Проекты

Умная роботрость для 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 № 1571
Предметы: Биология
Классы: 6 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

По разным данным, от 60 до 90 % информации человек получает с помощью зрения. К сожалению, по тем или иным причинам некоторые люди его лишены. Одна из проблем незрячего или слабовидящего человека – ориентирование в пространстве. Для слабовидящих и слепых разработано не так много приспособлений, облегчающих жизнь. Основной помощник – белая трость, используемая как идентификационное и вспомогательное средство при передвижении. Кроме этого также есть звуковые светофоры, тактильная плитка на тротуарах, навигаторы в смартфонах, но этого также не всегда достаточно. Главный помощник слепого человека – собака-поводырь, но это дорого и не всем доступно.

Поэтому разработка простого в обращении и доступного каждому устройства является актуальной задачей.

Цель

Создать устройство для помощи людям с проблемами зрения.

Задачи

  1. Изучить анатомию глаза.
  2. Провести анкетирование одноклассников.
  3. Взять интервью у офтальмолога.
  4. Познакомиться с передовыми разработками в области роботизации медицины.
  5. Разработать план сборки трости и программу на платформе Arduino, собрать трость. Проверить трость в работе.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Персональный компьютер
  • Платформа Arduino
  • Отладочная плата Arduino Nano
  • Ультразвуковые датчики расстояния (2 шт.)
  • Блок питания с батарейками
  • Зуммер
  • Провода

Описание

Проведя анализ результатов анкетирования, авторы выяснили, что половина одноклассников имеет проблемы со зрением и плохо представляет, что нужно делать, чтобы его сохранить.

Авторы составили памятку по сохранению остроты зрения и встретились с офтальмологом, чтобы максимально правильно сформулировать рекомендации.

После этого началась разработка умной роботрости. Схема трости представлена на рисунке № 1.

Рисунок № 1.

Авторы использовали следующую методику проведения эксперимента:

  1. Датчики, зуммер и Arduino Nano поместили в беспаечную макетную плату.
  2. Через USB-вход платы Arduino загрузили программу, управляющую работой ультразвуковых датчиков.
  3. К плате Arduino подсоединили посредством пайки ультразвуковые датчики, проверили их работоспособность.
  4. К плате Arduino посредством пайки подсоединили динамик (зуммер).
  5. Плату Arduino подсоединили к батарейному источнику питания.
  6. Проверили надёжность крепления всех деталей локатора.
  7. Для блока питания, датчиков расстояния и платы Arduino изготовили коробку и крепления на 3D-принтере.
  8. Смонтировали тумблер питания, проверили работу датчиков.
  9. Закрепили все составляющие на трости и соединили их с помощью проводов посредством пайки. 
  10. Проверили практическую работу трости. Полученные результаты проанализировали.

При приближении к преграде датчик улавливает препятствие и подает звуковой сигнал; высота тона звука увеличивается по мере приближения к препятствию, поскольку срабатывает принцип локатора-сонара. Принцип действия таков: ультразвуковой дальномер генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и слушает эхо. По времени распространения звуковой волны туда и обратно датчик определяет расстояние до объекта. Нижний датчик улавливает низкие преграды (высотой от 8 до 40 см от поверхности земли), верхний датчик улавливает высокие преграды (от 45 см и выше). Звуковые сигналы верхнего и нижнего датчика различаются по тональности. Если на пути возникает преграда, которую улавливают оба датчика, звуковые сигналы чередуются. Если препятствие не обнаружено, то звуковой сигнал не слышен.

Диапазон измерения локатора составляет до 10 см (нижний датчик) и до 80 см (верхний датчик). 

Результаты работы/выводы

Поставленные задачи были полностью выполнены: 

  1. Используя различные источники, авторы изучили анатомию глаза, разобрали механизмы возникновения нарушений зрения. Изучили различные заболевания, приводящие к слепоте и потере зрения.
  1. Проведя анкетирование сверстников, авторы пришли к выводу, что большинство детей не знают, как сохранить зрение, при этом у половины опрошенных уже есть нарушения зрения.
  1. Основываясь на результатах анкетирования, авторы встретились с офтальмологом и обсудили способы поддержания остроты зрения. На основании беседы была подготовлена памятка.
  1. Изучив передовые разработки медицинской робототехники, авторы сделали вывод, что в будущем роботы значительно облегчат работу врачей и младшего медицинского персонала.
  2. На основании проведенного исследования и анализа практического использования была разработана трость на основе двух ультразвуковых датчиков (локаторов-дальномеров), которая обнаруживает и распознает препятствия с помощью программируемой платы Arduino.

Перспективы использования результатов работы

В будущем авторы планируют внести в конструкцию умной роботрости новые функции, доработать недочеты.

Мнение автора

«Мы считаем, что наше исследование очень актуально и способно практически поддержать людей с проблемами зрения. Очень приятно, что наше хобби – робототехника – может приносить реальную помощь слабовидящим людям»