над Лиза, версия для улицыРобот, оснащенный GPS и предназначенный для использования на дорогах общего пользования, сталкивается с более сложной технической задачей. Ему предстоит преодолевать отсутствие тротуаров, перекрестки, неровную местность и самые разнообразные городские условия. Селлин признает, что отсутствие четко обозначенных тротуаров является одной из главных проблем, которые необходимо преодолеть, прежде чем система сможет стать по-настоящему жизнеспособной на улицах.

Преимущества и недостатки по сравнению с традиционными собаками-поводырями.

Появление роботов-проводников, таких как Лиза, вызвало интересную дискуссию в области нарушений зрения. Юрист Марсело Панико из Фонда Дорины Новилл для слепых в Сан-Паулу считает, что идея роботизированного проводника перспективна. очень многообещающеОднако он настаивает на том, что этот проект необходимо тщательно оценить как с точки зрения его стоимости, так и с точки зрения социальных последствий.

В настоящее время собаки-поводыри пользуются следующими преимуществами: высокий уровень социального признания Во многих странах их доступ к различным средам (транспорт, магазины, общественные здания и т. д.) защищен законом. Кроме того, эмоциональная связь, устанавливающаяся между слепым человеком и его собакой-поводырем, оказывает прямое влияние на психологическое благополучие и самооценку пользователя, чего трудно добиться с помощью машины.

Панико подчеркивает, что собака-поводырь — это гораздо больше, чем просто средство передвижения: это... постоянный спутник...оказывает эмоциональную поддержку и способствует развитию социальных отношений. Сам факт того, что люди подходят, чтобы спросить о собаке или проявить интерес к человеку, порождает человеческое взаимодействие, которое робот, каким бы сложным он ни был, не может обеспечить в той же мере.

В то же время адвокат признает, что крайне ограниченное количество Нехватка собак-поводырей в таких странах, как Бразилия или Китай, исключает из числа нуждающихся в них подавляющее большинство людей. Высокая стоимость обучения, длинные очереди и трудности с поиском подходящих животных означают, что многие люди никогда не получат собаку-поводыря.

Поэтому многие проекты роботов-поводырей разрабатываются не для полной замены собак, а как альтернатива им. дополнение или альтернатива Для тех, у кого нет доступа к животному, или в качестве временного решения, пока им не назначат подходящего питомца. Некоторые также предполагают, что в определенных условиях (например, в сложных интерьерах или при задачах распознавания визуальной информации) робот может выполнять функции, которые собака не способна выполнять.

Четвероногие роботы-собаки: от Boston Dynamics до недорогих версий.

В области роботов, похожих на собак, основным мировым эталоном является... Спотовая торговляЧетвероногий робот, разработанный американской компанией Boston Dynamics, произвел фурор на технологических выставках и уже используется в таких отраслях, как строительство и горнодобывающая промышленность, для инспекционных и разведывательных задач на труднопроходимой или опасной местности.

Компания Spot выделяется своими потрясающая мобильностьОн поднимается по лестнице, преодолевает неровные поверхности, сохраняет равновесие при толчке и может быть оснащен камерами и датчиками для сбора данных. Однако его цена, превышающая 70 000 долларов в США, делает его совершенно недоступным для большинства пользователей и организаций, работающих со слепыми людьми.

Вдохновившись этой моделью, несколько компаний в Китае, Японии и Германии разработали свои собственные. четвероногие роботыНекоторые из них ориентированы на промышленное применение, в то время как другие представляют собой почти что продвинутые игрушки. На рынке появились гораздо более дешевые китайские версии; например, компания Unitre Robotics продает шесть моделей роботизированных собак, начальная цена которых составляет около 2.700 долларов за самую простую модель.

Тем не менее, эти устройства не предназначены для руководства для людей с нарушениями зренияИх основное назначение — наблюдение, осмотр туннелей и подземных помещений, обнаружение взрывчатых веществ, а также другие функции обеспечения безопасности или технического обслуживания. Для превращения их в настоящих проводников необходимо перепроектировать как их программное обеспечение, так и пользовательский интерфейс, а также адаптировать их поведение к специфическим потребностям слепых людей.

В Бразилии исследователь Диего Ренан Бруно из Лаборатории мобильной робототехники Университета Сан-Паулу (ICMC-USP) использует робота Spot в качестве эталона для своего собственного проекта. роботизированная собака-поводырьВместе со своим бывшим студентом Марсело Ассисом он начал работать в 2017 году во внутренней части штата Сан-Паулу, в муниципалитете Катандува, разрабатывая прототипы, которые со временем претерпели изменения.

Первая версия была создана в сугубо самодельном стиле, с использованием деталей от старого пылесоса. Позже, в рамках программы хакерской резиденции Red Bull Basement, в 2019 году они разработали второй прототип, а сейчас планируют третью версию, которая будет представлять собой робота с ногами, приближающегося к классической идее роботизированной собаки.

Бруно утверждает, что если мы собираемся говорить о «роботизированный гидЭтот робот должен вести себя подобно настоящей собаке-поводырю, то есть он может преодолевать ступеньки, бордюры и неровную местность, не полагаясь на пандусы или идеально ровные поверхности. По его мнению, колесные роботы ограничены зонами с доступностью, сравнимой с доступностью инвалидной коляски, в то время как хорошо спроектированный четвероногий робот может перемещаться по гораздо большему количеству мест.

Китайский шестиногий робот-поводырь: устойчивость и распознавание голоса.

В Китае группа из Школы машиностроения Шанхайский университет Цзяо Тонг Они разрабатывают совершенно уникального роботизированного пса-поводыря. Внешне он напоминает английского бульдога, хотя и несколько шире, и примечателен тем, что у него шесть лап вместо четырех — это конструктивное решение призвано обеспечить максимальную устойчивость и плавность движений.

Его создатель, Гао Фэн, объясняет, что когда робот поднимает три ноги, чтобы двигаться вперед, остальные три образуют своего рода... очень устойчивый штативЭто уменьшает толчки, которые испытывает слепой человек, прикрепленный к ремню. Цель состоит в том, чтобы пользователь ощущал плавное и комфортное движение без резких рывков, которые могли бы вызвать чувство неуверенности.

Этот робот-собака оснащен батареей датчики и камеры Эти функции позволяют ему распознавать окружающую обстановку, идентифицировать дорожные знаки, интерпретировать светофоры и обнаруживать различные типы препятствий. Кроме того, он оснащен системой распознавания голоса с точностью более 90% и временем отклика менее одной секунды, что позволяет ему быстро реагировать на голосовые команды пользователя.

За работу робота отвечает искусственный интеллект, управляющий им. планирование маршрутаСистема интерпретирует голосовые команды и в режиме реального времени выдает звуковые оповещения об окружающей обстановке, от пешеходных переходов до приближения опасных перекрестков. Она также включает в себя интерфейс управления с помощью поводка, аналогичный тому, который используется с настоящей собакой, для регулирования скорости ходьбы или указания на изменение направления движения.

Проект уже находится на стадии реализации. полевые испытания на открытом воздухеПроект предполагает активное участие слепых людей, которые помогают корректировать как двигательное поведение робота, так и естественность его голосовых команд (в настоящее время ориентированных на китайский язык). Идея Гао Фэна заключается в том, что после завершения экспериментальной фазы устройство можно будет запустить в серийное производство, постепенно снижая его стоимость.

Сам Гао сравнивает это видение с автомобильной промышленностью: для создания собаки-поводыря требуются годы индивидуальной подготовки, и ее количество неизбежно ограничено, тогда как робота можно производить как стандартный промышленный товар, что приведет к... потенциальный рынок в десятки миллионов количество единиц продукции для удовлетворения мирового спроса на сопровождающих для слепых людей.

Paws 2.0 в Университете Аликанте: роботизированная собака-поводырь, призванная быть компаньоном.

В Испании в этой области также наблюдается прогресс благодаря таким проектам, как... Лапы 2.0В настоящее время по кампусу Университета Аликанте прогуливается небольшой четвероногий робот, рядом со студентами и любопытными прохожими. Его название, которое в переводе с английского означает «маленькие ножки», отражает многолетнюю работу исследовательской группы, имеющей опыт в разработке технологий для людей с ограниченными возможностями.

В устройстве Paws используются лазерные датчики, аналогичные тем, что используются в пылесосах типа Roomba, но гораздо более мощные, в сочетании с высокоточная технология GPS а также обработку видео с использованием искусственного интеллекта. Благодаря этой системе она может прокладывать маршруты внутри кампуса, избегать препятствий в режиме реального времени и выполнять небольшие «трюки», которые производят большое впечатление на тех, кто видит ее в действии.

Исследователи объясняют, что их цель состоит не в том, чтобы «заменить» традиционных собак-поводырей, а в том, чтобы предложить альтернативный вариант. технологическое дополнение Его можно использовать, пока человек ждет, когда ему назначат настоящую собаку-поводыря, или в ситуациях, когда животное не является оптимальным вариантом. Теоретически, когда Paws будет полностью разработан, слепой человек сможет получить роботизированного помощника за считанные дни, вместо того чтобы ждать годы.

Помимо перемещения из одной точки в другую, робот предназначен для... предложить дополнительные услугиВ качестве примеров можно привести чтение меню в ресторане, определение товаров в супермаркете, поиск входа в магазин или описание количества людей в помещении. Вся эта информация будет передаваться через встроенный динамик, превращая устройство в своего рода мобильный слуховой помощник.

Одним из преимуществ, отмеченных руководителями проекта, является следующее: высокая точность определения местоположения по GPSЭто позволяет направлять пользователя к определенным координатам (например, к конкретной двери в здании), чего традиционная собака-поводырь сделать с такой точностью не может. Кроме того, робот обучается с помощью нейронной сети, способной распознавать закономерности, такие как светофоры, объекты, типы напольных покрытий или препятствия на его пути.

Команда из Университета Аликанте ранее работала над решениями в области искусственного зрения для слепых людей, например, над приложением, которое на основе фотографии или видео описывает окружающую среду, чтобы помочь найти объекты или определить визуальные характеристики (например, цвет одежды). Теперь эта технология интегрирована в Paws вместе с динамиком, чтобы предложить наиболее полный помощник.

Если все пойдет по плану, через несколько лет мы рассчитываем получить полностью функциональный прототипОднако появление коммерческого продукта для дома может быть отложено почти на десятилетие из-за процессов сертификации, испытаний в реальных условиях и масштабирования промышленного производства. Проект финансируется Университетским институтом компьютерных исследований при Университете Аликанте и компанией Synergy Tech, которая производит Paws 2.0 и других роботов с аналогичными характеристиками.

Робот-поводырь из Бингемтона (штат Нью-Йорк): обучение с подкреплением и «умный поводок»

В Соединенных Штатах группа инженеров из Департамента компьютерных наук Бингемтонский университетВ Государственном университете Нью-Йорка он также работает над роботизированной собакой-поводырем, разработанной как более дешевая, эффективная и доступная альтернатива.

Команда под руководством доцента Шици Чжана, в состав которой также входят аспирант Дэвид ДеФацио и студент третьего курса Эйсуке Хирота, тренируется уже около года. четвероногий робот, оснащенный визуальным «глазом».В ходе демонстрации в университетских лабораториях машина смогла провести человека по коридору, реагируя как на словесные команды, так и на рывки поводка.

Их подход основан на уникальный интерфейс ремешка В сочетании с обучением с подкреплением робот обучен интерпретировать натяжение и направление тяги как сигналы команды, а его системы зрения и навигации позволяют ему избегать препятствий, поддерживать безопасный путь и адаптировать походку.

По словам Чжана, после примерно 10 часов тренировки с разработанной системой им удалось получить роботов, способных автономно передвигаться и ориентироваться в пространстве. внутренняя средаОни направляют людей, избегая препятствий, и в то же время воспринимают натяжение поводка как понятные инструкции. Это представляет собой значительное ускорение по сравнению с обычными двумя-тремя годами обучения собаки-поводыря.

Проект еще далек от того, чтобы стать коммерчески готовым продуктом, но предварительные результаты показывают, что робот-собака такого типа могла бы... значительно сократить время и затраты на обучение по сравнению с обычными собаками-поводырями. В среднесрочной перспективе команда хочет выйти за рамки физических команд и добавить интерфейс на естественном языке.

ДеФацио отмечает, что следующим шагом станет оснащение робота возможностью... поддерживать контекстную беседу Они стремятся интегрировать в систему понимание пользователем сложных словесных запросов и адекватное реагирование. Также они хотят внедрить так называемое «интеллектуальное неповиновение»: если человек с нарушениями зрения прикажет роботу двигаться в сторону опасной зоны, система должна распознать риск и отказаться подчиниться этому приказу.

В конечном итоге, цель состоит в том, чтобы роботизированная собака выполняла функцию ответственный самозанятый помощникЭто позволит интерпретировать намерения пользователя, не упуская из виду вопрос безопасности. Для этого потребуются дополнительные годы исследований и испытаний в реальных условиях, но путь, указанный этими первыми результатами, говорит о создании все более интеллектуальных роботов-проводников, которые будут все больше интегрированы в повседневную жизнь.

Между тем, контраст между стоимостью и временем, необходимыми для обучения биологической собаки-поводыря — около 30 000 евро или больше и два-три года, с вероятностью успеха лишь вдвое ниже — и несколькими часами обучения, необходимыми для робота из Бингемтона с его системой обучения с подкреплением, подкрепляет идею о том, что Роботы-собаки могут демократизировать доступ. для обеспечения вспомогательной мобильности миллионов людей.

Вся эта экосистема роботов-поводырей и роботизированных собак-поводырей, от Лизы в Бразилии до прототипов в Китае, Испании и США, указывает на будущее, в котором люди с нарушениями зрения смогут выбирать из совершенно разных вариантов: четвероногие друзья из плоти и крови Обладающие огромной эмоциональной ценностью, колесные роботы, предназначенные для использования в помещениях, продвинутые четвероногие, способные передвигаться по труднопроходимой местности, и гибридные системы, сочетающие в себе лучшие качества обоих миров, обеспечивают большую автономность, безопасность и качество жизни.