Haptisk hjelm til brandmænd

Forestil dig, at brandmænd forsøger at navigere gennem en ukendt, brændende bygning fuld af kvælende røg og øredøvende støj. Brandslukning er ekstremt farligt, og førstehjælpers evne til at opretholde kommunikation i fjendtlige miljøer kan bogstaveligt talt betyde liv eller død.

Det er udfordrende at udvikle teknologier til at forbedre sikkerheden og effektiviteten for brandmænd, fordi røg og støj påvirker menneskelige sanser, og de forringer computersynsalgoritmer, der giver navigationsvejledning.

Udelukker audio og visuelle tilgange, et tværfagligt forskerhold fra Carnegie Mellon University (CMU) udforsker haptiske grænseflader som alternative kommunikationskanaler for brandmænd. En haptisk grænseflade er et system, der gør folk i stand til at interagere med en computer gennem deres kropsbevægelser.

Yang Cai, en senior systemforsker i Carnegie Mellon CyLab og direktøren for Visual Intelligence Studio, leder holdet, der modificerede en brandmandshjelm ved at tilføje haptiske aktuatorer, en kontrolboks med et radiomodul, og andre enheder til at levere realtidsinformation til brandmænd. De kaldte deres prototype "Haptic Helmet".

Hjelmen kommunikerer retninger til en brandmand ved at sende en buzz foran, tilbage, eller sider af hovedet, indikerer at gå fremad, hold op, eller drej til venstre eller højre. De haptiske signaler sendes til hjelmen fra en RF-fjernbetjening, der er i nærheden, eller fra en virtual reality-simulator via et kabel.

Drivkraften til dette projekt var National Institute of Standards and Technology (NIST) Public Safety Communication Research (PSCR) Divisions Haptic Interfaces for Public Safety Challenge. Konkurrencen vurderede brugen af ​​virtual reality-miljøer som et udviklingsværktøj til at skabe sikkerhedsteknologier. Udfordringen undersøgte også relevansen af ​​haptiske grænseflader til at hjælpe førstehjælpere. I november 2019 vandt CMU-teamet udfordringen og en ekstra pris for deres prototype som den "mest kommercielt lovende."

"Vi ønskede at holde designet meget enkelt og have meget hurtig prototyping. Vores løsning på problemet var den enkleste, og det kan være billigt, " sagde Cai.

Under flerfasekonkurrencen, hjelmen blev testet i virtual reality-scenarier, og i en sidste udfordring, hjelmen blev testet live i en brandmandstræningsfacilitet i Colorado. I en række forsøg, forskellige brandmænd tog hjelmen på og banede sig vej gennem en kulsort, røgfyldt bygning. En CMU-forsker ville følge brandmanden gennem mørket med et termisk kamera, så han kunne sende anvisninger til hjelmen. Dette blev gjort, fordi konkurrencen blev konstrueret til at holde testen fokuseret på det haptiske system og ikke deltagernes trådløse radiosystemer. Under retssagen, hjelmen fungerede effektivt, og brandfolkene kom hurtigt igennem banen.

"Ved konkurrencen halvdelen af ​​dommerne var rigtige brandmænd og generelt, de kunne lide vores tilgang, fordi den var den mest intuitive. Hvis du fik en summen på venstre side af dit hoved, du kigger mod venstre. At være intuitiv er vigtig, fordi brandslukning er virkelig stressende, " sagde Florian Alber, en CMU forskningsingeniør.

Andre vindende egenskaber var, at haptikerne var indlejret i et eksisterende stykke udstyr, så det tog ingen ekstra tid at tage hjelmen på. Det var nemt for førstehjælpere at lære at bruge systemet, også.

"Det tog os kun et minut at forklare brandmændene, hvad hver af kommandoerne betyder, " sagde Sean Hackett, en CMU forskningsingeniør.

Hjelmen var udstillet på NIST's PSCR-stand ved 2020 Consumer Electronics Show i Las Vegas. I fremtiden, holdet vil arbejde med Pittsburgh brandmænd, indsamle feedback om hjelmen for at forbedre dens funktionalitet i bredere brandslukningsaktiviteter.

CMU forskerholdet omfatter Cai; Hackett; Alber; Roberta Klatzky, professor i psykologi og menneske-computer-interaktion; Mel Siegel, professor emeritus i Robotics Institute; Ben Graham, bachelorstuderende i elektro- og computerteknik; og Weizhe Guo, praktikant i Visual Intelligence Studio. Lenny Weiss, MD, fra University of Pittsburgh School of Medicine fungerede som medicinsk rådgiver under projektet.