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
- ตรวจจับสิ่งกีดขวางตั้งแต่ระดับเอวขึ้นไปถึงศรีษะระยะการทำงานเริ่มเตือนตั้งแต่ 130 เซนติเมตร
- ใช้อัลตราโซนิกความถี่ 40 KHz ความแม่นยำสูงไร้เสียงรบกวน
- เตือนสิ่งกีดขวางด้วยระบบสั่น ผู้พิการจึงสามารถใช้ประสาทหูได้อย่างเต็มที่
- แบตเตอรี่ชนิด Li-Po 3.7 โวลต์ 1,000 มิลลิแอมป์ ระยะเวลาการใช้งาน 1- 2 วัน
- มีการเตือนด้วยเสียงเมื่อแบตเตอรี่ใกล้หมด
- มีวงจรชาร์จแบตเตอรี่ในตัว ตัดการชาร์จเมื่อเต็มอย่างปลอดภัย
- ขนาด 55x40x25 มิลลิเมตร พกพาสะดวก
- 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
- อธิบายการใช้งานของอุปกรณ์ให้กับผู้ทดสอบ
- ติดอุปกรณ์กับผู้ทดสอบและให้ผู้ทดสอบเดินจากทางเข้าไปยังทางออกและจับเวลาที่ใช้
- อัตราการชนสิ่งกีดขวางจะถูกคิดจากการเดินชนสิ่งกีดขวางที่ไม่สำเร็จ
- ทำการทดสอบสามรอบโดยใช้ผลจากรอบที่ดีที่สุด
การทดสอบครั้งที่ 2 ทดสอบโดยใช้ไม่ใช้อุปกรณ์
- ให้ผู้ทดสอบเดินจากทางเข้าไปยังทางออกและจับเวลาที่ใช้
- อัตราการชนสิ่งกีดขวางจะถูกคิดจากการเดินชนสิ่งกีดขวางที่ไม่สำเร็จ
- 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
ค่าเฉลี่ยระดับความพึงพอใจ |
|
ความเหมาะสมระยะการเตือน |
3.87 |
ระดับความสั่นเตือน |
3.53 |
ความสะดวกในการใช้งาน |
4.13 |
ประสิทธิภาพการใช้งาน |
4.33 |
ลักษณะรูปลักษณ์ของอุปกรณ์ |
4.67 |
ความเหมาะสมของราคาต้นทุนการผลิต |
4.27 |
ผลรวมค่าเฉลี่ย |
4.13 |
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับและหน่วยงานที่นำผลการวิจัยไปใช้ประโยชน์
- พัฒนาคุณภาพชีวิตความสามารถในการใช้ชีวิตประจำวัน ลดอุบัติเหตุเดินชนสิ่งกีดขวางที่อยู่สูงตั้งแต่ระดับเอวขึ้นไปของผู้พิการทางสายตา
- สามารถส่งเสริมและพัฒนาคุณภาพชีวิตของผู้พิการทางสายตาในประเทศไทย
- หน่วยงานที่ได้รับประโยชน์ เช่น สมาคมคนตาบอด, โรงเรียนสอนคนตาบอด หรือหน่วยงานรัฐที่ดูแลผู้พิการทางสายตา