Robothundar som guider för blinda: detta är den nya assisterade mobiliteten

Informatec Digital » Resurser » Robothundar som guider för blinda: detta är den nya assisterade mobiliteten

I årtionden har personer med synnedsättning förlitat sig på vita käppar och traditionella ledarhundar för att navigera säkert, men tekniken förändrar detta landskap snabbt. Robothundar och ledarrobotar dyker upp runt om i världen och lovar ett mer tillgängligt, skalbart och i vissa fall mer precist alternativ till assistansdjur.

Denna nya generation av assistentrobotar för blinda kombinerar avancerade sensorer, artificiell intelligens , GPS och röstigenkänning för att vägleda användare, upptäcka hinder, tolka omgivningen och till och med "konversera" med personen de ledsagar. Från Brasilien till Kina, och inklusive Spanien, USA och Australien, testas mycket olika prototyper: vissa har hjul och ser ut som resväskor, andra liknar autentiska fyrbenta robothundar, och det finns också sexbenta för extra stabilitet.

Varför behövs robothundar som guider för blinda?

En av de främsta drivkrafterna bakom denna trend är den enorma bristen på ledarhundar jämfört med antalet människor som behöver en. Bara i Spanien finns det nästan en miljon människor med någon form av synnedsättning, men det finns bara cirka 957 aktiva ledarhundar som följer med dem i deras dagliga liv.

Globalt uppskattar Världshälsoorganisationen att cirka 314 miljoner människor har betydande synnedsättning, varav cirka 45 miljoner är blinda. Med tanke på dessa siffror är en modell baserad enbart på tränade hundar uppenbarligen otillräcklig, även i länder med väletablerade och subventionerade program.

Problemet handlar inte bara om kvantitet, utan även om kostnad och träningstid . Att träna en ledarhund kräver cirka två till tre års specialiserat arbete, och bara ungefär hälften av de djur som påbörjar processen slutför den framgångsrikt. I länder som Spanien kan den totala kostnaden per hund vara cirka 30 000 euro, även om den ofta täcks av organisationer som ONCE (den spanska nationella blindorganisationen); på andra håll ligger siffrorna på cirka 50 000 dollar per ledarhund.

I Brasilien är situationen inte mer uppmuntrande: det uppskattas att det bara finns cirka 200 aktiva ledarhundar för cirka 6,5 ​​miljoner människor med synnedsättning. I Kina är obalansen ännu mer slående: cirka 400 ledarhundar för mer än 17 miljoner blinda personer, i ett sammanhang där ägandet av assistanshundar är relativt nytt och där många arbetsplatser, restauranger och offentliga platser inte är direkt djurvänliga.

Mot bakgrund av denna situation har många forskare och entreprenörer ställt sig en mycket direkt fråga: om träning och underhåll av en ledarhund är så långsamt, dyrt och begränsat , varför inte utveckla ett robotalternativ som kan massproduceras, bli billigare med tiden och nå många fler människor?

LYSA: den hjulförsedda guideroboten som föddes i Brasilien

Ett av de mest avancerade och konkreta projekten är Lysa , en guiderobot utvecklad av den brasilianska startupen Vixsystem. Den liknar inte en hund, utan snarare en liten resväska med ett infällbart handtag och hjul. Den väger cirka 4 kilo och är cirka 40 centimeter hög. Dess design är avsedd att göra det möjligt för en synskadad person att greppa handtaget och röra sig med det som om de drar en lätt kundvagn.

Lysa är initialt designad för inomhusmiljöer som köpcentra, butiker och flygplatser, och har redan börjat testa i stater som Espírito Santo, Rio de Janeiro och São Paulo. För att fungera kombinerar roboten specialiserad programvara, en mobilapp, artificiell intelligens, ett nätverk av sensorer, en kamera och ett Lidar-lasersystem, vilket gör att den kan detektera ljus och mäta avstånd med stor precision.

Tack vare denna uppsättning tekniker kan roboten kartlägga sin omgivning, beräkna rutter och vägleda användaren till deras angivna destination. Under resan ger Lysa både akustiska och kinetiska signaler, vilket gör att användaren kan uppfatta robotens rörelse och höra tydliga instruktioner om vägen att följa.

Enligt dess skapare, datavetaren Nedinalva de Araújo Sellin, upptäcker och undviker Lysa inte bara hinder på marknivå, utan även de som befinner sig på medelhöjd eller ovanför användarens huvud, såsom trädgrenar eller hängande blomkrukor, vilka ofta är orsaken till många olyckor med konventionella promenadstavar . Dessutom identifierar roboten om det finns en person eller en grupp människor framför den och justerar sitt beteende därefter.

Sellin jämför Lysa med de så kallade smarta käppar som redan finns på marknaden och noterar att roboten erbjuder mer exakt vägledning och en högre nivå av "intelligens". Medan käppen är begränsad till att upptäcka hinder, förstår roboten miljöns utformning, planerar rutter, tolkar närvaron av andra element och överför all den informationen till användaren på ett organiserat sätt.

I sin nuvarande fas marknadsförs roboten för inomhusbruk till ett pris av cirka 15 000 reais , och företaget har börjat ta emot beställningar på både sålda enheter och de som lånats ut till kunder för pilottestning. Eftersom det är en ny teknik föredrar många organisationer att testa den noggrant innan de gör stora inköp, så Vixsystem kombinerar direktförsäljning med utvärderingsavtal.

Lysas historia började mycket mer ödmjukt 2011, när Sellin undervisade i robotik på en offentlig gymnasieskola i kommunen Serra, i storstadsområdet Vitória. Efter att ha insett att behovet av mobilitetslösningar för personer med synnedsättning var verkligt och brådskande, monterade hon och hennes elever en första hemmagjord prototyp med delar från andra robotar och testade den med cirka 20 blinda personer för att samla in deras feedback.

Även om den första modellen var långt ifrån en färdig produkt, var många deltagare villiga att köpa den som den var, vilket förstärkte övertygelsen om att det fanns en stark, ouppfylld efterfrågan . Därifrån säkrade entreprenören olika finansieringskällor, med början 2014 med ett projekt från National Council for Scientific and Technological Development (CNPq), vilket gjorde det möjligt för henne att anställa två forskare med masterexamen – en i elektronikteknik och den andra i datavetenskap – för att vidareutveckla designen.

Under de följande åren tillverkades flera prototyper och flera valideringsrundor genomfördes med fler än 200 synskadade personer , där deras feedback integrerades i det slutliga Lysa-konceptet. År 2017 gav Sellins deltagande i den brasilianska versionen av tv-programmet Shark Tank henne 200 000 reais och, kanske ännu viktigare, mediesynlighet som underlättade sökandet efter ytterligare stöd.

Vixsystem säkrade även finansiering från Finansieringsbyrån för studier och projekt (Finep) och Stiftelsen för vetenskaplig forskning och innovationsstöd från Espírito Santo (Fapes). År 2021 tog projektet ett betydande steg framåt när det valdes ut till FAPESP:s innovativa forskningsprogram för småföretag (PIPE) , inom ramen för en strategisk utlysning relaterad till internet i samarbete med ministeriet för vetenskap, teknik och innovation (MCTI), kommunikationsministeriet (MCom) och den brasilianska internetstyrkommittén (CGI.br).

Tack vare denna förbättring arbetar företaget på en utomhusversion av Lysa , utrustad med GPS och designad för användning på allmänna vägar. Här är den tekniska utmaningen större, eftersom roboten måste hantera obefintliga trottoarer, korsningar, ojämn terräng och en mängd olika urbana situationer. Sellin medger att bristen på definierade trottoarer är en av de största utmaningarna att övervinna innan systemet verkligen är gångbart på gatan.

Fördelar och tvivel jämfört med traditionella ledarhundar

Framväxten av guiderobotar som Lysa har väckt en intressant debatt inom synnedsättning. Juristen Marcelo Panico från Dorina Nowill Foundation for the Blind i São Paulo anser att idén om en robotguide är mycket lovande , men insisterar på att den måste utvärderas noggrant, både med avseende på kostnad och sociala konsekvenser.

Ledarhundar åtnjuter idag en hög nivå av socialt erkännande , och deras tillgång till olika miljöer (transporter, butiker, offentliga byggnader etc.) är lagstadgad i många länder. Dessutom har det känslomässiga band som upprättas mellan en blind person och deras ledarhund en direkt inverkan på användarens psykologiska välbefinnande och självkänsla – något som är svårt att återskapa med en maskin.

Panico betonar att en ledarhund är mycket mer än ett hjälpmedel för att förflytta sig: den är en ständig följeslagare , ett emotionellt stöd och en som underlättar social interaktion. Det enkla faktum att människor kommer fram för att fråga om hunden eller visa intresse för personen genererar mänskliga interaktioner som en robot, hur sofistikerad den än är, inte kan erbjuda på samma sätt.

Samtidigt erkänner advokaten att den extremt begränsade tillgången på ledarhundar i länder som Brasilien och Kina exkluderar den stora majoriteten av människor som behöver dem. Kostnaden för träning, långa väntelistor och svårigheten att hitta lämpliga djur gör att många aldrig får tillgång till en riktig ledarhund.

Därför, snarare än att helt ersätta hundar, är många projekt med guidningsrobotar utformade som ett komplement eller alternativ för dem som inte kan komma åt ett djur, eller som en övergångslösning medan de väntar på att bli tilldelade ett. Vissa föreslår också att roboten i vissa sammanhang (till exempel i komplexa interiörer eller i uppgifter som involverar visuell informationsigenkänning) kan tillhandahålla funktioner som en hund inte är utrustad för att utföra.

Fyrbenta robothundar: från Boston Dynamics till lågprisversioner

Inom området hundliknande robotar är världens ledande exempel Spot , den fyrbenta roboten som utvecklats av det amerikanska företaget Boston Dynamics. Denna robot har medverkat i spektakulära demonstrationer på teknikmässor och används redan inom sektorer som bygg och gruvdrift för inspektions- och rekognoseringsuppgifter i svår eller farlig terräng.

Spot utmärker sig för sin häpnadsväckande rörlighet : den klättrar i trappor, tar sig över ojämna ytor, bibehåller balansen när den knuffas och kan utrustas med kameror och sensorer för att samla in data. Men dess pris, som överstiger 70 000 dollar i USA, gör den helt utom räckhåll för de flesta användare och institutioner som arbetar med blinda.

Inspirerade av denna modell har flera företag i Kina, Japan och Tyskland utvecklat sina egna fyrbenta robotar , vissa med ett mer industriellt fokus och andra nästan som avancerade leksaker. Mycket billigare kinesiska versioner har dykt upp på marknaden; till exempel säljer Unitre Robotics sex modeller av robothundar, med ett utgångspris på cirka 2 700 dollar för den enklaste.

Trots detta är dessa enheter inte utformade som guider för personer med synnedsättning . Deras huvudsakliga användningsområden är övervakning, inspektion av tunnlar och underjordiska utrymmen, detektering av sprängämnen och andra säkerhets- eller underhållsfunktioner. För att omvandla dem till verkliga guider skulle både deras programvara och användargränssnitt behöva omdesignas, liksom deras beteende anpassas till blinda personers specifika behov.

I Brasilien använder forskaren Diego Renan Bruno, från Mobile Robotics Laboratory vid São Paulos universitet (ICMC-USP), Spot som referens för sitt eget robotstyrhundsprojekt . Tillsammans med sin tidigare student Marcelo Assis började han arbeta 2017 i São Paulos inland, i kommunen Catanduva, med att utveckla prototyper som har utvecklats över tid.

Deras första version byggdes på ett väldigt gör-det-själv-sätt, där de återanvände delar från en gammal dammsugare. Senare, inom ramen för Red Bull Basement hacker residency-programmet, utvecklade de en andra prototyp 2019, och nu planerar de en tredje version som kommer att vara en robot med ben, vilket rör sig närmare den klassiska idén om en robothund.

Bruno menar att om vi ska prata om en " robotstyrhund " bör den bete sig på liknande sätt som en riktig ledarhund, i det att den ska kunna navigera trappor, trottoarkanter och ojämn terräng utan att förlita sig på ramper eller helt släta ytor. Enligt hans åsikt är hjulförsedda robotar begränsade till områden med tillgänglighet jämförbar med en rullstols, medan en väldesignad fyrfotad hund skulle kunna komma åt många fler miljöer.

Den kinesiska sexbenta robotledarhunden: stabilitet och röstigenkänning

I Kina utvecklar ett team från School of Machinery vid Shanghai Jiao Tong University en mycket ovanlig robotstyrhund. Den liknar en engelsk bulldogg, om än något bredare, och är känd för att ha sex ben istället för fyra – ett designval som syftar till att maximera stabilitet och smidiga rörelser.

Dess skapare, Gao Feng, förklarar att när roboten lyfter tre av sina ben för att röra sig framåt, bildar de andra tre ett mycket stabilt stativ , vilket minskar de stötar som den blinde personen känner när den är fäst vid remmen. Målet är att användaren ska uppleva en smidig och bekväm rörelse, utan plötsliga ryck som kan orsaka osäkerhet.

Denna robothund är utrustad med ett batteri av sensorer och kameror som gör att den kan känna igen sin omgivning, identifiera trafikskyltar, tolka trafikljus och upptäcka olika typer av hinder. Dessutom integrerar den ett röstigenkänningssystem med över 90 % noggrannhet och en svarstid på mindre än en sekund, så att den kan reagera snabbt på användarens verbala kommandon.

Den artificiella intelligensen som styr roboten hanterar ruttplanering , tolkar röstkommandon och ger ljudvarningar i realtid om sin omgivning, från övergångsställen till kommande farliga korsningar. Systemet har också ett koppelstyrt gränssnitt, liknande det som används med en riktig hund, för att justera gånghastigheten eller indikera riktningsförändringar.

Projektet genomgår för närvarande utomhustestning , med aktivt deltagande av blinda personer som hjälper till att finjustera både robotens rörelsebeteende och naturligheten i dess röstkommandon (för närvarande inriktat på kinesiska). Gao Fengs vision är att när den experimentella fasen är avslutad kan enheten massproduceras, vilket successivt minskar dess kostnad.

Gao jämför själv denna vision med bilindustrin: en naturlig ledarhund kräver åratal av individualiserad träning och dess antal är nödvändigtvis begränsat, medan en robot skulle kunna produceras som en standardindustrivara, vilket resulterar i en potentiell marknad på tiotals miljoner enheter för att möta den globala efterfrågan på ledarhundar för blinda personer.

Paws 2.0 vid Alicantes universitet: en robotstyrd ledarhund med ett kall för sällskap

I Spanien görs även framsteg inom detta område med projekt som Paws 2.0 , en liten fyrfotad robot som för närvarande vandrar runt på Alicantes universitets campus tillsammans med studenter och andra besökare. Dess namn, som betyder "små tassar" på svenska, återspeglar åratal av arbete av ett forskarteam med erfarenhet av teknik för personer med funktionsnedsättning.

Paws använder lasersensorer, liknande de i en Roomba-liknande dammsugare men mycket kraftfullare, i kombination med högprecisions-GPS-teknik och AI-driven videobehandling. Tack vare denna konfiguration kan den kartlägga rutter inom campusområdet, undvika hinder i realtid och utföra små "trick" som imponerar stort på dem som ser den i aktion.

Forskarna förklarar att deras mål inte är att "ersätta" traditionella ledarhundar, utan snarare att erbjuda ett teknologiskt komplement som kan användas medan en person väntar på att bli tilldelad en riktig ledarhund eller i miljöer där ett djur inte är det bästa alternativet. I teorin, när Paws är fullt utvecklad, skulle en blind person kunna ha en robotassistent på några dagar, istället för att behöva vänta i åratal.

Utöver att bara ge vägbeskrivningar är roboten utformad för att erbjuda ytterligare tjänster : att läsa en meny på en restaurang, identifiera produkter i en stormarknad, lokalisera en butiks entré eller beskriva antalet personer i ett rum, bland andra exempel. Den kommer att överföra all denna information via en integrerad högtalare och i praktiken bli en mobil hörselassistent.

En av fördelarna som framhävdes av projektledarna är den höga precisionen hos GPS-positioneringen , vilket gör att användaren kan vägledas till specifika koordinater (som en specifik dörr i en byggnad), något som en traditionell ledarhund inte kan göra med den noggrannhetsnivån. Dessutom lär sig roboten genom ett neuralt nätverk som kan känna igen mönster som trafikljus, föremål, typer av golv eller hinder i sin väg.

Teamet vid Alicantes universitet har tidigare arbetat med datorseendelösningar för blinda, till exempel en applikation som, baserat på ett foto eller en video, beskriver omgivningen för att hjälpa till att lokalisera objekt eller identifiera visuella egenskaper (till exempel färgen på ett klädesplagg). Nu är den tekniken integrerad i Paws tillsammans med en högtalare för att erbjuda en mer komplett assistent.

Om allt går enligt plan förväntas en fullt fungerande prototyp inom några år , även om en kommersiell produkt för hemmabruk kan försenas med nästan ett decennium på grund av certifieringsprocesser, verkliga tester och industriell skalning. Projektet finansieras av University of Alicantes Institute of Computer Science Research och Synergy Tech, företaget som tillverkar Paws 2.0 och andra robotar med liknande funktioner.

Robotledarhunden i Binghamton (New York): förstärkande inlärning och ett "smart koppel"

I USA arbetar en grupp ingenjörer från institutionen för datavetenskap vid Binghamton University , State University of New York, också med en robotstyrd ledarhund utformad som ett billigare, mer effektivt och mer tillgängligt alternativ.

Teamet, lett av biträdande professor Shiqi Zhang och inklusive doktoranden David DeFazio och tredjeårsstudenten Eisuke Hirota, har tränat en fyrfotad robot utrustad med ett visuellt "öga" i ungefär ett år . Under en demonstration i universitetets laboratorier kunde maskinen vägleda en person genom en korridor och svara på både verbala kommandon och drag i kopplet.

Dess tillvägagångssätt är baserat på ett unikt bältesgränssnitt i kombination med förstärkningsinlärning. Roboten är tränad att tolka spänningen och riktningen på dragen som kommandosignaler, medan dess syn- och navigationssystem gör det möjligt för den att undvika hinder, upprätthålla en säker väg och anpassa sin gång.

Enligt Zhang kan de efter cirka 10 timmars träning med det utvecklade systemet skapa robotar som rör sig autonomt, navigerar i inomhusmiljöer , vägleder människor samtidigt som de undviker hinder och samtidigt tolkar koppeldrag som förståeliga instruktioner. Detta innebär en betydande acceleration jämfört med den typiska två till tre års träning för en ledarhund.

Projektet är fortfarande långt ifrån att bli en kommersiellt tillgänglig produkt, men de första resultaten tyder på att en robothund av denna typ drastiskt skulle kunna minska träningstid och kostnader jämfört med konventionella ledarhundar. På medellång sikt vill teamet gå bortom fysiska kommandon och lägga till ett naturligt språkgränssnitt.

DeFazio noterar att nästa steg blir att utrusta roboten med förmågan att föra en kontextuell konversation med användaren, förstå komplexa verbala förfrågningar och svara på lämpligt sätt. De vill också införliva det de kallar "intelligent olydnad": om en synskadad person beordrar roboten att röra sig mot ett område med farlig trafik, ska systemet kunna känna igen risken och vägra att lyda den ordern.

Ytterst är målet att robothunden ska agera som en ansvarsfull autonom assistent , tolka användarens avsikter samtidigt som säkerhet prioriteras. Detta kommer att kräva fler års forskning och tester i verkliga situationer, men vägen som skisserats av dessa inledande erfarenheter pekar mot alltmer intelligenta styrrobotar som är mer integrerade i det dagliga livet.

Samtidigt förstärker kontrasten mellan kostnaden och tiden som krävs för att träna en biologisk ledarhund – cirka 30 000 euro eller mer och två eller tre år, med bara hälften så hög framgångsgrad – och de få timmar träning som Binghamton-roboten med sitt förstärkningsinlärningssystem behöver, idén att robothundar kan demokratisera tillgången till assisterad förflyttning för miljontals människor.

Hela detta ekosystem av ledarrobotar och robotstyrda ledarhundar, från Lysa i Brasilien till prototyper i Kina, Spanien och USA, pekar mot en framtid där personer med synnedsättning kommer att kunna välja mellan väldigt olika alternativ: fyrbenta följeslagare av kött och blod med enormt emotionellt värde, hjulförsedda robotar designade för inomhusbruk, avancerade fyrfotingar som kan röra sig genom komplicerad terräng och hybridsystem som kombinerar det bästa från båda världarna för att erbjuda mer autonomi, säkerhet och livskvalitet.