Zrobotyzowane wózki inwalidzkie ułatwią przemieszczanie

05/13/2022

Zrobotyzowane wózki inwalidzkie mogą wkrótce być w stanie płynnie i bezpiecznie poruszać się w tłumie. W ramach CrowdBot, projektu finansowanego przez UE, naukowcy EPFL badają kwestie techniczne, etyczne i bezpieczeństwa związane z tego rodzaju technologią. Celem projektu jest docelowa pomoc niepełnosprawnym w łatwiejszym poruszaniu się.

Kupujący na cotygodniowym targu outdoorowym w Lozannie mogli w ciągu ostatnich kilku tygodni natknąć się na jeden z wynalazków EPFL – stojący wózek inwalidzki. Jest to nowomodne urządzenie, które jest częściowo wózkiem inwalidzkim, a częściowo robotem. Jest on używany przez naukowców z Laboratorium algorytmów uczenia się i systemów (LASA) EPFL do testowania technologii. Projekt CrowdBot kierowany jest przez INRIA i obejmującego konsorcjum siedmiu organizacji badawczych, w tym EPFL.

Projekt otrzymał dofinansowanie z unijnego programu Horyzont 2020 w dziale Technologii Informacyjnych i Komunikacyjnych (ICT). CrowdBot ma na celu przetestowanie technicznych i etycznych aspektów robotów poruszających się po zatłoczonych obszarach. Roboty te mogą być humanoidami, robotami usługowymi lub robotami pomocniczymi.

„Wiele słyszy się o samojezdnych samochodach, ale nie o robotach, które mogą poruszać się wśród pieszych” – mówi Aude Billard, szef LASA. „Jednak technologia robotyki wyraźnie zmierza w tym kierunku, więc musimy teraz zacząć myśleć o wszystkim, co będzie implikować”.

Wiele możliwych scenariuszy

Wśród różnych badanych zagadnień najbardziej oczywistym jest bezpieczeństwo użytkowników robotów i osób w ich pobliżu. Naukowcy z LASA odkryli, że istniejące przepisy nie odnoszą się do tego problemu i zaczęli przyglądać się wszystkim możliwym zagrożeniom, w tym ryzyku kolizji z człowiekiem.

Do przeprowadzenia oceny ryzyka naukowcy wybrali robota o nazwie Qolo – skrót od Quality of Life with Locomotion. Qolo został pierwotnie opracowany na Uniwersytecie Tsukuba w Japonii i ma służyć jako stojący wózek inwalidzki dla osób niepełnosprawnych. Zawiera dwa zmotoryzowane koła i pasywny egzoszkielet, który umożliwia użytkownikowi łatwe przechodzenie z pozycji siedzącej do stojącej.

Zespół LASA przeprowadził testy zderzeniowe swojego Qolo w Bernie.

„Przeprowadziliśmy testy z dwoma rodzajami manekinów, ponieważ wpływ kolizji może się różnić w zależności od wzrostu osoby”, mówi Diego Paez, stażysta w LASA. „Na przykład u dzieci najbardziej wrażliwym obszarem jest głowa, podczas gdy u kobiet w ciąży jest to brzuch”.

Naukowcy odkryli, że kolizje nawet przy niskich prędkościach robota, na przykład poniżej 6 km/h, mogą powodować poważne obrażenia. To sprawia, że ​​zapobieganie tym kolizjom jest jeszcze ważniejsze.

Aktywny system nawigacji

Pierwszym krokiem było zmodyfikowanie Qolo tak, aby mógł analizować i reagować na swoje otoczenie. Naukowcy wyposażyli robota w różne czujniki, w tym kamery z przodu i system Lidar z laserami z przodu i z tyłu. „Ważne jest, aby robot miał widok 360° na otoczenie, aby mógł omijać przeszkody przed nim i za nim. Musi również wiedzieć, co się za nim kryje, na wypadek gdyby musiał szybko się cofnąć, aby uniknąć kolizji” – mówi Paez. „System Lidar wykrywa wszelkiego rodzaju przeszkody, a kamery informują robota, czy przeszkody to piesi”.

Zespół zainstalował również zderzaki z przodu Qolo. „Zderzaki informują robota, że ​​wchodzi w kontakt z czymś i mierzą siłę nacisku, dzięki czemu maksymalna siła może być utrzymywana na bardzo niskim poziomie, podczas gdy robot nadal się porusza”, mówi Paez. Innymi słowy, Qolo nie jest zaprogramowany do zatrzymania się, jeśli uderzy w przeszkodę, ale raczej do poruszania się wokół niej. „Nagłe zatrzymanie się w środku tłumu może być jeszcze bardziej niebezpieczne dla osób znajdujących się blisko robota” – mówi.

Dane z czujników Qolo są połączone z algorytmami wykrywania i śledzenia ludzi. Mogą oszacować, ile osób znajduje się wokół robota i w jakich kierunkach się poruszają. Badacze LASA opracowali specjalny algorytm nawigacyjny dla Qolo, który pozwala mu określić najlepszą ścieżkę do obrania. Zaledwie kilka milisekund, co oznacza, że ​​może szybko reagować w tłumie.

Przewidywanie nieprzewidywalnego

Pomimo zaawansowania technologicznego inżynierów, ich robot nie jest w stanie (jeszcze) przewidzieć nagłych ruchów, takich jak szybkie zmiany kierunku. „Nie możemy tak naprawdę symulować tego, co ludzie zrobią w różnych sytuacjach, ponieważ każdy reaguje inaczej. Dlatego musimy przetestować Qolo w rzeczywistych warunkach” — mówi Paez. Dlatego próba przebiega na otwartym rynku w Lozannie.

Tam inżynierowie mogą uzyskać cenną informację zwrotną na temat wszystkich systemów robota – od sprzętu po algorytmy – oraz doświadczenia użytkownika. Wstępne wyniki są obiecujące; piesi wydają się zachowywać normalnie wokół maszyny, co jest dużym plusem przy gromadzeniu danych. „Nadal musimy przeanalizować dane, ale wydaje się, że pół-autonomiczny wymiar robota działa dobrze”, mówi Paez. Billard dodaje: „Użytkownicy kierują Qolo, poruszając swoim torsem, aby wskazać kierunek, w którym należy iść. Jeśli nagle pojawi się przeszkoda, robot zareaguje natychmiast, aby ją ominąć. Tego rodzaju wspomagana nawigacja może być prawdziwą zaletą dla osób niepełnosprawnych.”

Świadomość ryzyka

Na naszych drogach i chodnikach możemy zobaczyć coraz więcej takich urządzeń, jak na przykład roboty dostawcze. Wynika to z szybkiego rozwoju w świecie robotyki. Zespół LASA podkreśla jednak jeden kluczowy punkt: konieczne będzie opracowanie skutecznych sposobów minimalizowania prawdopodobieństwa kolizji i innych wypadków. „Testy zderzeniowe wykazały, że ryzyko obrażeń może być wysokie i czasami przekracza to, co jest dopuszczalne dla samochodów”, mówi Paez.

„Teraz musimy popracować nad systemem sterowania, aby złagodzić to ryzyko, czy to poprzez zmniejszenie prędkości robota, czy poprawę jego zdolności amortyzowania wstrząsów”, mówi Billard. „I bardzo ważne jest, aby te ustalenia zostały uwzględnione w przyszłym prawodawstwie. Przepisy te mogą obejmować ustalanie ograniczenia prędkości dla robotów pomocniczych, takich jak Qolo, lub ograniczanie zdolności niektórych rodzajów pojazdów, takich jak roboty dostawcze, do działania w obszarach o dużym natężeniu ruchu”.

Zobacz też: Jak łóżko może zmienić się w wózek inwalidzki