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

Personer med synnedsättning har förlitat sig på den vita käppen och traditionella ledarhundar Att förflytta sig säkert, men tekniken förändrar detta landskap snabbt. Robothundar och ledarrobotar dyker upp i olika delar av 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 intelligensGPS och röstigenkänning används 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 väldigt 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 viktigaste drivkrafterna bakom denna trend är stor brist på ledarhundar jämfört med antalet personer som skulle behöva en. Bara i Spanien finns det nästan en miljon människor med någon form av synnedsättning, och ändå finns det bara cirka 957 ledarhundar som aktivt följer med dem i deras dagliga liv.

På global skala, den Organización Mundial de la Salud Det uppskattas att cirka 314 miljoner människor har betydande synnedsättning, varav cirka 45 miljoner är blinda. Med tanke på dessa siffror är modellen som enbart bygger på tränade hundar uppenbarligen otillräcklig, även i länder med väletablerade och subventionerade program.

Problemet handlar inte bara om kvantitet, utan också om kostnad och utbildningstidAtt träna en ledarhund kräver ungefär två till tre års specialiserat arbete, och endast 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 är kostnaden cirka 50 000 dollar per ledarhund.

I Brasilien är situationen inte mer uppmuntrande: det uppskattas att det bara finns cirka 200 aktiva ledarhundar för ungefär 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 servicehundar är relativt nytt och där många arbetsplatser, restauranger och offentliga miljöer inte är särskilt vänliga mot dessa djur.

Mot bakgrund av detta scenario har många forskare och entreprenörer ställt sig en mycket direkt fråga: är det verkligen så svårt att träna och underhålla en ledarhund? Långsamt, dyrt och begränsatVarför 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 LysaVixsystem, en guiderobot utvecklad av den brasilianska startupen, liknar inte en hund. Istället är det en liten resväska med ett infällbart handtag och hjul, väger cirka 4 kilo och är cirka 40 centimeter hög. Dess design gör att en synskadad person kan greppa handtaget och röra sig som om de drar en lätt kundvagn.

Lysa är ursprungligen tänkt för inomhusmiljöer såsom köpcentra, butiker eller flygplatser, och har redan börjat testa i stater som Espírito Santo, Rio de Janeiro och São Paulo. För att fungera kombinerar roboten specifik programvara, en mobiltelefonapplikation, 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 hela denna uppsättning teknologier kan roboten kartlägga miljön, beräkna rutter och vägleda användaren till den valda destinationen. Under resan ger Lysa både akustiska och riktningssignaler, vilket gör att användaren kan uppfatta robotens rörelse och höra tydliga instruktioner om vägen att följa.

Enligt dess skapare, datavetenskapsspecialisten Nedinalva de Araújo Sellin, upptäcker och undviker Lysa inte bara hinder på marknivå, utan även de på mellanhöjd eller ovanför användarens huvud, såsom trädgrenar eller hängande blomkrukor, vilka ofta är ansvariga för många... olyckor med vanliga promenadstavarDessutom identifierar roboten om det finns en person eller en grupp människor framför den, och justerar sitt beteende därefter.

Sellin jämför Lysa med den s.k. 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 layout, 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 Real 15.000Företaget har börjat ta emot beställningar på både sålda enheter och sådana 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 märkt att behov av mobilitetslösningar För personer med synnedsättning var behovet verkligt och brådskande. Hon och hennes elever monterade en första handgjord prototyp med hjälp av 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 av deltagarna villiga att köpa den som den var, vilket förstärkte övertygelsen om att det fanns en stark och undermätt efterfråganDärifrån började entreprenören säkra olika finansieringskällor, med början 2014 med ett projekt från Nationella rådet för vetenskaplig och teknisk utveckling (CNPq), vilket gjorde det möjligt för henne att anställa två forskare med masterexamen – en i elektronikteknik och den andra i datavetenskap – för att utveckla designen.

Under de följande åren tillverkades flera prototyper och flera valideringsrundor genomfördes med mer än 200 personer med synnedsättningintegrera deras feedback i det slutgiltiga konceptet för Lysa. 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 mer stöd.

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

Tack vare detta uppsving arbetar företaget på en Lysa utomhusversionUtrustad med GPS och konstruerad för användning på allmänna vägar står roboten inför en större teknisk utmaning. Den måste hantera obefintliga trottoarer, korsningar, ojämn terräng och en mängd olika urbana situationer. Sellin medger att bristen på tydliga trottoarer är en av de största utmaningarna att övervinna innan systemet kan fungera verkligt på gatan.

Fördelar och tvivel jämfört med traditionella ledarhundar

Framväxten av guidningsrobotar som Lysa har skapat 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 lovandeMen han insisterar på att det måste utvärderas noggrant, både med avseende på dess kostnad och dess sociala konsekvenser.

För närvarande åtnjuter ledarhundar en hög nivå av socialt erkännande Och deras tillgång till olika miljöer (transporter, butiker, offentliga byggnader etc.) är lagskyddad i många länder. Dessutom har det känslomässiga band som upprättas mellan en blind person och deras ledarhund en direkt inverkan på användarens psykiska välbefinnande och självkänsla, något som är svårt att kopiera med en maskin.

Panico betonar att en ledarhund är mycket mer än ett mobilitetsverktyg: det är en ständig följeslagare...ett emotionellt stöd och en som underlättar sociala relationer. 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 medger advokaten att extremt begränsad tillgänglighet Bristen på ledarhundar i länder som Brasilien eller 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 ledarhund.

Därför, snarare än att helt ersätta hundar, är många projekt med guidningsrobotar utformade som komplement eller alternativ För de 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 vid visuell informationsigenkänningsuppgifter) kan tillhandahålla funktioner som hunden inte kan utföra.

Fyrbenta robothundar: från Boston Dynamics till lågprisversioner

Inom området hundformade robotar är den viktigaste globala referensen SpotDen fyrfotade roboten, utvecklad av det amerikanska företaget Boston Dynamics, 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 sina fantastisk rörlighetDen 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 fyrfotade robotarVissa har ett mer industriellt fokus, medan andra nästan är 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.

Ändå är dessa apparater inte avsedda som guider för personer med synnedsättningDeras 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 projekt. robotstyrhundTillsammans med sin tidigare elev Marcelo Assis började han 2017 arbeta i delstaten 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 ”robotguideDen här roboten bör bete sig på liknande sätt som en riktig ledarhund, i det att den kan 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 rullstol, medan en väldesignad fyrfotad hund skulle kunna komma åt många fler miljöer.

Den kinesiska sexbenta robotledarhunden: stabilitet och röstigenkänning

I Kina, ett team från School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University De utvecklar en mycket unik robotstyrhund. Dess utseende påminner om en engelsk bulldogg, om än något bredare, och den är slående eftersom den har sex ben istället för fyra, ett designbeslut 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 slags mycket stabilt stativDetta minskar de stötar som den blinde personen känner när han 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 på sensorer och kameror Dessa funktioner 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, vilket gör att den kan reagera snabbt på användarens verbala kommandon.

Den artificiella intelligensen som styr roboten ansvarar för ruttplaneringSystemet tolkar röstkommandon och ger ljudvarningar i realtid om omgivningen, från övergångsställen till närheten till farliga korsningar. Det har också ett koppelstyrt gränssnitt, liknande det som används med en riktig hund, för att justera gånghastigheten eller indikera riktningsförändringar.

Projektet är redan i fasen av utomhusfälttesterProjektet involverar aktivt deltagande av blinda personer som hjälper till att justera både robotens rörelsebeteende och naturligheten i dess röstkommandon (för närvarande inriktat på kinesiska). Gao Fengs idé 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 leder till en potentiell marknad på tiotals miljoner av enheter för att möta den globala efterfrågan på guider 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 t.ex. Tassar 2.0En liten fyrfotad robot vandrar just nu runt på Alicantes universitets campus tillsammans med studenter och nyfikna åskådare. Dess namn, som betyder "små ben" på svenska, återspeglar åratal av arbete av ett forskarteam med erfarenhet av teknik för personer med funktionsnedsättning.

Paws använder lasersensorer, liknande dem hos en Roomba-dammsugare men mycket kraftfullare, i kombination med högprecisions-GPS-teknik och videobehandling med hjälp av artificiell intelligens. Tack vare det här systemet kan det kartlägga rutter inom campusområdet, undvika hinder i realtid och utföra små "trick" som imponerar stort på dem som ser det i aktion.

Forskarna förklarar att deras mål inte är att "ersätta" traditionella ledarhundar, utan att erbjuda en teknologiskt komplement Den kan användas medan personen 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.

Förutom att guida från en punkt till en annan är roboten utformad för att erbjuda ytterligare tjänsterExempel är att läsa en meny på en restaurang, identifiera produkter i en stormarknad, lokalisera en butiks entré eller beskriva antalet personer i ett rum. All denna information överförs via en inbyggd högtalare, vilket gör den till en sorts mobil hörselassistent.

En av fördelarna som framhållits av de ansvariga för projektet är hög GPS-positionsnoggrannhetDetta 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 noggrannheten. 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 lösningar för artificiell syn för blinda, såsom 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... den mest kompletta assistenten.

Om allt går enligt plan förväntar vi oss att ha en fullt fungerande prototypLanseringen av en kommersiell produkt för hem kan dock försenas med nästan ett decennium på grund av certifieringsprocesser, verkliga tester och industriell skalning. Projektet finansieras av University Institute of Computer Science Research vid University of Alicante 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, en grupp ingenjörer från institutionen för datavetenskap vid Binghamton UniversityVid State University of New York arbetar han också med en robotstyrd ledarhund utformad som ett billigare, mer effektivt och mer tillgängligt alternativ.

Teamet, som leds av biträdande professor Shiqi Zhang och även består av doktoranden David DeFazio och tredjeårsstudenten Eisuke Hirota, har utbildat sig i ungefär ett år. fyrfotad robot utrustad med ett visuellt "öga"Under en demonstration i universitetslaboratorierna kunde maskinen vägleda en person genom en korridor och svara på både verbala kommandon och ryck i kopplet.

Deras tillvägagångssätt är baserat på en unikt remgränssnitt kombinerat med förstärkningsinlärning. Roboten är tränad att tolka spänningen och riktningen på dragningarna 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 få fram robotar som rör sig autonomt och navigerar genom inomhusmiljöerDe vägleder människor, undviker hinder och tolkar samtidigt koppeldrag som förståeliga instruktioner. Detta innebär en betydande acceleration jämfört med de vanliga två eller tre årens träning för en ledarhund.

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

DeFazio påpekar att nästa steg blir att utrusta roboten med förmågan att upprätthålla 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.

I slutändan är målet att robothunden ska fungera som en ansvarig egenföretagare assistentsom tolkar användarens avsikt utan att tappa säkerheten ur sikte. Detta kommer att kräva fler års forskning och tester i verkliga situationer, men den väg som dessa inledande erfarenheter pekar ut 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 – runt 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 åtkomst till assisterad mobilitet 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 kamrater av kött och blod med enormt emotionellt värde, hjulförsedda robotar designade för inomhusbruk, avancerade fyrfotingar som kan röra sig över svår terräng och hybridsystem som kombinerar det bästa från båda världarna för att erbjuda mer autonomi, säkerhet och livskvalitet.