让“渐冻人”真正“动”起来

—— 西安电子科技大学学生团队成功研制第三代眼控智能轮椅

时间:2019-05-22 09:43:30  来源:西安日报

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让“渐冻人”真正“动”起来

只要转动眼珠,就可以操控轮椅自由行驶……西安电子科技大学智能感知与图像理解教育部重点实验室的研究生团队,在该校焦李成教授、孙其功博士指导下,历时两年,研制完成了集轮椅控制、智能家居、娱乐功能于一体的智能家居轮椅。


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“渐冻人”张为在试用智能轮椅。(受访者供图)

只要转动眼珠,就可以操控轮椅自由行驶……西安电子科技大学智能感知与图像理解教育部重点实验室的研究生团队,在该校焦李成教授、孙其功博士指导下,历时两年,研制完成了集轮椅控制、智能家居、娱乐功能于一体的智能家居轮椅。日前,他们将这部轮椅无偿捐赠给第一个登上华山的“渐冻人”张为;至此,这一倾注两届研究生心力的成果正式投入使用。

两届研究生倾力打造

“渐冻人症”是一组运动神经元疾病的俗称。因为患者大脑、脑干和脊髓中运动神经细胞受到侵袭,患者肌肉逐渐萎缩和无力以至瘫痪,身体如同被逐渐冻住一样,故俗称“渐冻人”。由于感觉神经并未受到侵犯,因此这种病并不影响患者的智力、记忆及感觉。人们熟知的一代理论物理学大师、科学巨匠霍金,就是位“渐冻人”。

“这款基于眼球控制的智能居家轮椅,创意灵感来源于‘渐冻人’的需求。”团队成员孙龙告诉记者,智能生活场景已经走进千家万户,让“渐冻人”出行自理、生活便捷,让他们享受智能家居带来的乐趣,这是智能轮椅设计的出发点。“恰好当时有企业联系学校,希望做出一款能够让‘渐冻人’生活自理的出行工具,指导教师焦李成教授和团队负责人孙其功博士商量之后,一致认为智能轮椅这个创意既契合了人工智能学院的研究方向,又能让学生真正将所学到的知识应用于产品实践,学有所用。”

2017年暑假,在焦李成教授和孙其功博士的指导之下,组成了一个研发的团队,包括王浩然、白义东、王泽新、高捷、李秀芳5位刚入学的2017级研究生新生。他们经过暑假两个月的不懈努力,终于做出了一款基于眼球定位技术的智能轮椅,使得“渐冻人”可以有一定的自理能力。团队凭此项目参加中国机器人及人工智能大赛,获得第二名的好成绩。

在完成第一代智能轮椅之后,团队发现轮椅的安全性、便携性等还存在较大的问题,无法在缺少陪护人的情况下保证“渐冻人”的安全出行。为了保证团队所做出的成果真正应用于实际生活,2018年暑假,由2018级硕士生白义东、孙龙、杨育婷、周金柳、黄钟健、邵奕霖、王浩然组成的新团队,又研发出第二代智能轮椅。

“团队成员利用课余时间,每天在轮椅项目上工作接近10个小时,很多时候中午都在实验室休息。”孙龙回忆当时情景说,团队成员常常为了解决代码中的bug,通宵达旦,吃住在实验室。“正是大家的不断努力,才能不断解决遇到的问题,从而使轮椅的功能不断丰富、用户体验不断完善。”和第一代相比,第二代智能轮椅的眼球定位准确性和行驶安全性大幅提高,能真正走出实验室、走进实际生活,在生活场景中满足出行的需求。

第三代智能轮椅更趋完善

为进一步丰富使用者的生活,提高生活质量,2018级硕士团队在第二代轮椅的基础之上,结合智能家居技术,推出了第三代智能轮椅——基于眼球控制的智能居家轮椅系统。该智能轮椅大小和普通轮椅相差不多,但却多了屏幕、运动控制器、传感器等部件。使用时,系统首先通过对眼球进行识别与追踪,获取眼球视线聚焦位置、有效凝视时间等信息,通过计算判断“渐冻人”当前的意图,为轮椅执行操作提供相对应的信息。

在使用过程中,“渐冻人”可自主控制轮椅沿所选路径移动,前行、后退、拐弯,甚至上坡、下坡都非常快捷方便,同时使用者还能自如控制门锁、灯光、窗帘、电视、空调等智能家居设备。此外,为了丰富“渐冻人”的日常生活,轮椅还加入了音乐部分,让“渐冻人”可以自己用眼睛选歌、听歌。而在安全方面,当使用者眼睛出现飘忽情况时,轮椅则可以强制停止,完全保证使用安全。

“第三代智能轮椅参加了2018年中国移动数字家庭创客马拉松,获得了全国二等奖,得到了社会的认可和媒体的关注。”孙龙介绍说。

首部智能轮椅无偿捐给“渐冻人”

“以前,只在电视上看到科学家霍金的轮椅,没想到我也能用上这么高科技的产品。”前不久,29岁的“渐冻人”张为成为首部“基于眼球控制的智能居家轮椅”受赠者。张为16岁时被确诊为“渐冻症”,虽然备受病痛折磨,肌肉也在极度萎缩,但张为却从未放弃;去年7月,张为在生日那天顽强登上华山北峰。

“2018年11月,我们的这款智能轮椅就研制成功了。当时,老师和师兄们看到张为的报道,就联系到他,并根据他的病情和个人特点,进行了个性化改进。”孙龙告诉记者,为了帮助这位坚强的小伙子与病魔继续斗争,团队专门对智能轮椅进行了个性化调整和定制。张为爱听评书、生活中说话声音小,于是轮椅就增加了头枕式音箱和麦克风扩音器。张为经常去各地演讲,为了方便携带,轮椅部件都可以拆卸,轮椅本身可以折叠,并更换了更轻便、更大容量的电池。除此之外,在轮椅硬件结构方面,团队也根据张为的身体情况进行了调整,充分提高轮椅的实用性和安全性。

“目前,团队正在开发红外避障、激光绘图等更加实用的功能,完成轮椅的半自动驾驶,以期让‘渐冻人’在解放双手之后继续解放双眼。”孙龙说。同时,为了解决“渐冻人”语言表达的问题,团队希望在未来能够做出一款用眼球打字并转换为语音的应用,让“渐冻人”真正动起来、说出来,真正可以和正常人一样便捷出行、方便生活。(记者 姜泓)

编辑:谢珊


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