Чего «не видит» трость

Технологии стремительно меняют качество жизни. Но для миллионов незрячих и слабовидящих людей даже безопасная прогулка по городу остается рискованной задачей. Трость помогает обнаружить препятствия внизу, слух улавливает движущиеся объекты. Однако между ними остается опасная зона: низко висящие ветки, дорожные знаки, козырьки подъездов — все то, что бесшумно и статично подстерегает на уровне головы и плеч.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Именно эту проблему решил закрыть десятиклассник московской школы №2120 Александр Поляков. Вместе с научным руководителем Романом Перепечаевым он разработал носимое устройство — повязку на голову с ультразвуковым эхолокатором. Датчик сканирует пространство впереди, а микроконтроллер преобразует расстояние до препятствий в тактильные сигналы: чем ближе объект, тем сильнее вибрация. В отличие от звуковых систем разработка не заглушает слух — пользователь продолжает слышать шум машин, голоса и другие важные звуки улицы. Акселерометр автоматически переводит устройство в спящий режим при отсутствии движения, экономя заряд батареи.

Проект не заменяет трость и слух, а дополняет их, закрывая ту самую слепую зону, которую не охватывают существующие аналоги. Сегодня он находится на стадии действующего лабораторного прототипа. Впереди — испытания с участием незрячих людей, доработка эргономики и подготовка к более масштабным полевым экспериментам.

«Ъ-Наука» поговорила с юным разработчиком о том, почему вибрация лучше звука, сколько ложных срабатываний он зафиксировал, как настраивал акселерометр и почему его устройство — только помощник, а не замена базовых навыков ориентации.

— Почему в качестве канала обратной связи вы выбрали именно вибрацию, а не, скажем, звуковой сигнал с пространственным позиционированием или легкое термическое воздействие? Как вы поняли, что тактильный паттерн не будет интерферировать с другими вибрационными сигналами в городской среде (например, от телефона или тактильной плитки)?

— Я выбрал вибрацию, потому что она не заглушает слух. Я считаю, что это самый важный фактор для безопасности человека в открытой среде. Например, на улице человек должен продолжать слышать звук машин, человеческие голоса. Звуковой сигнал отвлекает и может заглушить какой-то важный звук. Тепловое воздействие я не рассматривал, потому что считаю это достаточно сложным в реализации моего проекта. Вибрация моего устройства кардинально отличается от вибрации телефона или часов. Она плавно нарастает в зависимости от расстояния до препятствий: чем ближе препятствие, тем сильнее вибрация. И ощущается она на голове, а не в руке или в кармане. Поэтому спутать с другими вибрациями ее достаточно трудно.

— Ваш ультразвуковой датчик ориентирован вперед. Как вы решаете проблему дискриминации объектов: отличает ли система низко висящую ветку от, скажем, приближающегося человека или стены, которые не требуют оповещения? Какой процент ложноположительных срабатываний вы зафиксировали в ходе испытаний и как это влияет на доверие пользователя к устройству?

—Мой ультразвуковой датчик не различает объекты, а измеряет расстояние до препятствия. Я не считаю это критичным, поскольку моей первоначальной задумкой было обеспечить безопасность для незрячего человека, чтобы он не травмировал себе голову и всегда знал, что впереди препятствие. В любом случае незрячий человек должен быть осторожен. Когда я проводил испытания, примерно два-три срабатывания из десяти оказались ложными. Я считаю это приемлемым для прототипа и некритичным, потому что вибрация возрастает плавно в зависимости от расстояния до препятствий.

— Вибрация — это дополнительный сенсорный канал, который требует привыкания. Проводили ли вы исследования времени адаптации? Не перегружает ли устройство пользователя в сложной акустической среде, когда он одновременно слушает дорогу, ощущает трость и обрабатывает вибрационные паттерны?

— Я понимаю, что вибрация становится дополнительным каналом информации для незрячих людей, но в моем

устройстве она должна дополнять другие источники информации, такие как слух и трость, и не требует постоянного внимания. То есть человек должен просто ощущать вибрацию и понимать, что он приближается к препятствию. Это не звук, который может заглушить или по-настоящему перегружать человеческий мозг. Я проводил на себе испытания с закрытыми глазами, и мне потребовалось около пяти—семи минут, чтобы привыкнуть к вибрации.

— Вы упомянули акселерометр для перехода в спящий режим. Но ведь движение головы и само движение тела — разные вещи (человек может стоять, но поворачивать голову). Не приводит ли ваш алгоритм к ложному пробуждению или, наоборот, к задержке активации при начале движения? Какое реальное время автономной работы вы получили в полевых условиях?

— При первом запуске устройства акселерометр был очень чувствительным, реагировал на любые движения, даже малейшие. Но это всегда можно настроить в коде программы. И я настроил акселерометр так, чтобы он стал менее чувствительным и срабатывал на достаточно заметные движения, то есть человек мог повернуть голову спокойно и устройство не начинало вибрировать, оставалось в спящем режиме. Насчет реального времени работы — это около шести часов активной работы при условии, что человек целый день ходит и устройство работает постоянно, измеряет расстояние до препятствий, издает вибрации.

— Вы позиционируете устройство как решение для слепой зоны над тростью. Но не создает ли добавление нового сенсорного потока у пользователя иллюзию полной защищенности, из-за чего он может начать пренебрегать тростью или слухом? Как вы проектируете поведение устройства, чтобы оно именно дополняло, а не подменяло базовые навыки ориентации?

— Я всегда подчеркиваю, что мое устройство является дополнением к трости и слуху, но не их заменой. При анализе аналогов я обнаружил, что слух бессилен против бесшумных и статичных препятствий, таких как знаки, навесы, а трость просто не видит препятствия выше человеческого пояса. Поэтому у меня и зародилась идея — закрыть эту образовавшуюся слепую зону на уровне головы, шеи и человеческого пояса, создав эхолокатор.

— Повязка на голову — решение с высокой вариативностью по размеру и форме черепа, особенно у детей и пожилых людей. Как вы обеспечиваете стабильное положение ультразвукового датчика относительно горизонта, чтобы угол сканирования не менялся от движения или анатомических особенностей пользователя?

— Повязка в моем прототипе используется обычная, эластичная. Я понимаю, что она может подойти не на все размеры головы. В будущем я планирую переработать корпус и добавить ремешки, чтобы плотнее зафиксировать устройство на любой голове. Но и сейчас датчик держится крепко, ни разу не слетал за время тестирования.

— На какой стадии находится проект сейчас: лабораторный прототип, полевые испытания на группе пользователей или предсерийный образец? И главное, какая метрика эффективности для вас критична — снижение количества микротравм у пользователей, субъективный комфорт или скорость прохождения маршрута? Как вы планируете это измерять на следующем этапе?

— Проект находится на стадии лабораторной работы, прототипа. Все компоненты работают хорошо. Самое главное для меня — уменьшить количество травм и рисков удара головой. В будущем я планирую провести испытания среди незрячих людей, получить обратную связь, чтобы улучшить и доработать устройство.

Подготовлено при поддержке департамента образования и науки Москвы