مروری بر طبقه بندی انواع ویلچر های هوشمند

با ورود فناوری‌های نوین و پیشرفته به دنیای ویلچرهای الکتریکی، امید است آزادی حرکت و استقلال افرادی که از ویلچر استفاده می‌کنند افزایش یابد. در این مقاله، طبقه‌بندی ویلچرهای هوشمند (Smart Wheelchair) را معرفی می‌کنیم. بر ویلچرهای الکتریکی (Power Wheelchair) مروری داریم و فناوری ویلچرهای هوشمند را مورد بررسی قرار می‌دهیم. با مجله‌ی فناوری‌های توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.

روش‌های مسیریابی هوشمند

یک ویلچر هوشمند تنها از حسگرها و سخت افزار هوشمند بهره نمی‌برد. ویلچرهای هوشمند مجهز به سامانه‌های هوشمند تعیین مسیر هستند. کاربرانی که برای هدایت دستی ویلچر مشکل دارند بیشترین استفاده را از این فناوری‌ها می‌برند. در ادامه‌ به شکل خلاصه به روش‌های تعیین مسیر موجود تا نیمه‌ی سال ۲۰۱۷ اشاره خواهد شد.

یادگیری ماشین

الگوریتم‌های هوش مصنوعی با پیش‌بینی مسیر نهایی و موانع موجود در راه راهگشا هستند. الگوریتم شبکه‌های عصبی برای تشخیص موانع به کار می‌رود. داده‌های حسگرهای صوتی و نمودار تجمع موانع نیز می‌تواند مفید باشد. در کل این سامانه‌ها در سه مرحله به کاربر یاری می‌دهند: تعیین نفشه‌ای از محیط، تشخیص موانع و پیش‌بینی مسیر.

دنباله‌روی از فرد راهنما

بسیاری از سامانه‌های هوشمند ویلچرها قابلیت دنباله روی از یک فرد همراه یا راهنما را دارا می‌باشند. این سامانه‌ها جهت‌گیری بدن همراه و جهت حرکت وی را شناسایی می‌کنند. برنامه‌ی ویلچر از این داده‌ها برای دنباله‌روی از راهنما با حفظ فاصله‌ای ثابت از وی استفاده می‌کند. در برخی موارد با ثبت داده‌های رفتار روزانه‌ی کاربر دنباله‌روی از همراه بهبود می‌یابد. در این مورد الگویی از برنامه ی روزانه کاربر بدست می‌آید. بر اساس این الگو مسیر ویلچر تخمین زده می‌شود.

ردیابی موضعی

یکی از چالش‌های مهم سامانه‌های مسیر یابی ویلچرها تشخیص موانع در فضای آزاد و یا داخل ساختمان است. داده‌های GPS در این موارد نباید معیار اصلی کار باشد زیرا همواره در دسترس نیستند. به عنوان مثال در فضای پر درخت این داده‌ها برای تشخیص موانع نزدیک از مرتبه سانتی متر قابل استفاده نیستند. داده‌های GPS معمولا با داده‌های IMU یا Inertial measurement unit ترکیب می‌شود. در محیط‌های بسته که داده‌های مکان‌یابی جهانی قابل استفاده نیستند ویلچر باید با تکیه بر سامانه‌های حسگری و دوربین‌های سوار شده روی ویلچر موانع محیطی را تشخیص دهد. ذخیره سازی موانعی که کاربر از آن‌ها عبود کرده نیز برای استفاده‌های بعدی می‌تواند مفید باشد.

مسیر یابی

سامانه‌های پیاده‌سازی شده در ویلچرهای هوشمند به منظور مسیر یابی به این شرح می‌باشد:

هدایت نیمه خودکار با چرخ جلو( Rofer et al. 2009 )
سامانه‌ی تشخیص مانع، مسیر یاب هوشمند با استفاده از نقشه‌ی داده شده‌ی محیط و مکان اولیه‌ی ویلچر که برای تعیین خودکار مسیر از نقطه ی شروع تا پایان به کار می‌رود ( Viswanathan et al 2011 )
توقف درست با جهت‌گیری صحیح ویلچر ( Jain et al ) و یا ویلچر سوار شده روی سایر وسایل نقلیه ( Gao et al. 2007 )
مکان‌یابی در محیط‌های شلوغ با ردیابی سر افراد ( Tomari et al. 2014 )

ترکیب کلیه‌ی این روش‌های می‌تواند هدایت تمام خودکار ویلچر را ممکن سازد. حتی در این مور کاربر باز هم به کمک یک پرستار نیاز خواهد داشت. اما استقلال کاربر بیشتر می‌شود.

عوامل انسانی در ویلچرهای هوشمند

کاربران ویلچرها علاوه بر افراد سالمند، افراد دارای معلولیت حرکتی شامل افراد دارای مشکلات بینایی و مشکلات دیگر نیز هستند. چالش طراحی یک مشکل هوشمند تا حد زیادی به کاربر مخاطب آن باز می‌گردد. کاربران دارای مشکلات نخاعی، قلب-مغزی، حرکتی و … نیازهای متفاوتی دارند. هر چند استفاده از ویلچرهای فعال دارای موتور می‌تواند بسیار مفید باشد، در بسیاری موارد برای کمک به کاربر کافی نیست. به خصوص سامانه‌های فعال نیازمند کنترل دستی برای کلیه‌ی کاربران ویلچرهای هوشمند مفید نیست.

حفظ حریم شخصی

در طراحی ویلچرهای هوشمند باید به راحتی کاربر نیز توجه کرد. این مورد شامل حفظ حریم شخصی نیز هست. به نظر می‌رسد که برخی حسگرها و دوربین‌های مورد استفاده در ردیابی باید در مواقعی که کاربر نیاز به محیطی کاملا شخصی دارد خاموش باشد. در واقع آن چه که در مورد روابط انسان با انسان برقرار است، تا حدودی در مورد سامانه‌ها هوشمند نیز صادق است.

ترجیح کاربر

بدون تمایل مخاطب به استفاده، حتی یک ویلچر تمام هوشمند نیز بی‌استفاده خواهد بود. به همین دلیل سازندگان ویلچرها هوشمند علاوه بر سنجش کارایی، رضایت و تمایل کاربر را نیز در هنگام استفاده از ویلچر می‌سنجند. نمونه‌ای از این مطالعات توسط Gironimo و همکارانش در دانشگاه Naples در سال ۲۰۱۳ انجام شد.

مطالعات نشان می‌دهد که سالمندان تمایل به استفاده از سامانه‌هایی دارند که با ابزارهای صوتی با کاربر ارتباط برقرار کند. همچنین به دلیل شخصی بودن سرعت ایده‌آل حرکت برای هر فرد، سالمندان به استفاده از سامانه‌هایی با سرعت قابل تنظیم گرایش بیشتری دارند.

فیزیولوژی

سازگار ساختن ویلچر با کاربر همواره اهمیت دارد. به عنوان مثال باید دانست که کاربر در چه حالتی روی ویلچر احساس راحتی بیشتری می‌کند. به عنوان نمونه می‌دانیم که کج شدن ویلچر و یا عبور از محیطی ناصاف یا شیبدار کاربر را ناراحت می‌کند. پژوهشگران موسسه‌ی صنعتی کیوتو ( Kyoto Institute of Technology ) روی این موضوع متمرکز هستند تا دلیل ناراحتی کاربر را بیابند.

کاربران ویلچرها همچنین باید برای استفاده از این سامانه‌ها آموزش ببینند. برنامه‌ی آموزش خانگی استفاده از ویلچر گروه Giesbrecht در سال ۲۰۱۴ به همین منظور اینجاد شد. این برنامه توسط یک تبلت با کاربر ارتباط برقرار می‌کرد.

مطالعات German Aerospace Center نشان می‌دهد که کاربرانی که مشکلات عمده در اجرای حرکات ظریف با دست، مچ و … دارند در هنگام استفاده از ویلچرهای خودکار دارای باتری بیشتر دچار سانحه می‌شوند. به همین علت باید درصد حرکات خودکار وسیله برای کاربر بهینه شود.
بازخوردها اجتماعی

مطالعات آماری در دانمارک سال ۲۰۱۴ دلایل استفاده از سامانه‌های کمکی را جمع‌آوری کرده است. این پژوهش نشان می‌دهد که افراد متقاضی به چه دلایلی تمایل به استفاده از فناوری‌های کمکی هستند. کیفیت زندگی، دریافت هدفی شخصی برای زندگی، ادامه‌ی فعالیت‌های سابق، تجسم مثبت از شخصیت فردی، شان اجتماعی، استقلال، فعالیت و همکاری، امنیت و مراقبت از خود، کمبود دسترسی به محیط اطراف و … از جمله‌ی این دلایل هستند.

موانع حضور کاربران ویلچرها در اجتماع

این پژوهش موانع حضور افراد در اجتماع را نیز بررسی کرده است.

در سطح شخصی توانایی محدود کاربر یا ناتوانی فیزیکی که به نوعی به بیماری، قدرت یا تحمل فرد مربوط شود.
در شهر شیوه‌ی نامناسب ساخت بناها می‌تواند دسترسی را محدود کند. بارزترین مثال استفاده از پله یا سطح شیبدار با شیب بسیار زیاد است.
در سطح جامعه روابط اجتماعی
نامناسب بودن وسایل کمکی برای کاربر خاص
سن و اعتماد به نفس در استفاده از ویلچر