Stel je voor dat brandweerlieden proberen te navigeren door een onbekende, brandend gebouw vol verstikkende rook en oorverdovend lawaai. Brandbestrijding is buitengewoon gevaarlijk, en het vermogen van eerstehulpverleners om de communicatie in vijandige omgevingen te onderhouden, kan letterlijk leven of dood betekenen.

Het ontwikkelen van technologieën om de veiligheid en efficiëntie van brandweerlieden te verbeteren is een uitdaging omdat rook en lawaai de menselijke zintuigen aantasten en de computervisie-algoritmen die navigatiebegeleiding bieden, aantasten.

Audio- en visuele benaderingen uitsluiten, een interdisciplinair onderzoeksteam van de Carnegie Mellon University (CMU) onderzoekt haptische interfaces als alternatieve communicatiekanalen voor brandweerlieden. Een haptische interface is een systeem waarmee mensen via hun lichaamsbewegingen met een computer kunnen communiceren.

Yang Cai, een senior systeemwetenschapper in Carnegie Mellon CyLab en de directeur van de Visual Intelligence Studio, leidt het team dat de helm van een brandweerman heeft aangepast door haptische actuatoren toe te voegen, een schakelkast met een radiomodule, en andere apparaten om realtime informatie te verstrekken aan brandweerlieden. Ze noemden hun prototype de 'Haptische helm'.

De helm geeft aanwijzingen aan een brandweerman door een zoem naar voren te sturen, rug, of zijkanten van het hoofd, aangeeft om vooruit te gaan, stop, of draai links of rechts. De haptische signalen worden via een kabel van een RF-afstandsbediening in de buurt of van een virtual reality-simulator naar de helm gestuurd.

De aanleiding voor dit project was de Haptic Interfaces for Public Safety Challenge van de National Institute of Standards and Technology (NIST) Public Safety Communication Research (PSCR) Division. De wedstrijd beoordeelde het gebruik van virtual reality-omgevingen als ontwikkelingstool voor het creëren van veiligheidstechnologieën. De uitdaging onderzocht ook de relevantie van haptische interfaces voor het assisteren van eerstehulpverleners. In november 2019 won het CMU-team de uitdaging en een extra prijs omdat hun prototype het "commercieel meest veelbelovende" was.

"We wilden het ontwerp heel eenvoudig houden en een zeer snelle prototyping hebben. Onze oplossing voor het probleem was de eenvoudigste en het kan goedkoop zijn, ' zei Cai.

Tijdens de meerfasenwedstrijd, de helm is getest in virtual reality-scenario's, en in een laatste uitdaging, de helm werd live getest in een trainingsfaciliteit voor brandweerlieden in Colorado. In een reeks proeven, verschillende brandweerlieden zetten de helm op en baanden zich een weg door een pikdonker, met rook gevuld gebouw. Een CMU-onderzoeker zou de brandweerman door het donker volgen met een warmtebeeldcamera, zodat hij aanwijzingen naar de helm kon sturen. Dit werd gedaan omdat de wedstrijd zo was opgezet dat de tests gericht waren op het haptische systeem en niet op de draadloze radiosystemen van de deelnemers. Tijdens de proeven, de helm presteerde efficiënt en de brandweerlieden kwamen snel door het parcours.

"Bij de wedstrijd de helft van de juryleden waren echte brandweerlieden en over het algemeen, ze vonden onze aanpak leuk omdat deze het meest intuïtief was. Als je een zoem aan de linkerkant van je hoofd hebt, je kijkt naar links. Intuïtief zijn is belangrijk omdat brandbestrijding echt stressvol is, zei Florian Alber, een CMU-onderzoeksingenieur.

Andere winnende eigenschappen waren dat de haptiek was ingebed in een bestaand stuk uitrusting, zodat het geen extra tijd kostte om de helm op te zetten. Eerstehulpverleners leerden gemakkelijk hoe ze het systeem moesten gebruiken, te.

"Het kostte ons slechts een minuut om de brandweerlieden uit te leggen wat elk van de commando's betekent, " zei Sean Hackett, een CMU-onderzoeksingenieur.

De helm was te zien in de PSCR-stand van NIST op de Consumer Electronics Show 2020 in Las Vegas. In de toekomst, het team zal werken met brandweerlieden uit Pittsburgh, het verzamelen van feedback over de helm om de functionaliteit ervan bij bredere brandbestrijdingsactiviteiten te verbeteren.

Het CMU-onderzoeksteam omvat Cai; Hackett; Albert; Roberta Klatzky, hoogleraar psychologie en mens-computer interactie; Mel Siegel, emeritus hoogleraar bij het Robotics Institute; Ben Graham, niet-gegradueerde student in elektrische en computertechniek; en Weizhe Guo, stagiaire in de Visual Intelligence Studio. Lenny Weiss, MD, van de University of Pittsburgh School of Medicine trad op als medisch adviseur tijdens het project.