XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Модель помощника "КиберКотлета" для вызова экстренных служб, как дополнение к системе умного дома
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Ни для кого не секрет, что жизнь человека становится с каждым днем все проще, благодаря различным гаджетам, бытовым устройствам и так далее. В современном мире даже можно управлять домом с помощью смартфона, который есть практически в каждом кармане, хотя данные технологии казались фантастическими ещё несколько десятков лет назад. Автоматизированная система, в которую превратился «умный» дом, освобождает человека от домашних забот. Таким образом, сэкономленное время можно потратить на то, что действительно приятно и полезно. Но необходимо разобраться, что представляет собой подобный дом, а также какие есть преимущества и недостатки.
«Умный дом» является специальной системой управления зданием, решающей задачи безопасности, связи и развлечений. Данная система состоит из таких элементов, как выключатели, таймеры, сенсоры, различные датчики, которые помогают измерять физические параметры. Также присутствуют вспомогательные устройства: блоки питания, модули и интерфейсы. Такую систему можно поставить не только в больших загородных домах, но и в обычной квартире.
Умный дом, несомненно, является очень комфортным для современной жизни. Не стоит забывать, что управление электронными устройствами все-таки осуществляется человеком и напрямую зависит от человеческого фактора, и так будет еще долгое время.
Поэтому глухим, слабослышащим и глухонемым людям будет очень сложно управлять некоторыми функциями умного дома, такими как вызов экстренных служб простой голосовой командой. Мы решили придумать способ, с помощью которого люди, не имеющие возможность позвонить или отдать голосовую команду системе умного дома, смогут беспрепятственно вызвать экстренные службы.
Цель: разработать и запустить модель помощника из Lego Spike Prime для вызова экстренных служб для глухих, слабослышащих и глухонемых людей.
Задачи:
рассмотреть актуальные устройства для умного дома. Их преимущества и недостатки;
изучить современные гаджеты для глухонемых людей;
рассмотреть возможность использования системы умного дома глухонемыми людьми;
рассмотреть способы вызова экстренных служб глухонемыми людьми;
cконструировать и запрограммировать помощника для вызова экстренных служб на базе конструктора Lego Spike Prime;
продемонстрировать работу помощника «Киберкотлета»;
проанализировать возможности помощника.
В качестве источников информации мы использовали сайты: https://24gadget.ru, https://www.istok-audio.com, https://my-expert.ru, https://ritual.ru. При оформлении проекта мы брали идеи из курса «Машины и механизмы», курса «Основы робототехники», и книги «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов» .
Глава 1. Система умного дома и ее актуальность в современном мире. Возможность использования системы глухонемыми людьми.
Актуальные устройства для умного дома. Их преимущества и недостатки
Жилье станет функциональным и гибким, если в нем есть умные устройства для дома. Они выведут его на более высокую ступень комфорта, безопасности и энергосбережения.
Под понятием «умный дом» (Рисунок 1.1.1, Приложение) подразумевают комплексное решение по автоматизации действий, совершаемых ежедневно. Сюда входят как системы контроля, так и бытовая техника, управляемая посредством беспроводной связи.
Собираясь сделать свой дом «умным», необходимо иметь понятие хотя бы о самы1х востребованных и доступных системах:
Климатическая техника.
Устройства освещения.
Аппаратура безопасности.
Системы энергосбережения и энергопотребления.
В составе системы умный дом имеется три ключевых элемента: контроллеры, датчики, актуаторы. К последним относятся реле, приводы — электрические и соленоидные.
Для управления системой, кроме смартфона, используют пульты ДУ, сенсорные панели. В ТОП-50 лучших устройств для системы «умный» дом входят изделия таких компаний, как Samsung, Xiaomi, Apple, Phillips, REDMOND, Smarter.
Рассмотрим некоторые из этих устройств:
Камера SkyCam RG-C1S (Рисунок 1.1.2, Приложение)
Этот гаджет для видеонаблюдения, разработанный компанией REDMOND, позволит контролировать обстановку в доме, на даче, в гараже, находясь за много километров от этих объектов. SkyCam может стать и видео-няней.
Умная кормушка Petnet SmartFeeder
Это очень полезный гаджет для умного дома, в котором живут домашние питомцы. Для управления устройством необходимо приложение Petnet.
Видео звонок дверной Skybell Wi-Fi
Skybell — очередной представитель серии умных звонков. Путем синхронизирования с частной сетью Wi-Fi, устройство оповещает пользователя о посетителях дома.
Умный электронный дверной замок Konan Z5(Рисунок 1.1.3, Приложение)
Умный электронный замок для двери с функцией дистанционного создания пароля для входа. Открывается отпечатком пальца, картой доступа, паролем или через приложение
Недостатки: модель имеет слишком броский внешний вид и избыточное количество возможностей для открытия. Тот же кодовый ввод пароля или сканер отпечатков пальцев пригоден скорее для офиса, чем для помещения в многоквартирном доме.
Достоинства: преимуществом подобных решений можно считать гибко настраиваемые сценарии автоматизации, возможность открытия двери со смартфона, карты или брелока, удаленный контроль за состоянием входной двери.
Умный замок Sherlock M1 Smart Lock (Рисунок 1.1.4 Приложения)
Этот замок компании Xiaomi/MIJIA не откроет посторонний. Функция доступна только хозяину и людям, имеющим право доступа. Обо всех заходах и выходах владелец дома получает оповещения на телефон.
Есть и плюсы, и минусы. Преимущества: легко установить и применять, не надо покупать специальный замок. Недостатки: пока невозможно управлять устройством удаленно, не отображается статус замка (закрыто/открыто). Все недоработки разработчик возможно устранит с выходом свежих обновлений.
В этой главе мы рассмотрели одни из самых популярных гаджетов для системы умного дома. В нашу повседневную жизнь уже плотно вошли холодильник, стиральные машины, пылесосы и чайники, управляемые голосом или при помощи смартфона.
Современные гаджеты для глухонемых людей
Рассмотрим, какие же устройства придумали ученые для глухонемых и слабослышащих людей.
Для глухих и слабослышащих людей постоянно придумывают все новые гаджеты-ключики из страны глухих в мир звуков.
Communicaid - гаджет, который не улучшает слух, но компенсирует его зрением. Он призван помочь адаптации людей с нарушениями слуха в рабочем колективе: благодаря ему глухих и слабослышащих смогут окликнуть коллеги! Гаджет улавливает даже тихие звуки и переводит их в зрительный сигнал: мерцание красных огоньков (Рисунок 1.2.1, Приложение).
Глухие и слабослышащие люди имеют все основания быть недовольными кинотеатрами: фильмов с субтитрами слишком мало, и они не по нутру обычным посетителям. Противоречия сгладят очки Mo Pix: через них пользователь увидит за обычным экраном дополнительный, с субтитрами. Обычные же зрители ничего и не заметят (Рисунок 1.2.2, Приложение).
Научить глухого ребенка речи - непростая задача. Группа корейских дизайнеров разработала для ее решения концепт VV-Talker: этот маленький похожий на игрушку гаджет будет переводить слова ребенка в голосовую диаграмму. Слабослышащий ребенок должен добиться ее совпадения с образцом для данного слова. Устройство поможет детям овладевать фонетикой даже в одиночестве, пока учителя нет (Рисунок 1.2.3, Приложение).
Слабослышащие люди часто включают телевизор на полную громкость, тем самым доводя соседей до исступления - и все равно слышат так себе. На помощь придет... подушка. Разработанный командой шведских дизайнеров (Fredrik Hylten, Isabelle Olsson и Maria Johansson) девайс Ictus - подушка-усилитель. Ее нужно подключать вместо динамика и класть на нее голову - по уверению авторов, слышно будет даже почти глухому (Рисунок 1.2.4, Приложение).
Необычный концепт Babel назван автором "визуальный слуховой аппарат" - собственно, слушать он будет за пользователя. В дужки очков встроены микрофоны, которые улавливают речь и транслируют ее в слова. Конечно, система распознавания речи иногда будет выдавать пользователю полную чушь, но чтение по губам тоже не лишено недостатков (Рисунок 1.2.5, Приложение).
Звук - это вибрация. И если она недоступна уху глухого, то ее можно передавать... прямо в голову! Концепт Пьера-Антуана Бузара "Встряска" даст пользователю возможность оценивать интенсивность и направление звука с помощью вибрирующих наушников (Рисунок 1.2.6, Приложение).
Зачастую глухота сопряжена с немотой. На помощь глухонемым людям приходит язык жестов, но он, к сожалению, только для внутреннего использования". Как же поступить, если нужно объясниться с властями? Или нанять специального переводчика, или использовать транслятор жестов в слова. Лондонский дизайнер украинского происхождения Виктория Волошин (Viktoria Volosin) думает, что он будет выглядеть так. Но все же "жестопониманию" легче будет обучить обычные смартфоны (Рисунок 1.2.7, Приложение).
Будильник-концепт Soft Touch может разбудить спящего на работу, даже если тот абсолютно глух: пользователь перед сном надевает на запястье браслет, а когда нужно будет вставать, будильник начнет надувать его и давить на руку. Кроме того, Soft Touch может предупредить спящего о серьезных опасностях: пожаре, бомбардировке и так далее (Рисунок 1.2.8, Приложение).
Как мы видим устройств для облегчения жизни глухонемым, глухим и слабослышащим людям создано не так уж и много, и большинство из них направлено больше на то, чтобы услышать информацию, а не сказать ее.
Умный дом для глухонемых людей
На предыдущем этапе мы изучили информацию об управлении умным домом и поняли, что чаще всего управление устройствами происходит либо голосом, либо смартфоном. Конечно, голосом управлять намного удобнее, ведь не нужно все время носить с собой смартфон по дому или квартире, но как же быть людям, которые не могут отдать голосовую команду? Мы нашли всего одного производителя, который занимается разработкой системы умного дома для глухонемых людей.
Система «Умный дом Senso» разработана с использованием новейших технологий для повышения качества жизни и безопасности слабослышащих и глухих людей( Рисунок 1.3.1, Приложение).
Преимущества: дальность уверенной передачи сигналов не менее 100 м внутри помещений; передатчики и приемники могут быть расположены на любых поверхностях; встроенный аккумулятор позволяет экономить значительные средства на замену элементов питания; интеллектуальная защита предотвращает ложные срабатывания от внешнего шума и сигналов других устройств; подключение к мобильным устройствам на Android и iOS через специальное приложение, которое доступно на Google Play Market и Apple Store.
Умный дом SENSO состоит из нескольких взаимосвязанных устройств:
Передатчик SENSO DOOR. Дверной звонок. (Рисунок 1.3.2, Приложение).
Передатчик SENSO SIGNAL. Универсальный передатчик. (Рисунок 1.3.3, Приложение).
Передатчик SENSO BABY. Передатчик плача ребенка. (Рисунок 1.3.4, Приложение).
Передатчик SENSO HELP. Кнопка вызова помощи. Кнопка транслирует сигнал вызова помощи на приемники SENSO, установленные у родственников или у дежурного персонала. Надежно защищена от дождя и водных брызг. Может быть установлена в любом месте снаружи и внутри помещений: у изголовья кровати, в санузле, у лестницы или двери (Рисунок 1.3.5, Приложение).
Передатчик SENSO SMARTPHONE. Ретранслятор на смартфон. (Рисунок 1.3.6, Приложение).
Приемник SENSO LOOP. С выходом на индукционную петлю. Функционал этого умного дома намного обширнее, но и у него есть недостатки. Невозможно самостоятельно вызвать экстренные службы или такси.
Глава 2. Способы вызова экстренных служб глухонемыми людьми. Преимущества и недостатки.
Каждый день инвалиды сталкиваются с проблемами, которые совершенно не знакомы значительной части жителей нашей страны. Так, еще несколько лет назад жители с нарушениями слуха и речи испытывали большие сложности при вызове экстренных служб – скорой, полиции, пожарной службы. Однако с появлением специальных диспетчерских служб для людей с проблемами по здоровью в разных регионах России вызов скорой для глухонемых перестал быть проблемой. Но такая служба существует не во всех городах, а лишь в малой части страны. Диспетчерская служба была создана при участии Всероссийского Общества Глухих. Чтобы воспользоваться услугами диспетчерской службы, надо быть зарегистрированным во Всероссийском Обществе Глухих.
В Москве через диспетчерскую службу для инвалидов по слуху можно не только вызвать экстренную службу, но и воспользоваться другими услугами:
Передать сообщение слышащему абоненту. Сообщения могут быть переданы как родственникам и друзьям, так и в государственные и городские службы.
Вызвать на дом врачей, специалистов дирекции по эксплуатации зданий, работников ЖЭК и газовой службы.
Заказать «социальное такси».
Записаться на прием в медицинские и социальные учреждение города.
Получить информацию о городских службах, о культурно-массовых мероприятиях, расписание поездов и самолетов.
Заказать доставку на дом лекарств, еды, забронировать билеты и гостиничные номера.
Связаться с операторами диспетчерской службы и воспользоваться её услугами можно несколькими способами:
по электронной почте
через смс
через видеозвонок с компьютера
через видеофон
по факсу
Мы представили себе экстренную ситуацию, при которой нам необходим вызов скорой помощи или другой службы, удобно ли будет писать смс человеку, который срочно нуждается в помощи. И поняли, что в определенных жизненных ситуациях написание сообщения или письма на электронную почту может отнять у человека драгоценные секунды времени.
Глава 3. Создание модели помощника «КиберКотлета» для вызова экстренных служб, как дополнение к системе умного дома на базе конструктора SpikePrime
Наша команда решила создать дополнение к умному дому для вызова экстренных служб без использования голосовых команд и звонков. Устройство назвали «КиберКотлета» из-за особенностей внешнего вида.
3.1 Особенности конструкции «КиберКотлеты».
Модель помощника включает в себя программируемый хаб, датчик цвета и датчик нажатия (Рисунок 3.1.1, Приложение).
Хаб находится внутри черного цилиндра, неограничивающего доступ к зарядке и к динамику. Датчик цвета прикреплен в верхней части и отвечает за распознавание цветов. Датчик нажатия находится на задней панели «КиберКотлеты» и выполняет функцию кнопки SOS (Рисунки 3.1.2-3.1.6, Приложение).
В конструкции так же продуман ящик на боковой панели для хранения кубиков или карточек различных цветов (Рисунок 3.1.7, Приложение).
3.2 Функционал модели помощника
Модель «КиберКотлета» может помочь в различных бытовых ситуациях, когда требуется голосовое общение, в том числе для вызова экстренных служб. Особенно это актуально для глухонемых людей.
«КиберКотлета» работает так: когда человек подносит определённый цвет: красный, белый, чёрный, пурпурный, зелёный, синий, голубой , то она выполняет определённое действие:
Красный — звонок в скорую помощь;
Синий —звонок в полицию;
Белый — вызов пожарной службы;
Голубой — аварийная служба газа;
Пурпурный — коммунальные службы;
Зеленый — такси.
При нажатии на датчик нажатия отправляется сообщение SOS ближайшим родственникам или доверенным лицам.
3.3 Программа для запуска «Киберкотлеты»
Помощник «КиберКотлета» управляется при помощи нового программного обеспечения Education SPIKE (Рисунок 3.3.1, Приложение).
Передача задач между действиями осуществляется при помощи датчика цвета и датчика нажатия.
Программа помощника наиболее упрощена, так как его использование планируется для работы среди людей, не причастных к робототехнике, что обеспечит облегчение его эксплуатации.
Основная часть программы состоит из записанных звуковых дорожек, на которых, в нашем случае, человек рассказывает, что он глухонемой и ему срочно нужна помощь, называет адрес.
3.4 Демонстрация возможностей модели помощника для вызова экстренных служб
Полную демонстрацию работы нашей модели можно посмотреть на видео по ссылке https://disk.yandex.ru/i/7auJ3PwgA1lEAQ.
Ранее в нашей работе упоминалось об единственной компании делающей умные дома для людей с ограниченными возможностями. Но даже у этой компании не было устройства для вызова экстренных служб. Наше устройство очень простое в управлении и при небольшой доработке сможет служить дополнением к любому умному дому.
Работает оно просто: при возникновении экстренной ситуации, нужно поднести необходимый цвет к датчику и «КиберКотлета» совершит звонок в выбранную экстренную службу, куда сообщит адрес и призыв о помощи.
Кнопка SOS существует для того, чтобы человек смог вызвать срочно именно родственников или социальную службу.
Плюсы и минусы
- функционал ограничен заранее заданной программой.
- нет возможности объяснить причину вызова той или иной экстренной службы.
+ возможность расширения функционала с помощью добавления новых команд.
+ компактный размер.
+ автономная работа.
+ есть кнопка SOS.
Заключение
Рассмотрев систему умного дома в комплексе с современным устройствами для слабослышащих и глухонемых людей, мы определили, что главным недостатком этой системы является отсутствие устройств для вызова экстренных служб.
Для реализации вызова экстренных служб глухонемыми и немыми людьми используются смс сообщения, письма на электронную почту или видео звонки, но у этих способов есть значительный недостаток: большая затрата по времени, иногда же экстренные службу нужно вызвать незамедлительно (набирать смс-сообщение, когда прихватило сердце, и описывать в нем что произошло, несколько проблематично).
В данной работе мы создали устройство на базе конструктора Spike Prime, с помощью которого можно вызывать экстренные службы, не используя голосовые команды. При помощи датчика цвета, расположенного на верней панели устройства, заранее прописанная программа совершает звонок в ту или иную экстренную службу. Необходимо заметить, что эту модель предлагается использовать именно для очень экстренных вызовов, в остальных случаях можно использовать стандартные способы.
Данный проект можно использовать на занятиях робототехники для изучения работы датчиков, а также как идею для реализации похожего продукта, ведь иногда всего 1 секунда может спасти целую жизнь.
Список используемой литературы:
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа – https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. – 200 с.;
3. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;
Интернет источники:
4. https://sanktpeterburg.bezformata.com/listnews/gluhonemim-vizvat-skoruyu-ili/88024594/
5. https://ritual.ru/poleznaya-informacia/articles/skoraya-pomoshch-dlya-gluhonemyh/
6. https://www.iphones.ru/iNotes/nuzhen-li-umnyy-zamok-v-dome-07-31-2019
7. https://www.istok-audio.com
8. https://novate.ru/blogs/140911/18728/
Приложение
Рисунок 1.1.1 умный дом Рисунок 1.1.2 Камера SkyCam
Рисунок 1.1.3 умный звонок Рисунок 1.1.4 умный замок
Рисунок 1.2.1 Communicaid Рисунок 1.2.2 Очки с субтитрами
Рисунок 1.2.3 обучение речи Рисунок 1.2.4 виброподушка
Рисунок 1.2.5 очки улавливающие звук Рисунок 1.2.6 вибронаушники
Рисунок 1.2.7 жестоуловитель Рисунок 1.2.8 будильник
Рисунок 1.3.1 Умный дом Senso Рисунок 1.3.2 звоноу
Рисунок 1.3.3 регулятор Рисунок 1.3.4 датчик плача ребенка
Рисунок 1.3.5 тревожная кнопка Рисунок 1.3.6 регулятор
Рисунок 1.3.7
Рисунок 3.1.1 Конструктивные особенности модели
Рисунок 3.1.2 внешний вид спереди
Рисунок 3.1.3 внешний вид сбоку Рисунок 3.1.4 внешний вид сверху
Рисунок 3.1.4 датчик цвета Рисунок 3.1.5 датчик нажатия
Рисунок 3.1.6 Кнопка включения Рисунок 3.1.7 ящик для цветовых кубиков
Рисунок 3.3.1 Программа