XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Робособака-проводник
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
По оценкам Всемирной организации здравоохранения, в мире живут 45 миллионов незрячих людей. Еще 110 миллионов имеют серьезные нарушения зрения со значительным риском ослепнуть. В России 4% детей рождаются слепыми или слабовидящими. Так что же такое слепота? Как известно, это полное отсутствие зрения или его серьезное повреждение.
Актуальность темы:
По выбранной нами теме можно выделить следующие группы с особенностями зрения:
Тотально незрячие — совсем ничего не видят;
Незрячие с остаточным зрением — могут различать свет, контуры объектов, цвет, видеть отдельными участками поля зрения;
Слабовидящие — имеют снижение остроты зрения различной степени;
Люди с пониженным зрением — имеют трудности при визуальном восприятии информации, которые поддаются частичной или полной коррекции (посредством очков и т.п.), также могут иметь проблемы с бинокулярностью, из-за чего испытывают трудности с определением расстояния до объекта [1].
Узнав о данных особенностях зрения, мы задумались о том, как же живут незрячие люди. И мы считаем, что лучшем описанием тому являются их собственные переживания:
- «Я медленно продвигаюсь по покрытому ковром коридору, довольно неуклюже выписывая палкой небольшие полукруги перед собой. Я слышу щебет экзотических птиц, шелест ветра в деревьях и журчание ручья где-то рядом. Переступаю порог и вдруг чувствую, как ковер под ногами сменился каменистой поверхностью холма. Легкий ветерок дует в лицо, и звуки искусственного леса окутывают меня со всех сторон» [2]. Таким подробным описанием ощущений окружающей среды делятся люди, которые пробуют прожить без зрения какое-то время.
Таким образом, нас очень заинтересовала данная тема. И мы решили придумать идею, которая могла бы значительно помочь людям с трудностями ориентироваться в этом мире из-за отсутствия зрения. Мы еще дети, но нас уже заботит жизнь тех людей, которых мы встречаем, особенно таких уникальных, как незрячие.
Цель исследования: Создание роботизированной собаки-проводника для помощи в сопровождении незрячих людей.
Задачи исследования:
Рассмотреть условия и технологии для незрячих людей;
Проанализировать особенности собаки-проводника;
На основе изученной информации показать необходимость и преимущества нашей робособаки-проводника в повседневной жизни незрячих людей и сконструировать роботизированную собаку на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Глава 1. Незрячие люди в современном мире.
1.1 Условия и технологии для незрячих людей
Новый мир незрячие начинают осваивать с помощью обычной трости, но водители и прохожие не всегда понимают, что человек с тростью слепой – дело в трости, которую часто используют как аксессуар. Поэтому интерес к потребностям слепых начал расти в середине прошлого века, наиболее тщательно вопросы изучали в Европе и Америке. Многие слепые не считают отсутствие зрения серьезной причиной, чтобы проводить остаток жизни в квартире, и стремятся узнавать мир [3]. Проблема передвижения людей с инвалидностями наиболее остро стоит в крупных городах.
В крупных городах России имеются следующие вспомогатели для незрячих людей:
В автобусах действует система информационного ориентирования, а также такие системы установлены на остановках, светофорах и на входе в некоторые здания.
Многие музеи страны приспособлены для слепых посетителей, дубликатами экспонатов, чтобы можно было их потрогать, для ориентира выдаются специальные брошюры, а также экскурсии проводят в немноголюдные дни, когда шум не мешает воспринимать экспозиции.
Наверняка вы видели необычную желтую ребристую плитку – это тактильный наземный указатель, который помогает людям с ограничениями по зрению ориентироваться в пространстве. Аналогичные тактильные указатели размещаются на поручнях. На парковках и других общественных местах используются тактильные пиктограммы – наклейки, на которых изображены вспомогательные знаки.
Для пользования компьютером и интернетом существуют программы экранного доступа – скриндеры, которые работают посредством клавиатуры и мыши.
Усовершенствованные трость и очки. Трость-поводырь умеет измерять расстояние до разных объектов на уровне стопы, пояса и головы. Встроенные сканеры принимают, обрабатывают и выдают информацию за секунду, о расстоянии до препятствия сообщается вибрацией или звуковым сигналом. Трость оборудована светодиодами, чтобы в темноте переходящего дорогу незрячего невозможно было не заметить. К трости-поводырю прилагаются очки-гарнитура, в которые встроены динамики, передающие информацию с трости. Очки могут работать как отдельно от трости, принимая через инфракрасный порт сигналы со зданий и других объектов, так и совместно с тростью.
Планшет для слепых. Коробочка с кнопками предназначена для ввода данных. Пользоваться им может человек, знающий шрифт Брайля. По функциональности планшет похож на записную книжку, которая сохраняет информацию в облако. Также в устройство можно установить WiFi-модуль.
В других странах также есть:
Банковские карты для слепых, которые могут озвучивать список оплаченных покупок.
Внедорожник Багги – оснащенный лазерными датчиками-дальномерами, которые определяют расстояние до препятствий и передают информацию водителю.
Навигаторы созданные на основе шрифта Брайля.
1.2 Собака-проводник
Но самым лучшим помощником для незрячего человека, конечно же, будет человек, однако, как показывает нам история, самый верный и преданный друг человека — это собака. А для слепого человека это собака не только друг, но и проводник во внешний мир (Рисунок 1.2.1 Приложения). Несколько сотен лет назад собак начали использовать как поводырей для людей с ограничениями по зрению. Первые школы для таких собак были созданы в Германии во время Первой мировой войны. В качестве собаки поводыря чаще всего используются лабрадор-ретриверы, золотистые ретриверы, немецкие овчарки, ризеншнауцеры.
В ряде стран собаки-поводыри не имеют ограничения на присутствие в таких местах, как места общественного питания и транспорт. В России проезд подобных животных в общественном транспорте бесплатен. По всем нормативным документам в Российской Федерации таких собак принято называть собаками-проводниками.
Важным навыком собак-поводырей является «разумное неподчинение». Правильно обученная собака не выполняет команду, если это угрожает хозяину-инвалиду. Вместо этого собака принимает собственное решение, то есть проявляет разумное неподчинение [4].
Вот одна из многочисленных историй, когда собака-поводырь спасла жизнь своему хозяину:
Эдуардо Ривера работал на 70-м этаже северной башни ВТЦ оператором ПК. И в то утро 11 сентября он, как обычно, пришел на работу со своим преданным поводырем – лабрадором по кличке Дорадо. После атаки террористов на небоскреб, когда начался пожар, и люди метались в панике, пытаясь выбраться из здания, у слепого Эдуардо почти не было шансов на спасение, нежели у всех остальных. Он уже оставил надежду выбраться из этого грохочущего и пылающего ада живым, но подумал, что будет несправедливо, если его собака погибнет в пламени вместе с ним. Тогда Эдуардо приказал Дорадо оставить его и бежать вниз одному. Но преданная собака и не подумала бросить любимого хозяина в беде. Она пробралась через пламя и завалы к нему, схватила зубами за одежду и, обходя все препятствия, потащила его вниз, к спасительному выходу. Собаке и ее незрячему хозяину пришлось преодолеть сотни ступеней, пробираясь через дым, огонь, завалы, мимо тысяч напуганных работников центра, чтобы выбраться из небоскреба, который должен был вот-вот рухнуть. Живые и невредимые, они выбрались на улицу! Эдуардо до сих пор не может поверить своему счастью. Спасением он полностью обязан своему преданному четвероногому другу, который был готов умереть рядом с ним, но не покинуть своего любимого хозяина [5].
К сожалению собака-поводырь имеет срок службы, и он зависит конечно, не только от генетики, но и от ухода, здоровья, кормления. Бывают ситуации, когда по каким-то причинам незрячий человек не может ухаживать и содержать собаку-поводыря. Мы не вправе осуждать такие ситуации, но мы можем помочь своим изобретением столь уникальным людям, которым без нашей помощи было бы намного сложнее жить.
Хотим вам представить Робособаку-проводника, которая всегда будет рядом с вами, её не нужно кормить и поить, и за ней нужен минимальный уход — это не забыть поставить на зарядку, а также у нее не истечет срок службы. Наша Робособака-проводник не только высокотехнологичная разработка, но и высокоинтеллектуальная. Она способна распознавать до 7 цветов наземного покрытия, так мы можем задать параметры «белого покрытия», например, «зебра» на пешеходном переходе, не оснащенном звуковыми сигналами для незрячих. А также робособака может подать сигнал об объектах поблизости или же привести хозяина к желтому покрытию, специально установленному для незрячих людей.
Глава 2. Роботизированная собака-проводник.
2.1 Робособака в качестве проводника для незрячих
Наша Робособака-проводник по внешнему виду напоминает настоящую собаку (Рисунок 2.1.1 Приложения). По краям модуля EV3 установлены балки для защиты блока и оформления (Рисунок 2.1.2 Приложения). Сзади корпуса собаки мы добавили хвост (Рисунок 2.1.3 Приложения), а спереди прикрепили голову с датчиками цвета и ультразвука и довольно милыми ушами.
Робот ездит на двух больших моторах, к которым прикреплены колёса для более удобного передвижения (Рисунок 2.1.4 Приложения). По программе собака двигается вперёд, весело двигая головой, а в случае обнаружения объекта, издаёт сигнал и объезжает его. Также с помощью датчика цвета, направленного вниз, собака способна определять наличие «зебры» на пешеходном переходе, чтобы замедлить движение, или жёлтого покрытия для незрячих, следуя по нему.
Мы сконструировали модель Робособаки-проводника на базе конструктора Lego Mindstorms EV3, где установлены:
1 модуль EV3 в качестве центра управления моделью и запуска программы (Рисунок 2.1.5 Приложения);
Средний мотор, движущий голову собаки;
1 датчик ультразвука для ориентирования в пространстве и обнаружения объектов на расстоянии 20 см.;
1 датчик цвета для обнаружения «зебры» на пешеходном переходе и жёлтых дорожек, специально установленных для незрячих людей.
Наша робособака (Рисунок 2.1.6 Приложения) может двигаться со скоростью человека, настроив её в программе, также она самостоятельно обнаруживает все препятствия с помощью своей датчиковой системы (Рисунок 2.1.7 Приложения). К роботу также можно легко присоединить рычаг-рукоятку, за которую человек может держаться. Мы надеемся, что наша Робособака-проводник станет отличным решением для незрячих людей, ведь она вполне способна успешно заменить настоящую собаку, став человеку хорошим помощником и другом!
Заключение
Рассмотрев условия и технологии для незрячих людей, мы заметили, что на данный момент для них создано уже довольно огромное множество различных вспомогательных устройств и технологий в целях улучшения жизни.
А проанализировав особенности собаки-проводника, мы осознали важность этого животного для незрячих, однако, из-за сложностей ухода за ней, необходимо более оптимальное решение, которым и может стать наша робособака-проводник.
В итоге, показав необходимость и преимущества робособаки-проводника в повседневной жизни незрячих людей, мы сконструировали роботизированную собаку на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 для помощи в сопровождении. Таким образом, мы считаем нашу идею актуальной на сегодняшний день, ведь благодаря этому люди, которые не могут увидеть этот мир, получат возможность стать к нему немного ближе.
Список литературы и интернет-источники:
https://garagemca.org/ru/programs/inclusive-programs/diversity-and-inclusion/vospriyatie-slabovidyaschimi-i-nezryachimi-posetitelyami-muzeynyh-eksponatov-perception-of-museum-pieces-by-blind-and-partially-sighted-visitors
https://www.bbc.com/ukrainian/vert_fut_russian/2016/08/160821_ru_s_vert_fut_how_it_feels_to_live_in_darkness
https://saint-petersburg.ru/m/society/apaley/341778/
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D0%B0-%D0%BF%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B%D1%80%D1%8C
https://www.rbc.ru/society/17/09/2001/5703b30a9a7947783a5a25b2
Приложение
Рисунок 1.2.1 – Собака-проводник
Рисунок 2.1.1 – Робособака-проводник
Рисунок 2.1.2 – Корпус Рисунок 2.1.3 – Хвост
Рисунок 2.1.4 – Соединение больших моторов
Рисунок 2.1.5 – Установка модуля с моторами
Рисунок 2.1.6 – Команда с Робособакой-проводником
Рисунок 2.1.6 – Программа для модели