- Tradicionalni psi vodniki so redki, dragi in jih je težko usposobiti, zaradi česar milijoni slabovidnih ljudi po vsem svetu ostajajo brez podpore.
- Novi projekti robotov za vodenje združujejo senzorje, umetno inteligenco in GPS za vodenje, opisovanje okolja in izboljšanje avtonomije uporabnika.
- Od Lyse v Braziliji do prototipov na Kitajskem, v Španiji in Združenih državah Amerike se robotski psi obravnavajo kot alternativa ali dopolnilo psom vodnikom.
- Masovna proizvodnja in učenje z okrepitvijo kažeta na bolj dostopne in prilagodljive rešitve, pri čemer je varnost uporabnikov vedno na prvem mestu.
Desetletja so se ljudje z okvaro vida za varno navigacijo zanašali na bele palice in tradicionalne pse vodnike , vendar tehnologija to pokrajino hitro spreminja. Po vsem svetu se pojavljajo projekti robotskih psov in robotskih vodnikov, ki obljubljajo dostopnejšo, prilagodljivejšo in v nekaterih primerih natančnejšo alternativo živalim pomočnikom.
Ta nova generacija robotskih pomočnikov za slepe združuje napredne senzorje, umetno inteligenco , GPS in prepoznavanje glasu za vodenje uporabnikov, zaznavanje ovir, interpretiranje okolja in celo "pogovarjanje" z osebo, ki jo spremljajo. Od Brazilije do Kitajske, vključno s Španijo, Združenimi državami Amerike in Avstralijo, se testirajo zelo različni prototipi: nekateri imajo kolesa in so videti kot kovčki, drugi so podobni pristnim štirinožnim robotskim psom, obstajajo pa tudi šestnožni za dodatno stabilnost.
Zakaj so robotski psi potrebni kot vodniki za slepe?
Eden glavnih dejavnikov tega trenda je ogromno pomanjkanje psov vodnikov v primerjavi s številom ljudi, ki jih potrebujejo. Samo v Španiji je skoraj milijon ljudi z neko vrsto okvare vida, vendar jih v vsakdanjem življenju spremlja le približno 957 aktivnih psov vodnikov.
Svetovna zdravstvena organizacija ocenjuje, da ima po vsem svetu približno 314 milijonov ljudi znatno okvaro vida, od tega jih je približno 45 milijonov slepih. Glede na te številke model, ki temelji izključno na dresiranih psih, očitno ni zadosten, tudi v državah z dobro uveljavljenimi in subvencioniranimi programi.
Težava ni le v količini, temveč tudi v stroških in času usposabljanja . Usposabljanje psa vodnika zahteva približno dve do tri leta specializiranega dela in le približno polovica živali, ki začnejo postopek, ga uspešno zaključi. V državah, kot je Španija, lahko skupni stroški na psa znašajo približno 30.000 evrov, čeprav jih pogosto krijejo organizacije, kot je ONCE (Španska nacionalna organizacija slepih); drugje se številke gibljejo okoli 50.000 dolarjev na psa vodnika.
V Braziliji razmere niso nič bolj spodbudne: ocenjuje se, da je na približno 6,5 milijona ljudi z okvaro vida le približno 200 aktivnih psov vodnikov . Na Kitajskem je neravnovesje še bolj presenetljivo: približno 400 psov vodnikov na več kot 17 milijonov slepih, v okolju, kjer je lastništvo živali za pomoč ljudem z invalidnostjo relativno novo in kjer številna delovna mesta, restavracije in javni prostori niso ravno prijazni do živali.
Glede na to situacijo si je veliko raziskovalcev in podjetnikov zastavilo zelo neposredno vprašanje: če je šolanje in vzdrževanje psa vodnika tako počasno, drago in omejeno , zakaj ne bi razvili robotske alternative, ki bi jo bilo mogoče množično proizvajati, sčasoma postati cenejša in bi dosegla veliko več ljudi?
LYSA: kolesni vodni robot, ki se je rodil v Braziliji
Eden najnaprednejših in najbolj konkretnih projektov je Lysa , robotski vodnik, ki ga je razvilo brazilsko zagonsko podjetje Vixsystem. Ni podoben psu, temveč majhnemu kovčku z zložljivim ročajem in kolesi. Tehta približno 4 kilograme in je visok približno 40 centimetrov. Njegova zasnova je namenjena temu, da slabovidna oseba prime ročaj in se z njim premika, kot da bi vlekla lahek voziček.
Lysa je bila prvotno zasnovana za notranja okolja , kot so nakupovalna središča, trgovine in letališča, testiranje pa se je že začelo v zveznih državah, kot so Espírito Santo, Rio de Janeiro in São Paulo. Za delovanje robot združuje specializirano programsko opremo, mobilno aplikacijo, umetno inteligenco, mrežo senzorjev, kamero in laserski sistem Lidar, ki mu omogoča zaznavanje svetlobe in merjenje razdalj z veliko natančnostjo.
Zahvaljujoč temu naboru tehnologij lahko robot kartira svojo okolico, izračuna poti in uporabnika vodi do določenega cilja. Med potovanjem Lysa zagotavlja tako akustične kot kinetične signale, ki uporabniku omogočajo, da zazna gibanje robota in sliši jasna navodila o poti, ki ji mora slediti.
Po besedah svojega ustvarjalca, računalniškega znanstvenika Nedinalve de Araúja Sellina, Lysa ne zaznava in se izogiba le oviram na tleh, temveč tudi tistim na srednji višini ali nad uporabnikovo glavo, kot so veje dreves ali viseči cvetlični lonci, ki so pogosto krive za številne nesreče s klasičnimi pohodnimi palicami . Poleg tega robot prepozna, ali je pred njim oseba ali skupina ljudi, in temu ustrezno prilagodi svoje vedenje.
Sellin primerja Lyso s tako imenovanimi pametnimi palicami, ki so že na trgu, in ugotavlja, da robot ponuja natančnejše vodenje in višjo raven "inteligence". Medtem ko je palica omejena na zaznavanje ovir, robot razume postavitev okolja, načrtuje poti, interpretira prisotnost drugih elementov in vse te informacije na organiziran način posreduje uporabniku.
V trenutni fazi se robot trži za uporabo v zaprtih prostorih po ceni okoli 15.000 realov , podjetje pa je že začelo prejemati naročila tako za prodane enote kot za tiste, ki so bile posojene strankam za pilotno testiranje. Ker gre za novo tehnologijo, jo številne organizacije raje temeljito preizkusijo, preden opravijo večje nakupe, zato Vixsystem združuje neposredno prodajo s sporazumi o ocenjevanju.
Lysina zgodba se je začela veliko bolj skromno leta 2011, ko je Sellin poučevala robotiko na javni srednji šoli v občini Serra v metropolitanskem območju Vitórie. Ko je spoznala, da je potreba po rešitvah za mobilnost za ljudi z okvaro vida resnična in nujna, je s svojimi učenci sestavila prvi doma narejen prototip z deli drugih robotov in ga preizkusila s približno 20 slepimi ljudmi, da bi zbrala njihove povratne informacije.
Čeprav prvi model še zdaleč ni bil dokončan izdelek, so ga mnogi udeleženci želeli kupiti takšnega, kot je, kar je utrdilo prepričanje, da obstaja veliko in nezadovoljeno povpraševanje . Podjetnica si je nato zagotovila različne vire financiranja, začenši leta 2014 s projektom Nacionalnega sveta za znanstveni in tehnološki razvoj (CNPq), ki ji je omogočil, da je za nadaljnji razvoj zasnove najela dva raziskovalca z magisterijema – enega iz elektrotehnike in drugega iz računalništva.
V naslednjih letih je bilo izdelanih več prototipov in izvedenih je bilo več krogov validacije z več kot 200 slabovidnimi , pri čemer so bile njihove povratne informacije vključene v končni koncept Lyse. Leta 2017 je Sellinovo sodelovanje v brazilski različici televizijske oddaje Shark Tank prineslo 200.000 realov in, morda še pomembneje, medijsko prepoznavnost, ki je olajšala iskanje nadaljnje podpore.
Vixsystem je zagotovil tudi financiranje Agencije za financiranje študij in projektov (Finep) in Fundacije za znanstveno raziskovanje in podporo inovacijam Espírito Santo (Fapes). Leta 2021 je projekt naredil pomemben korak naprej, ko je bil izbran za Inovativni raziskovalni program za mala podjetja (PIPE) agencije FAPESP v okviru strateškega razpisa, povezanega z internetom, v sodelovanju z Ministrstvom za znanost, tehnologijo in inovacije (MCTI), Ministrstvom za komunikacije (MCom) in Brazilskim usmerjevalnim odborom za internet (CGI.br).
Zahvaljujoč tej spodbudi podjetje dela na zunanji različici Lyse , opremljeni z GPS-om in zasnovani za uporabo na javnih cestah. Tukaj je tehnični izziv večji, saj se mora robot spopadati z neobstoječimi pločniki, križišči, neravnim terenom in najrazličnejšimi urbanimi situacijami. Sellin priznava, da je pomanjkanje opredeljenih pločnikov eden glavnih izzivov, ki jih je treba premagati, preden bo sistem resnično uporaben na ulici.
Prednosti in dvomi v primerjavi s tradicionalnimi psi vodniki
Pojav robotskih vodnikov, kot je Lysa, je sprožil zanimivo razpravo na področju okvare vida. Odvetnik Marcelo Panico iz fundacije Dorina Nowill za slepe v São Paulu meni, da je ideja o robotskem vodniku zelo obetavna , vendar vztraja, da jo je treba skrbno oceniti, tako zaradi stroškov kot zaradi družbenih posledic.
Vodniški psi trenutno uživajo visoko stopnjo družbenega priznanja , njihov dostop do različnih okolij (prevoz, trgovine, javne zgradbe itd.) pa je v mnogih državah zakonsko podprt. Poleg tega ima čustvena vez, ki se vzpostavi med slepo osebo in njenim vodniškim psom, neposreden vpliv na uporabnikovo psihično počutje in samozavest – nekaj, kar je s strojem težko ponoviti.
Panico poudarja, da je pes vodnik veliko več kot le pripomoček za gibanje: je stalni spremljevalec , čustvena opora in posrednik socialne interakcije. Preprosto dejstvo, da se ljudje približajo, da bi vprašali o psu ali pokazali zanimanje za osebo, ustvarja človeške interakcije, ki jih robot, pa naj bo še tako sofisticiran, ne more ponuditi na enak način.
Hkrati odvetnik priznava, da izjemno omejena razpoložljivost psov vodnikov v državah, kot sta Brazilija in Kitajska, izključuje veliko večino ljudi, ki jih potrebujejo. Stroški šolanja, dolge čakalne vrste in težave pri iskanju primernih živali pomenijo, da mnogi ljudje nikoli nimajo dostopa do pravega psa vodnika.
Zato mnogi projekti robotov vodnikov niso zasnovani tako, da bi popolnoma nadomestili pse, temveč kot dopolnilo ali alternativa za tiste, ki nimajo dostopa do živali, ali kot prehodna rešitev, medtem ko čakajo na dodelitev. Nekateri tudi menijo, da lahko robot v določenih kontekstih (na primer v kompleksnih notranjih prostorih ali pri nalogah, ki vključujejo prepoznavanje vizualnih informacij) opravlja funkcije, za katere pes ni opremljen.
Štirinožni robotski psi: od Boston Dynamics do cenovno ugodnih različic
Na področju robotov, podobnih psom, je vodilni svetovni primer Spot , štirinožni robot, ki ga je razvilo ameriško podjetje Boston Dynamics. Ta robot je bil zvezdnik spektakularnih demonstracij na tehnoloških sejmih in se že uporablja v sektorjih, kot sta gradbeništvo in rudarstvo, za inšpekcijske in izvidniške naloge na težkem ali nevarnem terenu.
Spot izstopa po svoji osupljivi mobilnosti : vzpenja se po stopnicah, premaguje neravne površine, ohranja ravnotežje med potiskanjem in je lahko opremljen s kamerami in senzorji za zbiranje podatkov. Vendar pa ga njegova cena, ki v Združenih državah Amerike presega 70.000 dolarjev, večini uporabnikov in ustanov, ki delajo s slepimi, onemogoča.
Navdihnjena s tem modelom je več podjetij na Kitajskem, Japonskem in v Nemčiji razvilo lastne štirinožne robote , nekatere z bolj industrijskim poudarkom, druge pa so skoraj kot napredne igrače. Na trgu so se pojavile veliko cenejše kitajske različice; na primer, Unitre Robotics prodaja šest modelov robotskih psov, z začetno ceno okoli 2.700 dolarjev za najosnovnejšega.
Kljub temu te naprave niso zasnovane kot vodniki za ljudi z okvaro vida . Njihova glavna uporaba je nadzor, pregledovanje predorov in podzemnih prostorov, odkrivanje eksplozivov ter druge varnostne ali vzdrževalne funkcije. Da bi jih preoblikovali v prave vodnike, bi bilo treba preoblikovati tako njihovo programsko opremo kot uporabniški vmesnik, njihovo delovanje pa prilagoditi specifičnim potrebam slepih ljudi.
V Braziliji raziskovalec Diego Renan Bruno iz Laboratorija za mobilno robotiko na Univerzi v São Paulu (ICMC-USP) uporablja Spot kot referenco za svoj projekt robotskega psa vodnika . Skupaj s svojim nekdanjim študentom Marcelom Assisom je leta 2017 začel delati v notranjosti zvezne države São Paulo, v občini Catanduva, kjer je razvijal prototipe, ki so se sčasoma razvijali.
Njihova prva različica je bila zgrajena zelo na DIY način, z uporabo delov starega sesalnika. Kasneje so v okviru programa hekerske rezidence Red Bull Basement leta 2019 razvili drugi prototip, zdaj pa načrtujejo tretjo različico, ki bo robot z nogami in se bolj približa klasični ideji robotskega psa.
Bruno trdi, da če že govorimo o " robotskem psu vodniku ", bi se moral ta obnašati podobno kot pravi pes vodnik, torej bi se moral znati premikati po stopnicah, robnikih in neravnem terenu, ne da bi se moral zanašati na klančine ali popolnoma gladke površine. Po njegovem mnenju so kolesni roboti omejeni na območja z dostopnostjo, primerljivo z dostopnostjo invalidskega vozička, medtem ko bi dobro zasnovan štirinožec lahko dostopal do veliko več okolij.
Kitajski šestnogi robotski pes vodnik: stabilnost in prepoznavanje glasu
Na Kitajskem ekipa s Fakultete za strojništvo na Univerzi Jiao Tong v Šanghaju razvija zelo nenavadnega robotskega psa vodnika. Spominja na angleškega buldoga, čeprav nekoliko širšega, in je znan po tem, da ima šest nog namesto štirih – oblikovna izbira, namenjena povečanju stabilnosti in gladkemu gibanju.
Njegov ustvarjalec, Gao Feng, pojasnjuje, da ko robot dvigne tri noge, da se premakne naprej, ostale tri tvorijo zelo stabilen stativ , kar zmanjša sunke, ki jih občuti slepa oseba, pritrjena na trak. Cilj je, da uporabnik izkusi gladko in udobno gibanje brez nenadnih sunkov, ki bi lahko povzročili negotovost.
Ta robotski pes je opremljen z baterijo senzorjev in kamer , ki mu omogočajo prepoznavanje okolice, prepoznavanje prometnih znakov, interpretacijo semaforjev in zaznavanje različnih vrst ovir. Poleg tega ima integriran sistem za prepoznavanje glasu z več kot 90-odstotno natančnostjo in odzivnim časom manj kot eno sekundo, tako da se lahko hitro odzove na uporabnikove glasovne ukaze.
Umetna inteligenca, ki upravlja robota, načrtuje pot , interpretira glasovne ukaze in zagotavlja zvočna opozorila v realnem času o okolici, od prehodov za pešce do prihajajočih nevarnih križišč. Sistem vključuje tudi vmesnik, ki ga je mogoče upravljati s povodcem, podoben tistemu, ki se uporablja pri pravem psu, za prilagajanje hitrosti hoje ali označevanje sprememb smeri.
Projekt trenutno poteka na prostem , pri čemer aktivno sodelujejo slepi posamezniki, ki pomagajo izpopolniti tako lokomotorno vedenje robota kot naravnost njegovih glasovnih ukazov (trenutno se osredotočajo na kitajščino). Gao Fengova vizija je, da bi po zaključku eksperimentalne faze napravo lahko začeli množično proizvajati, kar bi postopoma znižalo njene stroške.
Gao sam to vizijo primerja z avtomobilsko industrijo: naravni pes vodnik zahteva leta individualiziranega treninga in njegovo število je nujno omejeno, medtem ko bi robota lahko proizvajali kot standardno industrijsko blago, kar bi imelo za posledico potencialni trg več deset milijonov enot, ki bi zadostile svetovnemu povpraševanju po vodnikih za slepe.
Paws 2.0 na Univerzi v Alicanteju: robotski pes vodnik, ki je poklican za druženje
Tudi v Španiji se na tem področju dogaja napredek s projekti, kot je Paws 2.0 , majhen štirinožni robot, ki se trenutno sprehaja po kampusu Univerze v Alicanteju skupaj s študenti in drugimi obiskovalci. Njegovo ime, ki v angleščini pomeni "majhne tačke", odraža dolgoletno delo raziskovalne skupine z izkušnjami na področju tehnologij za ljudi z invalidnostjo.
Paws uporablja laserske senzorje, podobne tistim v sesalniku tipa Roomba, vendar veliko zmogljivejše, v kombinaciji z visoko natančno tehnologijo GPS in obdelavo videa s pomočjo umetne inteligence. Zahvaljujoč tej nastavitvi lahko preslika poti znotraj kampusa, se v realnem času izogiba oviram in izvaja majhne "trike", ki močno navdušijo tiste, ki ga vidijo v akciji.
Raziskovalci pojasnjujejo, da njihov cilj ni "nadomestiti" tradicionalnih psov vodnikov, temveč ponuditi tehnološko dopolnilo , ki ga je mogoče uporabljati, medtem ko oseba čaka na dodelitev pravega psa vodnika ali v okoljih, kjer žival ni najboljša možnost. Teoretično bi lahko slepa oseba, ko bo sistem Paws popolnoma razvit, imela robotskega pomočnika v nekaj dneh, namesto da bi morala čakati leta.
Poleg preprostega dajanja navodil je robot zasnovan tudi za ponujanje dodatnih storitev : branje jedilnika v restavraciji, prepoznavanje izdelkov v supermarketu, iskanje vhoda v trgovino ali opis števila ljudi v prostoru, med drugim. Vse te informacije bo prenašal prek vgrajenega zvočnika in tako dejansko postal mobilni slušni asistent.
Ena od prednosti, ki so jo izpostavili vodje projekta, je visoka natančnost GPS lokacije , ki uporabniku omogoča vodenje do določenih koordinat (na primer do določenih vrat v stavbi), česar tradicionalni pes vodnik ne more storiti s tako natančnostjo. Poleg tega se robot uči prek nevronske mreže, ki je sposobna prepoznati vzorce, kot so semaforji, predmeti, vrste talnih oblog ali ovire na svoji poti.
Ekipa na Univerzi v Alicanteju je že prej delala z rešitvami računalniškega vida za slepe, kot je aplikacija, ki na podlagi fotografije ali videoposnetka opisuje okolje, da pomaga pri iskanju predmetov ali prepoznavanju vizualnih značilnosti (na primer barve oblačila). Zdaj je ta tehnologija skupaj z zvočnikom integrirana v Paws, da bi ponudila bolj popolnega pomočnika.
Če bo vse potekalo po načrtih, se v nekaj letih pričakuje popolnoma delujoč prototip , čeprav bi se lahko prihod komercialnega izdelka za domačo uporabo zaradi postopkov certificiranja, testiranja v resničnem svetu in industrijskega skaliranja zavlekel za skoraj desetletje. Projekt financirata Inštitut za raziskave računalništva Univerze v Alicanteju in Synergy Tech, podjetje, ki proizvaja Paws 2.0 in druge robote s podobnimi lastnostmi.
Vodniški robotski pes iz Binghamtona (New York): učenje z okrepitvijo in »pametni povodec«
V Združenih državah Amerike skupina inženirjev z oddelka za računalništvo na Univerzi Binghamton , Državna univerza v New Yorku, prav tako dela na robotskem psu vodniku, ki je zasnovan kot cenejša, učinkovitejša in dostopnejša alternativa.
Ekipa, ki jo vodi docent Shiqi Zhang, v kateri sta tudi doktorski kandidat David DeFazio in študent tretjega letnika Eisuke Hirota, že približno eno leto usposablja štirinožnega robota, opremljenega z vizualnim "očesom" . Med demonstracijo v univerzitetnih laboratorijih je stroj lahko vodil osebo skozi hodnik, pri čemer se je odzival tako na ustne ukaze kot na vlečenje povodca.
Njegov pristop temelji na edinstvenem vmesniku pasu v kombinaciji z učenjem s krepitvijo. Robot je usposobljen za interpretacijo napetosti in smeri vlečenja kot ukaznih signalov, medtem ko mu vidni in navigacijski sistemi omogočajo izogibanje oviram, ohranjanje varne poti in prilagajanje hoje.
Zhang pravi, da so po približno 10 urah usposabljanja z razvitim sistemom sposobni ustvariti robote, ki se premikajo avtonomno, se znajdejo v zaprtih prostorih , vodijo ljudi, se izogibajo oviram, in hkrati interpretirajo vlečenje povodca kot razumljiva navodila. To predstavlja znatno pospešitev v primerjavi s tipičnimi dvema do tremi leti usposabljanja za psa vodnika.
Projekt je še daleč od tega, da bi postal komercialno dostopen izdelek, vendar prvi rezultati kažejo, da bi lahko tovrstni robotski pes drastično skrajšal čas in stroške usposabljanja v primerjavi s konvencionalnimi psi vodniki. Srednjeročno želi ekipa preseči fizične ukaze in dodati vmesnik z naravnim jezikom.
DeFazio ugotavlja, da bo naslednji korak opremljanje robota z zmožnostjo kontekstualnega pogovora z uporabnikom, razumevanja kompleksnih ustnih zahtev in ustreznega odzivanja. Prav tako želijo vključiti tako imenovano "inteligentno neposlušnost": če slabovidna oseba ukaže robotu, naj se premakne proti območju z nevarnim prometom, bi moral biti sistem sposoben prepoznati tveganje in zavrniti uboganje tega ukaza.
Končni cilj je, da bi robotski pes deloval kot odgovoren avtonomni asistent , ki bi interpretiral uporabnikove namere, hkrati pa bi dal prednost varnosti. To bo zahtevalo več let raziskav in testiranja v resničnih situacijah, vendar pot, ki jo začrtajo te začetne izkušnje, kaže na vse bolj inteligentne robote vodnike, ki so bolj vključeni v vsakdanje življenje.
Medtem pa kontrast med stroški in časom, potrebnim za šolanje biološkega psa vodnika – približno 30.000 evrov ali več ter dve ali tri leta, pri čemer je stopnja uspešnosti le polovična – in nekaj urami šolanja, ki jih potrebuje robot Binghamton s svojim sistemom učenja z okrepitvijo, krepi idejo, da lahko robotski psi demokratizirajo dostop do asistirane mobilnosti za milijone ljudi.
Celoten ekosistem vodniških robotov in robotskih psov vodnikov, od Lyse v Braziliji do prototipov na Kitajskem, v Španiji in Združenih državah Amerike, kaže na prihodnost, v kateri bodo ljudje z okvaro vida lahko izbirali med zelo različnimi možnostmi: štirinožnimi spremljevalci iz mesa in krvi z ogromno čustveno vrednostjo, kolesnimi roboti, zasnovanimi za notranje prostore, naprednimi štirinožci, ki se lahko premikajo po zapletenem terenu, in hibridnimi sistemi, ki združujejo najboljše iz obeh svetov, da bi ponudili večjo avtonomijo, varnost in kakovost življenja.
