Проекты

Система для ориентации в пространстве и повышения мобильности слабовидящих

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея»

Направление работы: Робототехника
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1535
Предметы: Физика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

Слабовидящие люди не могут вести полноценную жизнь, поэтому для их адаптации в окружающем мире необходимо создавать условия и вспомогательные устройства, которые помогут им ориентироваться в пространстве. Сегодня существует несколько проектных решений для топографической ориентации слабовидящих, но они несовершенны. Поэтому вопрос, связанный с повышением мобильности слабовидящих, является актуальным.

Цель

Создать прототип удобного и недорогого технического устройства, помогающего в топографической ориентации и социальной адаптации слабовидящим с помощью технологии стереозрения.

Задачи

  1. Изучить литературу по теме.
  2. Изучить технологию стереозрения.
  3. Овладеть навыком работы с Raspberry Pi 3B+, паяльной станцией, платой записи аналогового видео EasyCap.
  4. Создать прототип устройства для ориентации в пространстве и повышения мобильности слабовидящих.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Raspberry Pi 3B+
  • Транзистор Дарлингтона ULN2803A
  • Вибромотор
  • Web-камеры Genius WideCam F100
  • Аккумулятор c USB type-A
  • Аккумулятор 3.7V
  • Пояс с магнитной застежкой
  • Поролоновый штатив для камер
  • Провода, кабели, стяжки, изолента
  • Паяльная станция
  • Аналоговые камеры
  • Плата записи аналогового видео EasyCap

Описание

При реализации данного проекта была использована природоподобная технология стереозрения. При приближении человека с нарушением зрения к препятствию система определяет дальность до предмета по кадрам с двух камер, преобразует значения дальности в интенсивность вибрации и предупреждает ею пользователя об опасности.

Карта глубины

Вибромотор включается именно со стороны препятствия. Такая система вибрации обеспечивает «угол обзора» примерно в 130 градусов. Это позволяет человеку с нарушением зрения уверенно ориентироваться в пространстве даже в незнакомых местах. Штатив в сборе с камерами представлен на изображении.

Контроллер управляет электрической схемой на вибропоясе. Таким образом, две веб-камеры отправляют изображения на контроллер Raspberry Pi 3 B+, где по ним рассчитывается карта глубины (с использованием данных откалиброванной системы). Далее GPIO-контроллер отправляет управляющий сигнал на электрическую схему, включая вибромоторы с определенной силой. По вибрации пользователь может ориентироваться в пространстве.

Результаты работы/выводы

В ходе работы над проектом многие проблемы аналогов были решены. Это было достигнуто благодаря использованию технологии стереозрения и созданию связи человека и компьютера, основанной на вибрации. Такой подход позволяет интуитивно ориентироваться в пространстве по интенсивности зональной вибрации на поясе. Удалось достичь точности, достаточной для эффективного взаимодействия человека и компьютера.

Перспективы использования результатов работы

Разработанный прототип готов к потенциальному запуску в мелкосерийное производство и к распространению среди слабовидящих. Созданы и документированы правила и особенности использования вибромоторов для ориентации пользователя в пространстве, что может быть использовано в будущих исследованиях и разработках по данной теме.

Награды/достижения

  1. МГК 2020-2021 (региональный трек конкурса «Большие вызовы», секция «Природоподобные технологии и нейротехнологии») – победитель.
  2. Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» по направлению «Многообразие науки» – победитель.
  3. Конкурс «Высший пилотаж» направление «Авангард» секция «Computer Science» – призер.
  4. XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науку» секция «Информатика» – победитель II степени.
  5. Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» по направлению «Инженеры» 2021 г. – участник заключительного этапа.

Мнение автора

«На мой взгляд, конференция «Курчатовский проект — от знаний к практике, от практики к результату» дает бесценную возможность рассказать о своих идеях и достижениях и получить объективную оценку экспертов. Также опыт создания, оформления и защиты научной работы уже в школе – великолепный шанс испытать свои навыки и наметить дальнейший вектор развития в выбранной профессиональной области»