Электронный поводырь для слепых «Электросонар»

На днях на хабре обсуждалась новость про создание прототипа прибора-бейсболки для слепых людей. Так как я занимаюсь этой проблемой почти год и писал на эту тему диплом, хотел бы предложить свой взгляд на решение проблемы людей с ограниченными возможностями. Статья будет интересна не только айтишникам, но и предпринимателям, а также людям, интересующимся проблемой инвалидности.


Первая идея создания прибора у меня возникла, когда в институте начали изучать микроконтроллеры. Невероятно хотелось перестать кодить примеры со светодиодами, ШИМами и прочей инициализацией микроконтроллеров, а сделать что-нибудь крутое и полезное, in real life. Решил поставить себе на авто самодельный парктроник, вмонтировав его в передний бампер (сзади уже было, а спереди, в условиях Москвы, бывает часто полезно). Собрал схему на коленке на ардуино мини, поигрался, жажду утолил.

Концепт и прототип

По натуре я предприниматель, в копилке уже был успешный опыт создания и продажи веб-проектов социальной направленности (в том числе сотрудничество с Яндексом). Буквально через несколько дней в голове родилась идея по коммерциализации и массового выпуска моих парктроников, но в совершенно ином применении — в области помощи инвалидам.

За несколько дней собрал первый прототип, используя всеми любимый arduino версии mini. Выглядел он не очень, однако это было вполне достаточным для проведения первых полевых испытаний на настоящих слепых.

И в «собранном» виде:

Для более серьезных испытаний был создан второй прототип, в жестком корпусе и уже с аккумулятором:

Результаты испытаний

Испытания на слепых прошли очень успешно. Такую откровенную радость и восторг, которые переполняли инвалидов, я видел только у маленьких детей в возрасте детсткого сада, которым на праздник подарили «лучший в мире» подарок. Один молодой парень-инвалид одел прибор и просто убежал вместе с ним, пока мы обсуждали полезность изобретения =) Нашли мы его на другой улице, через автомобильную дорогу от первоначального местонахождения. Парню очень понравился прибор, он впервые в жизни ощутил, что значит передвигаться по улице самому, без посторонней помощи и даже без трости. Нам, видящим, это понять сложно, но наверное это схоже долгому, но чудесному восстановлению людей после травмы, которая лишила их возможности ходить, и чувствовать себя полноценным человеком. Также прибор отлично показал себя при испытании на людях преклонного возраста. Одна 80-ти летняя старушка уже через пару минут спокойно передвигалась по помещению общества слепых (это к вопросу об обучаемости).
Было решено продолжить разработку, к тому же начала вырисовываться перспективная дипломная работа.

Конкуренты

За пару недель проштудировал рунет и зарубежную часть сети и выяснил (как и автор статьи про бейсболку), что в мире существуют в основном прототипы подобных приборов (раз, два, три), и буквально несколько реализованных вариантов, отличающихся довольно высокой ценой (четыре — 300£, пять — 635£). Слышал про подобные разработки еще в Советском союзе и в России, но ничего найти так и не смог. Все найденные концепты использовали различные виды коммуникации с инвалидом, но в основном посредством звука.

Техническая часть

Далее началась плотная работа по изучению способов коммуникаций и воздействия на человека. Оказалось, это очень обширная тема.

Электронные сигнализирующие приборы широко используются в цехах на заводах многих отраслей промышленности. Одна из самых важных потребностей в сигнализирующих приборах — обратная связь оператору, что тем или иным станком или механизмом был достигнут необходимый результат. Почти все сигнализирующие приборы на рынке содержат звуковую тревогу, предупреждающую о достигнутом результате. Кроме того, некоторые приборы содержат визуальные сигнализирующие механизмы, например лампочки различных цветов (как правило красные, желтые и зеленые). В шумной окружающей среде или местах, где инструмент используется в условиях ограниченной видимости его пользовательского интерфейса, возможно, что ни одна из этих тревог не достаточна для уведомления оператора. Подходящее решение этой проблемы состоит в том, чтобы объединить визуальные и звуковые способы предупреждения оператора с тактильным сигнализированием, посредством вибрации. Выгода обратной связи с помощью вибрации хорошо известна всем, кто использует мобильный телефон.
Цитата из моей дипломной работы

И сравнение найденных способов сигнализирования в условиях ограниченных возможностей слепого человека. Ребята с кафедры нейропсихологии МГУ просветили меня на тему плюсов и минусов того или иного способа сигнализирования, посоветовали нужную литературу. Подробно изучил с десяток книг по психологии, бионике, исследованиях о слепых, а также животных (особенно о дельфинах и летучих мышах), посмотрел несколько художественных фильмов (всем советую фильм про слепого музыканта всех времен и народов Рэя Чарльза). Когда был в Германии и Франции на презентации прибора, сам ходил по городу с повязкой на глазах и с прототипом прибора, что вызывало бурный интерес и восторг у окружающей публики =)
В итоге я пришел к выводу, что целезообразнее всего использовать тактильную обратную связь и «не забивать» слуховой канал, т.к. слепые людии ориентируются в основном по слуху, улавливая эхо от цоконья каблуков и оценивая таким образом расстояния в окружающем мире. К тому же, обратная связь организма человека на внешний раздражитель является самой быстрой при использовании именно тактильных каналов (самый медленный способ, как ни странно, через зрение). В качестве воздействия будем использовать вибрацию. Хотя были и другие варианты, которые не подошли из-за особенностей человеческой психики. Например человек быстро привыкает к постоянному внешнему монотонному воздействию, — к небольшому надавливанию или сжатию на участки тела. Также как и к постоянному монотонному громкому звуку (все мы умеем засыпать в самолетах или автобусе, переставая слышать шум мотора). Так называемая адаптация к внешним шумам.

Тем временем, была выбрана электронная начинка. Это будет плата собственного изготовления (т.к. ардуино занимает сшишком много места), датчики (ультразвук + инфракрасные) и аккумулятор:

На плате atmega88 (или atmega168 как на ардуино), набор микрух для зарядки аккумулятора и управления электродвигателем, импульсный преобразователь напряжения, звуковая пищалка и прочее. Все это дело рассчитывалось и тестировалось с осцилографами и т.п. (вплоть до обоснования выбора транзисторов), дипломная работа же =) Заказывалось на заводе в Китае, дешево и по качеству очень даже. Плата двухсторонняя, размер 24х48мм, компоненты SMD (размер 0603), отступы между дорожками в некоторых местах 0.15 мм. За качество пайки помидорами не кидать, впервый раз паял такую мелочь, без нормальной станции и с жутким припоем:

Затем был создан концепт корпуса:

Копрус крепится к руке на ремешке, в области запястья (тыльной стороны ладони). Серебристая таблетка на ремешке снизу — вибродвигатель, для коммуникации прибора с человеком. На корпусе расположены пару кнопок (включение-выключение, ближний-дальние режимы), гнездо для штекера от блока питания для зарада аккумулятора. И конечно же два милых глаза, почти герой из трогательного мультика Валли =)

Первый реальный прототип, напечатанный на 3D принтере получился немного страшнее концепта, но всему свое время:

Характеристики разработанного прибора и принцип действия

Прибор носится на руке, по принципу обыкновенного фонарика. Обнаружив препятствие, Электросонар подает вибрационный сигнал разной длительности (длительность сигнала зависит от расстояния до препятствия). Направляя прибор в разные стороны, можно получить четкую картину об окружающих препятствиях, например бордюрах, ступенях, стенах. Предусмотрено несколько режимов работы, как для небольших, замкнутых пространств (квартира), так и для использования на открытом, «уличном» пространстве.

• Дальность обнаружения препятствий — до 7 метров;
• Вес — менее 150 грамм;
• Размер — не более 7х7х3.5 сантиметров (ДхШхВ);
• Время автономной работы — более 4 часов;
• Температурный режим работы — до -30 градусов;
• Питание — от встроенного аккумулятора, зарядное устройство в комплекте.

Участие в выставках, международные поездки, знакомства

Успел поучаствовать в Подмосковной выставке, встретился с бывшим губернатором области, Б.Громовым, даже наградили какими-то грамотами.

И как уже отметил выше, побывал в Германии, во Франкфурте, у них есть классный музей, где каждый желающий может почувствовать себя слепым на пару часов, задуматься о трудностях жизни в темноте, поблуждать по лабиринтам и даже посетить «слепой» обед.

Очень классный способ провести один из свободных выходных для всей семьи, который способствует пониманию, что вокруг тебя есть другие люди, с ограниченными возможностями, с совсем другим стилем жизни и привычками. Жаль подобного до сих пор нет в России. Директор музея, к слову, слепой.
Также был во Франции, в Страсбурге. Первые вопросы были, как ни странно, о безопасности и противопоказаниях (не будет ли у людей аллергии на материал из которого состояит прибор и т.п.). При этом ни во Франкфурте, ни в Страсбурге подобных приборов еще не видели, что для меня было большим удивлением.
С главным Московском отделении слепых отношения сложились довольно прохладные с самого начала. «Подобное уже есть, ты не изобрел ничего интересного, мы давно знаем про подобные приборы». Однако даже в Подмосковных филиалах общества слепых прибор оказался для всех открытием.

Экономическая часть, коммерциализация и трудности

Успешно защитил диплом, начал думать о том, как довести прибор до серии. Экономические рассчеты показали, что себестоимость прибора — примерно 1700 руб. за штуку, что в общем то отличные показатели, по сравнению с конкурентами. Обращался с предложением к нескольким крупным предприятиям (Ногинский ЗАО НПЦ «Прибор» и Московский ОАО «Концерн радиостроения «Вега»). Везде был очень тепло встречен, все заинтересовались и начали работу со мной. Но на сегодняшний день еще нет никаких результатов. В первом случае, особой инициативы не было, все действия ждали от меня, свежевыпустившегося инженера без опыта и практики организации производства. Во втором концерне думают уже пару месяцев. Единственные наиболее заинтересованные на сегодняшний момент — ребята-предприниматели из Бизнес Молодости.

По ходу работы я понял, что одному такой проект тянуть на себе очень сложно. Запуск производства оказался вопросом непростым, есть масса подводных камней, например с патентованием, сертификацией, сбытом-распространением, гарантием-ремонтом-возвратом. К тому же, на весь проект я уже потратил приличное количество собственных средств (спасибо предыдущим проектам, создавшим некую финансовую подушку), которые имеют свойство заканчиваться =)
Со временем тоже есть трудности — готовлюсь к сдаче международного экзамена по английскому и поступлению в Европейскую магистратуру/аспирантуру. Параллельно веду другой проект, который, в отличии от прибора, дает прибыль в короткосрочной перспективе, и кое-как с его помощи закрываю аппетит прожорливого прибора =)

Итоги

В итоге, прибор получился простым, дешевым и компактным, при этом является отличным помощником инвалида. Хотя не лишен недостатков, но на дипломе мне сказали так: «Недостаток данного прибора — простота. Что с другой стороны является его главным конкурентным преимуществом». И пока сомневающиеся обсуждают недостатки представленного «недозрения», сравнивая данный метод со сложными системами видео-распознавания изображения, приборами на базе microsoft kinnect'a, или с вживляемыми чипами, инвалиды тем временем в восторге (мне пришло уже более десятка просьб о как можно скорой покупке прибора, вообще без какой-либо рекламы). Поймите главное, у современных инвалидов нет и такой возможности иметь хотя бы элементарное представление об окружающем пространстве на расстоянии бОльшем длины трости.

На сегодняшний день, проект находится в полузамороженном состоянии. Для массового производства необходимы некоторые технические доработки (особенно корпуса). Поэтому я ищу любую помощь и единомышленников. Как в техническом плане, так и в организационном, в коммерциализации.
Есть мысли выйти на Китайцев, предложить им мою разработку и наладить производство у них. Тогда прибор будет стоить вообще копейки. Но пока это лишь мысли.

Спасибо уважаемому хабрасообществу за внимание. Буду рад выслушать любые идеи, советы, предложения и рекомендации.

Автор: oleamm

Источник