研究者が400ドルの自走式白杖(スマートステッキ)を開発

研究者が400ドルの自走式白杖(スマートステッキ)を開発 テクノロジー
スタンフォード大学博士課程のMichael John Raitor氏が、自律走行車に使われるような道案内機能を備えて作成された白杖を試している様子。©Andrew Brodhead

ロボット工学や自動運転車の技術を応用したこの杖は、視覚障害者の生活を大きく変える可能性を秘めています。

白杖は、視覚障害者が社会生活を営む上で必要不可欠な道具として、多くの人に知られています。

今回、スタンフォード大学の研究者たちは、視覚障害者を安全かつ効率的に誘導する、手頃な価格のロボット杖を開発しました。

これは、自律走行車のツールを使用して、障害物の検出と識別、それらの物体の周囲を容易に移動し、屋内外のルートをたどることができる拡張杖です。

このような杖は、初めてではありません。

研究用のセンサー付き杖は、重くて高価なものが多く、重さは50ポンド(約22.6kg)、価格は約6,000ドルにもなります。

また、現在市販されているセンサー付き杖は、技術的に限られており、ユーザーの目の前にあるものしか検知できません。

最先端のセンサーを搭載したこの杖は、重さがわずか3ポンド(約1.36kg)で、既製の部品と無料のオープンソース・ソフトウェアを使って自宅で作ることができ、価格は400ドルです。

研究者たちは、このデバイスが、世界に2億5000万人以上いるといわれる視覚障害者にとって、手頃で便利な選択肢になることを期待しています。

スタンフォード大学インテリジェント・システム・ラボラトリーの大学院研究助手で、Science Robotics誌に掲載された論文の筆頭著者であるPatrick Slade氏は、「私たちは、センサー付きの単なる白杖ではなく、もっと使いやすいものを求めていました。邪魔なものがあることを教えてくれるだけでなく、そのものが何であるかを教えてくれて、それを回避するためのナビゲーションをしてくれるものです。」

この論文には、ダウンロード可能なパーツリストと、自宅でできるDIY用のはんだ付け手順が付属しています。

自律走行車の技術を借用

Stanford researchers build self-navigating smart cane for the visually impaired

この杖には、LIDARセンサーが搭載されています。

LIDARとは、一部の自動運転車や航空機に採用されている、近くの障害物までの距離を測るレーザーを使った技術です。

杖には、GPS、加速度計、磁力計、ジャイロスコープなど、スマートフォンに搭載されているようなセンサーが搭載されており、ユーザーの位置、速度、方向などを監視します。

また、この杖は、SLAM(Simultaneous localization and mapping)やビジュアルサーボ(画像内のオブジェクトに向かってユーザーを誘導する)などの人工知能ベースの道案内やロボットアルゴリズムを用いて判断します。

「私たちの研究室は航空宇宙学科に属していますが、これまで研究してきたコンセプトを視覚障害者の支援に応用できるのは非常に素晴らしいことです。」と語るのは、航空宇宙学科の准教授で、航空機の衝突回避システムの専門家であるMykel Kochenderfer氏です。

杖の先端には、地面との接触を維持するモーター駆動の全方向車輪が取り付けられています。

この車輪が、障害物を避けて左右に優しく引っ張ったり、うながしたりすることで、視覚障害者を導きます。

GPSと地図機能を搭載したこの杖は、ショッピングモールのお気に入りの店や地元のコーヒーショップなど、正確な場所を案内することもできます。

研究者たちは、パロアルト・ビスタ視覚障害者センターでボランティアとして参加したユーザーを対象に、杖を視覚障害者と目隠しをした健常者に持たせて実地テストを行いました。

そして、廊下を歩いたり、障害物を避けたり、屋外のウェイポイントを通過したりと、日常的なナビゲーションの課題をこなしてもらいました。

「私たちは、人間が主導権を握りながらも、適切なレベルの優しいガイダンスを提供することで、できるだけ安全かつ効率的に目的地にたどり着けるようにしたいと考えています。」とKochenderfer氏は語ります。

この点において、この杖は優れていました。

視覚障害者の歩行速度は、白杖のみの場合に比べて約20%向上しました。

また、目隠しをしている視覚障害者の場合は、3分の1以上のスピードアップという素晴らしい結果が得られました。

Slade氏は、歩行速度の向上は生活の質の向上につながると指摘しており、この装置が利用者の生活の質を向上させることが期待されています。

オープンソース化

杖はLIDARセンサーで近くの障害物までの距離を測定し、その周辺でユーザーを誘導します。

杖はLIDARセンサーで近くの障害物までの距離を測定し、その周辺でユーザーを誘導します。©Andrew Brodhead

研究者たちは、このプロジェクトのあらゆる側面をオープンソースで提供しています。

「私たちは、このプロジェクトを再現性とコストの面で最適化したいと考えました。コード、部品表、電子回路図などは、誰でも無料でダウンロードできます。自宅でハンダ付けして 私たちのコードを実行してください。家でハンダ付けして、我々のコードを走らせてみてください。とてもクールですよ。」とSlade氏は付け加えます。

しかし、この杖はまだ研究用の試作品であるとKochenderfer氏は指摘します。

「日常的に使用できるようになるまでには、多くの重要なエンジニアリングと実験が必要です。」と述べ、拡張機能付き杖をより手頃な価格で提供するために、設計を合理化し、生産規模を拡大できる産業界のパートナーを歓迎すると付け加えました。

チームの次のステップとしては、プロトタイプを改良し、一般的なスマートフォンをプロセッサとして使用するモデルを開発する予定です。

Published by Stanford University. Patrick Slade et al, Multimodal sensing and intuitive steering assistance improve navigation and mobility for people with impaired vision, Science Robotics (2021). DOI: 10.1126/scirobotics.abg6594