มารู้จัก iSonar กันเถอะ

ไอโซน่า: เครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตา

iSonar: An Obstacle Warning Device for the Blind 

โดย: นายสุรพล วรภัทราทร อาจารย์ประจำสาขาวิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์
สำนักวิชาเทคโนโลยีสารสนเทศ มหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง

ที่มาและความสำคัญ

ปัจจุบันมีจำนวนผู้พิการทางสายตากว่า 123,000 คนในประเทศไทย และอีก 37 ล้านคนทั่วโลก ผู้พิการทางสายตาเหล่านี้มักประสบปัญหาการเดินชนสิ่งกีดขวางที่อยู่สูงกว่าระดับเอวขึ้นไปในระหว่างการเดินทางด้วยเท้า ทั้งนี้เนื่องจากในการเดินไปที่ต่าง ๆ ผู้พิการจะใช้ไม้เท้าในการแกว่งหาสิ่งกีดขวางที่อยู่ข้างหน้า ทั้งนี้ไม้เท้าเหล่านั้นสามารถตรวจสอบสิ่งกีดขวางได้แค่ระดับเท้าขึ้นไปถึงระดับเอวเท่านั้น สิ่งกีดขวางที่อยู่สูงกว่าเอว เช่น ป้ายจราจร ขั้นบันไดใต้สะพานลอย หรือวัตถุต่าง ๆ จึงเป็นอันตรายอย่างยิ่งกับผู้พิการทางสายตา

นวัตกรรมเทคโนโลยีช่วยเหลือผู้พิการทางสายตาจึงถูกนำมาใช้การสร้างเครื่องบอกเตื่อนสิ่งกีดขวางขึ้น ในปัจจุบันมีเครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตาในต่างประเทศซึ่งราคาค่อนข้างสูง มีขนาดใหญ่ เครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางบางชนิดก็ใช้หลอดอินฟราเรดทำให้ตรวงจับในระยะทางที่สั้นจนเกินไป ไม่สามารถใช้จริงในชีวิตประจำวันได้ บางชนิดต้องใช้ร่วมกับหูฟังในการบอกเตือน ทำให้ประสิทธิภาพในการใช้ประสาทในการฟังของผู้พิการในการฟังสิ่งอื่นลดลงอีกด้วย

            สำนักวิชาเทคโนโลยีสารสนเทศ มหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง จึงได้นำปัญหาเหล่านี้มาทำการวิจัย “เครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตา” เป็นอุปกรณ์ควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ขนาดเล็กติดไว้ที่อกของผู้พิการทางสายตา ใช้คลื่นอัลตราโซนิกในการตรวจจับสิ่งกีดขวางด้านหน้าของผู้พิการทางสายตาในระยะ 130 เซนติเมตร บอกเตือนสิ่งกีดขวางด้วยการสั่น น้ำหนักเบาพกพาสะดวก ชาร์จไฟได้ในตัว ทดสอบอุปกรณ์และวัดผลจากระดับความพอใจจากผู้ใช้ นี้กับกลุ่มตัวอย่างผู้พิการทางสายตาจากสมาคมคนตาบอดจังหวัดเชียงราย

หลักการทำงาน

            หลักการทำงานคืออุปกรณ์จะส่งคลื่นเสียงชนิดอัลตราโซนิก ความถี่ 40 KHz ออกไปและตรวจจับเวลาที่เสียงกระทบกับวัตถุกลับเข้ามา จะใช้เวลานี้ในการคำนวนระยะทางของวัตถุที่อยู่ข้างหน้า ดังรูปที่ 1 เมื่อได้ระยะทางของวัตถุที่ขวางอยู่ข้างหน้าแล้วระบบจะทำการนำค่านั้นไปเทียบกับค่าระยะการเตือนที่ตั้งไว้คือระยะ 130 เซนติเมตร เนื่องจากผู้พิการใช้เวลาในการเดินประมาณ 100 เซนติเมตรต่อวินาที และใช้เวลาในการหยุดประมาณ 1 วินาที เมื่อวัตถุอยู่ใกล้กว่าระยะดังกล่าว มอเตอร์ขนาดเล็กที่สามารถสั่นได้ จะทำการสั่นเบา ๆ ในระดับความแรงต่างๆ เพื่อเป็นการบอกเตือนแก่ผู้พิการทางสายตาว่ามีวัตถุขวางอยู่ข้างหน้าให้ระวัง

รูปที่ 1 หลักการสะท้อนกลับของคลื่นเสียงอัลตราโซนิก

ขั้นตอนการดำเนินงาน

1.      การเก็บข้อมูล

            การเก็บข้อมูลในการออกแบบอุปกรณ์นี้เก็บข้อมูลความต้องการจากผู้พิการทางสายตาในจังหวัดเชียงราย โดยได้ข้อสรุปความต้องการจากผู้พิการทางสายตาได้ดังนี้

1.) การตอบสนองในการตรวงจับสิ่งกีดขวางของอุปกรณ์ต้องตอบสนองได้ไว
2.) การบอกเตือนสิ่งกีดขวางของอุปกรณ์ต้องมีความแม่นยำเชื่อถือได้
3.) อุปกรณ์ต้องพกพาได้น้ำหนักเบา
4.) ใช้งานง่ายไม่ต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อย ๆ
5.) ลักษณะการบอกเตือนของอุปกรณ์ต้องไม่รบกวนการได้ยินของผู้พิการทางสายตา
6.) อุปกรณ์ไม่ควรจะมีราคาแพงจนเกินไป

รูปที่ 2 เก็บข้อมูลความต้องการของในการออกแบบอุปกรณ์จากผู้พิการทางสายตาในจังหวัดเชียงราย

2.      การออกแบบ

            เนื่องจากต้องการให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กกระทัดรัดและน้ำหนักเบาจึง ออกแบบและเลือกใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ชนิด SMD (Surface Mount Device) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เทคโนโลยีย่อส่วนจนมีขนาดเล็ก ดังรูปที่ 3 เลือกใช้แบตเตอรี่ Li-Po (Lithium-polymer) ซึ่งเป็น แบตเตอรี่ชนิดใหม่น้ำหนักเบา สามารถเก็บพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่าแบบ Nickel-Cadmium (NiCd) ถึง 35% และน้ำหนักที่น้อยกว่า 10 – 20 % ขนาดแรงดันไฟ 3.7 โวลต์ กระแส 1,000 มิลลิแอมป์

 

รูปที่ 3 ภายในอุปกรณ์ประกอบด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก

            เมื่ออุปกรณ์ถูกใช้ระบบจะทำการตรวจสอบแรงดันไฟของแบตเตอรี่ไม่ให้ต่ำกว่าระดับ 3.0 โวลต์ เมื่อระดับแรงดันไปต่ำกว่าค่าที่กำหนด อุปกรณ์จะร้องเตือนทางลำโพงเป็นเสียงเตือนให้ผู้ใช้หยุดใช้และเตรียมนำอุปกรณ์ไปชาร์จไฟ ภายในอุปกรณ์มีวงจรชาร์จไฟที่ปลอดภัยคือมีการตัดการชาร์จอัตโนมัติเมื่อแรงดันไฟไฟเกิน 4.2 โวลต์ ดังรูปที่ 4

 

รูปที่ 4 ภายนอกเป็นกล่องพลาสติกแข็งแรงทนทาน อุปกรณ์สามารถชาร์จไฟในตัวได้

            อุปกรณ์ควรจะติดตั้งอยู่ที่ตำแหน่งกลางอกหรือลิ้นปี่ของผู้ใช้เนื่องจะเป็นจุดที่จะทำให้ระบบสามารถบอกเตือนสิ่งกีดขวางในระยะคลอบคลุมจากเอวขึ้นไปจนถึงศีรษะได้ ดังรูปที่ 5

 

รูปที่ 5 ติดตั้งอุปกรณ์ไว้ที่ระดับอกของผู้ใช้

       คุณสมบัติของอุปกรณ์

1. ตรวจจับสิ่งกีดขวางตั้งแต่ระดับเอวขึ้นไปถึงศรีษะระยะการทำงานเริ่มเตือนตั้งแต่ 130 เซนติเมตร
2. ใช้อัลตราโซนิกความถี่  40 KHz ความแม่นยำสูงไร้เสียงรบกวน
3. เตือนสิ่งกีดขวางด้วยระบบสั่น ผู้พิการจึงสามารถใช้ประสาทหูได้อย่างเต็มที่
4. แบตเตอรี่ชนิด Li-Po 3.7 โวลต์ 1,000 มิลลิแอมป์  ระยะเวลาการใช้งาน 1- 2 วัน
5. มีการเตือนด้วยเสียงเมื่อแบตเตอรี่ใกล้หมด
6. มีวงจรชาร์จแบตเตอรี่ในตัว ตัดการชาร์จเมื่อเต็มอย่างปลอดภัย
7. ขนาด 55x40x25 มิลลิเมตร พกพาสะดวก
8. น้ำหนักเบาเพียง 65 กรัม

 

รูปที่ 6 ลักษณะของอุปกรณ์ภายใน (ซ้าย) และภายนอกของอุปกรณ์ (ขวา)

3.      การผลิต

            ขั้นตอนการผลิตเครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตาได้จัดทำในมหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวงทุกขั้นตอนดังรูปที่ 7 โดยในเบื้องต้นเราใช้นักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวงจำนวนหนึ่งเป็นอาสาสมัครในการประกอบอุปกรณ์ เป็นการส่งเสริมให้นักศึกษาได้ใช้ความรู้ความสามารถในชั้นเรียนมาใช้กับการทำงานจริง โดยแบ่งเป็นสามขั้นตอน คือ ขั้นตอนการประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์, ขั้นตอนการทำกล่องของอุปกรณ์และขั้นตอนการทดสอบคุณภาพอุปกรณ์ 

  

รูปที่ 7 การประกอบอุปกรณ์และทดสอบโดยนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยแม่ฟ้าหลวง

4.      การทดสอบ

            การทดสอบและวัดผลประสิทธิภาพของเครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตานี้ ได้ทดสอบกับอาสาสมัครผู้พิการทางสายตาผู้เข้าร่วมในงานวันคนพิการสากลจังหวัดเชียงรายในวันศุกร์ที่ 22 มีนาคม 2556 ณ สนามกีฬากลางจังหวัดเชียงราย จำนวน 15 คน ทดสอบโดยการให้ผู้พิการทางสายตาเดินผ่านทางสิ่งกีดขวางจำลอง โดยที่สิ่งกีดขวางดังกล่าวไม่ก่อให้เกิดอันตราย โดยให้ผู้พิการทางสายตาเดินเข้าไปในสนามทดสอบที่มีสิ่งกีดขวางจำลองในระดับต่าง ๆ ดังรูปที่ 8 ทำการบันทึกการชนสิ่งกีดขวางและเวลาที่ใช้ในการเดิน โดยหลังจากการทดสอบได้มีการเก็บผลเพื่อประเมินความพึงพอใจในการใช้งานของอุปกรณ์ดังกล่าวด้วย ดังรูปที่ 9

รูปที่ 8 การทดสอบอุปกรณ์และเก็บข้อมูลความพึงพอใจกับผู้พิการทางสายตาในจังหวัดเชียงราย

รูปที่ 9 สนามสิ่งกีดขวางจำลองเพื่อใช้ทดสอบ เครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตา

การทดสอบครั้งที่ 1 ทดสอบโดยใช้ เครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตา

1. อธิบายการใช้งานของอุปกรณ์ให้กับผู้ทดสอบ
2. ติดอุปกรณ์กับผู้ทดสอบและให้ผู้ทดสอบเดินจากทางเข้าไปยังทางออกและจับเวลาที่ใช้
3. อัตราการชนสิ่งกีดขวางจะถูกคิดจากการเดินชนสิ่งกีดขวางที่ไม่สำเร็จ
4. ทำการทดสอบสามรอบโดยใช้ผลจากรอบที่ดีที่สุด
   

การทดสอบครั้งที่ 2 ทดสอบโดยใช้ไม่ใช้อุปกรณ์

1. ให้ผู้ทดสอบเดินจากทางเข้าไปยังทางออกและจับเวลาที่ใช้
2. อัตราการชนสิ่งกีดขวางจะถูกคิดจากการเดินชนสิ่งกีดขวางที่ไม่สำเร็จ
3. ทำการทดสอบสามรอบโดยใช้ผลจากรอบที่ดีที่สุด

ผลการทดสอบ

            ผลทดสอบการใช้งานเครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตาจากอาสาสมัครผู้พิการทางสายตาจำนวน 15 คนประกอบด้วยอัตราการชนสิ่งกีดขวางและเวลาที่ใช้ แสดงในตารางที่ 1  เราสามารถการคำนวนอัตราการชนสิ่งกีดขวางในระดับต่างๆ ได้ดังนี้

ตารางที่ 1 ผลการทดสอบอัตราการชนสิ่งกีดขวางและเวลาที่ใช้

	อัตราการชนสิ่งกีดขวาง (ทดสอบกับผู้พิการทางสายตา 15 คน)
ระดับสิ่งกีดขวาง	ไม่ใช้อุปกรณ์	ใช้อุปกรณ์
1. ระดับศรีษะ	73.33 %	13.33 %
2. ระดับหน้าอก	26.67 %	6.67 %
3. ระดับเอวถึงหน้าอก	33.33 %	0.0 %
4. ระดับเอวลงไป	13.33 %	13.33 %
5. ระดับทั้งตัว	20.0 %	0.0 %
อัตราการชนโดยเฉลี่ย (%)	33.33 %	6.67 %
ค่าเฉลี่ยระยะเวลาที่ใช้ (วินาที)	81.57 วินาที	57.27 วินาที

            สำหรับผลการทดสอบเมื่อใช้เครื่องบอกเตือนสิ่งกีดขวางสำหรับผู้พิการทางสายตานั้น พบว่า สามารถลดอัตราการชนสิ่งกีดขวางได้ถึง 26.66 % และใช้เวลาในการเดินไปสู่จดหมายปลายทางน้อยลง นอกจากนี้เรายังทำการทดสอบระดับความพึงพอใจของอุปกรณ์โดยใช้เกณฑ์ในการวัดแบบ Likert Scale ในการให้คะแนนความพึงพอใจ 5 ระดับ โดยที่ ระดับ 1 =ควรปรับปรุง, ระดับ2 = พอใจ, ระดับ 3 = ปานกลาง, ระดับ 4 = ดี, ระดับ 5 = ดีมาก

ตารางที่ 2 ผลสำรวจความพึงพอใจในการใช้งานจากผู้พิการทางสายตา

ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับและหน่วยงานที่นำผลการวิจัยไปใช้ประโยชน์

1. พัฒนาคุณภาพชีวิตความสามารถในการใช้ชีวิตประจำวัน ลดอุบัติเหตุเดินชนสิ่งกีดขวางที่อยู่สูงตั้งแต่ระดับเอวขึ้นไปของผู้พิการทางสายตา
2. สามารถส่งเสริมและพัฒนาคุณภาพชีวิตของผู้พิการทางสายตาในประเทศไทย
3. หน่วยงานที่ได้รับประโยชน์ เช่น สมาคมคนตาบอด, โรงเรียนสอนคนตาบอด หรือหน่วยงานรัฐที่ดูแลผู้พิการทางสายตา