24/11/2023
Smartphone-apps: En ny vejfinder for synshandicappede
I en verden, der i stigende grad er digitaliseret, er det vigtigt at sikre, at teknologien er tilgængelig for alle. For blinde og svagtseende personer kan det at navigere i ukendte bygninger være en betydelig udfordring. Traditionelle navigationssystemer, der ofte er afhængige af visuelle signaler eller GPS, er sjældent effektive indendørs. Men hvad nu hvis din smartphone kunne blive din personlige guide i bygninger, uden behov for ekstern infrastruktur eller avancerede installationer? En gruppe forskere fra University of California, Santa Cruz, har udviklet netop dette – en suite af smartphone-apps, der bruger telefonens egne sensorer til at give præcis og brugervenlig indendørs navigation.
Forestil dig at skulle finde vej til et foredragssal på et stort universitetsområde eller finde den rigtige afdeling på et hospital. For en person uden synshandicap er dette typisk en simpel opgave, der involverer at følge skilte eller bede om vej. For en blind person kan det derimod være en kilde til betydelig stress og usikkerhed. Mange offentlige bygninger mangler grundlæggende tilgængelighedsforanstaltninger, der tager højde for synshandicappede. Arkitekter som Saif Khan påpeger, at der ofte mangler standardiserede retningslinjer for at gøre bygninger tilgængelige for blinde. De mest almindelige tilpasninger er ramper for personer med motoriske handicap, men der er sjældent tænkt over behovene for dem, der ikke kan se.
Dr. Arif Waqar, der har arbejdet tæt sammen med blinde, understreger, at selv inden for den medicinske og videnskabelige verden er fokus ofte på kurative løsninger frem for at løse de eksisterende praktiske problemer. "Vi satser ikke nok på teknologisk innovation, hvilket betyder, at reelle problemer fortsat består uden universelle løsninger. Hjælp til navigation er et af disse problemer," udtaler han.
Wayfinding og Backtracking: GPS for indendørs brug
For at imødekomme dette behov har et team ledet af Roberto Manduchi, professor i datalogi og ingeniørvidenskab ved UC Santa Cruz, udviklet to innovative apps: Wayfinding og Backtracking. Disse apps fungerer som en form for GPS for indendørs brug og kræver ingen forudgående teknisk opsætning i bygningen. Det mest bemærkelsesværdige er, at de udelukkende benytter sig af telefonens interne sensorer – accelerometret, gyroskopet og magnetometeret – til at måle brugerens bevægelse og position. Selv kameraet er ikke en del af ligningen, hvilket gør appsene yderst tilgængelige.
En af de mest bekvemme og sikre aspekter af disse apps er, at brugerne ikke behøver at holde telefonen i hånden, mens de navigerer. Dette er en afgørende fordel, da blinde brugere ofte allerede har en hånd optaget af at styre en førerhund eller en stok. Appsene giver lydsignaler via telefonens højttalere eller kan kobles til et smartwatch for diskret vejledning. Fem meter før et sving vil brugeren modtage en instruktion om den kommende retningsændring. Wayfinding-appen guider brugeren til deres destination, mens Backtracking-appen bruger den oprindelige rutes kort over rejsen og simpelthen vender den om for at give vejledning tilbage. I fremtiden planlægger teamet at integrere computer vision-teknologi, så brugerne kan tage et billede af deres omgivelser i en vanskelig situation, og en AI kan beskrive verden omkring dem.
Hvordan virker det? Teknologien bag
Forskningen bag Wayfinding og Backtracking er baseret på avancerede algoritmer og sensorfusion. I tests med syv blinde deltagere blev Wayfinding-appen brugt til at navigere ruter med op til 13 sving, og derefter blev Backtracking-appen brugt til at vende tilbage ad samme vej. En af de vigtigste teknologiske triumfer er, at disse apps fungerer, selvom telefonen ligger trygt i lommen. Dette eliminerer behovet for at holde telefonen i en bestemt position for at indsamle data fra omgivelserne.
Wayfinding-appen anvender to forskellige algoritmer: Azimuth/Steps og RoNIN. Azimuth/Steps-algoritmen bygger på princippet om skridttælling, hvor der oprettes en todimensionel skridtvektor ved hvert registrerede skridt. Retningsinformation hentes fra telefonens indbyggede kompas. For at estimere brugerens position anvendes et "dead reckoning"-system. Manduchi forklarer dette som en ældgammel navigationsteknik, hvor et skibs kurs beregnes ved hjælp af kompasset for retning og et "chip log" for hastighed. "Man rekonstruerer skibets rute ved at tegne en linje på kortet baseret på målt retning og hastighed."
Algoritmiske fejl, kendt som "drift", er uundgåelige i disse systemer. For at modvirke dette anvendes en teknik kaldet partikelfiltrering, som ofte bruges til rumlig sporing. I dette tilfælde bruges partikelfiltrering til at tilføje visse korrigerende begrænsninger for at undgå drift. "Vi kan ikke krydse vægge (medmindre vi er Superman). Tilføjelse af disse forudgående begrænsninger, der trækker på bygningens plantegninger, reducerer effekten af drift markant," forklarer Manduchi.
RoNIN-algoritmen blev primært brugt som en fejlsikring og til komparativ analyse. Under testene var den kun nødvendig én gang. Til estimering af den korteste rute benytter appsene sig af Apples GameplayKit-system, et framework der hovedsageligt bruges til spiludvikling. Det er værd at bemærke, at Apple allerede har et indendørs kort-framework tilgængeligt for udviklere.
Teamet har også integreret smartwatch-baserede kontroller, specifikt på et Apple Watch, ved hjælp af en kombination af touch-swipe, Digital Crown-bevægelser og VoiceOver. Appsene informerer brugerne om det næste sving, forkerte bevægelsesmønstre, nærliggende vartegn og når de bevæger sig ind i et nyt rutesegment.
Teamet udtrykker stor tillid til den inertial-baserede lokaliseringsmetode, der driver appen, primært fordi den er tilgængelig og ikke kræver ekstern infrastruktur for at tilbyde vejledningstjenester. Manduchi understreger dog, at Wayfinding og Backtracking "kun er eksperimentelle apps, stadig langt fra en distributionsversion." De overvejer at gøre dem open-source via UCSC Center for Research on Open Source Software-platformen, men en offentlig udgivelse kan tage tid for at adressere "flere praktiske problemer.""
Den store forhindring: Tilgængelighed af plantegninger
Et af de mest gentagne temaer bag udviklingen af disse apps er bekvemmelighed, og det lader til, at der ikke er krævende hardwarebegrænsninger. Manduchi bekræfter, at der ikke er specifikke ydelseskrav til den native hardware. De testede appsene på en iPhone X, der er otte år gammel, hvilket indikerer, at de fleste iPhone-ejere vil kunne køre de færdige apps uden problemer.
Den største udfordring for Wayfinding-appen ligger i tilgængeligheden af plantegninger. Appen er ubrugelig, hvis den ikke har adgang til bygningens plantegninger, helst i et vektoriseret format. Teamet har dog udviklet en webapp, der kan hjælpe med at vektorisere plantegninger i ethvert eksisterende format, så de kan bruges af deres app. De planlægger at gøre denne webapp offentligt tilgængelig.
Det reelle problem er dog selve tilgængeligheden af disse bygningskort. "Vores erfaring er, at tilgængeligheden af plantegninger for offentlige bygninger er plettet, og de tilgængelige plantegninger kan være i forskellige formater," siger Manduchi. Dette problem kan kun løses gennem frivillig deltagelse eller statslig intervention.
Arkitekter som Saif Khan påpeger, at de typisk leverer plantegninger i PDF-format, da det er det mest anvendelige for kunderne. "Realistisk set er de tunge vektorkort i IMDF-filer til ingen nytte for dem," siger Khan. Han forklarer, at selvom der ikke er tale om forretningshemmeligheder, deler de fleste arkitektfirmaer eller virksomheder ikke deres 3D-vektorkort, da det betragtes som intellektuel ejendom.
Disse vektorkort oprettes ofte i krævende programmer som Revit eller AutoCAD og kan kun ses eller manipuleres med disse programmer. Derfor giver det sjældent mening at dele dem. Selv hvis en bygningsejer er villig til at dele et kort, skal de først finde den oprindelige arkitekt eller planlægningsfirma, hvilket kan være en kompliceret proces på grund af logistiske, kontraktuelle eller juridiske årsager.
Situationen bliver endnu mere kompleks for bygninger, der drives af offentlige myndigheder. Ansøgning om tilladelse til at få adgang til vektoriserede kort kan være en langvarig og bureaukratisk proces. I lande som Indien, hvor mange offentlige bygninger blev opført under kolonitiden, kan det være som at finde en nål i en høstak at finde gamle plantegninger. Den eneste vej frem ville være professionel digital genopmåling, hvilket er en enorm opgave.
Fremtiden for tilgængelig teknologi
Open-source er sandsynligvis den mest meningsfulde vej frem for at sikre, at Wayfinding og Backtracking apps kan tilbyde navigation i en meningsfuld kapacitet. "Der er ingen arkitektoniske bestemmelser for blinde mennesker. Der er ingen håndhævelige retningslinjer," siger Khan. "Disse apps tilbyder i det mindste en levedygtig rute til at navigere forbi disse mangler."
Teknologiske fremskridt som disse apps repræsenterer et skridt i den rigtige retning mod en mere inkluderende og tilgængelig verden. Ved at udnytte den eksisterende teknologi i smartphones kan vi skabe løsninger, der giver synshandicappede større uafhængighed og sikkerhed i deres daglige liv. Selvom der stadig er udfordringer, især med hensyn til dataadgang, er potentialet for at forbedre livskvaliteten enormt.
Ofte stillede spørgsmål
Kræver appsene specifik hardware på telefonen?
Nej, appsene er designet til at fungere med de interne sensorer, der findes i de fleste moderne smartphones, inklusive ældre modeller som iPhone X.
Skal jeg holde telefonen i hånden for at bruge appsene?
Nej, en af de store fordele er, at du ikke behøver at holde telefonen i hånden, hvilket frigør en hånd til andre formål.
Hvad er den største udfordring for at gøre disse apps bredt tilgængelige?
Den største udfordring er manglen på tilgængelige og vektoriserede plantegninger for bygninger. Uden disse data kan appsene ikke fungere effektivt.
Kan appsene bruges udendørs?
Disse apps er primært designet til indendørs navigation. Til udendørs navigation er GPS-baserede systemer generelt mere egnede.
Hvornår vil appsene være offentligt tilgængelige?
Teamet arbejder stadig på at løse praktiske problemer og overvejer en open-source udgivelse. En præcis tidsramme er endnu ikke fastlagt.
Kan appsene integreres med andre hjælpemidler?
Ja, appsene kan kobles til smartwatches for at give diskrete vejledninger.
Hvad er forskellen på Wayfinding og Backtracking?
Wayfinding guider dig til en destination, mens Backtracking bruger en optaget rute til at guide dig tilbage den samme vej.
Hvis du vil læse andre artikler, der ligner App-baseret navigation for blinde, kan du besøge kategorien Teknologi.