Nghiên cứu Khoa học

Thiết kế gậy chỉ đường thông minh dành cho người mù

1.1 Tính cấp thiết

Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học công nghệ, đặc biệt là trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay, đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình phát triển kinh tế, xã hội và văn hóa của đất nước cũng như của toàn cầu.  Chính vì vậy, việc nắm bắt, tận dụng và vận dụng các tiến bộ công nghệ một cách hiệu quả sẽ giúp chúng ta phát triển mạnh mẽ hơn, vượt qua các thách thức trong giai đoạn hội nhập và phát triển hiện nay. Trong đó, một trong những yếu tố quan trọng là sự phát triển của nền khoa học công nghệ trong nước, góp phần tạo dựng một xã hội phát triển, văn minh và hiện đại.

Mặc dù lĩnh vực công nghệ vẫn đang không ngừng phát triển lên và mang l͏ại nhiều í͏ch lợi cho cu͏ộc sống nhưng vẫ͏n còn một nhóm lớn người dân Việt Nam͏ chưa có đủ điều kiện, h͏iể͏u biết đ͏ể tiếp tục sử dụn͏g và làm chủ các công nghệ hiện đại này. Người tàn tật, đ͏ặc b͏iệ͏t là ng͏ười không thấy là một trong những nhóm gặp khó khăn tro͏ng͏ việ͏c và͏o d͏ù͏ng côn͏g nghệ. Người không ͏thấy kh͏ông chỉ gặp khổ sở trong đời sống hàng ngày mà cũng ͏bị hạn chế nặng nề trong việc tìm thông tin, nói chuyện với thế giới bên ngoài. Điều này khiến họ cảm th͏ấy cô lập và thiếu cảm giác hòa nhập với xã hội. Nên, cung cấ͏p giải ph͏áp công nghệ ch͏o người không thấy không͏ chỉ là nhiệm vụ nhân đ͏ạo mà còn là yếu tố cầ͏n thiết thúc đẩy sự phát triển của xã hội hôm nay͏.

T͏rong nhữ͏ng năm͏ qua, ͏sự phát triển của n͏hiều công ngh͏ệ như trí tuệ nhân͏ tạ͏o͏ ͏(AI),͏ In͏ternet vạn vật͏ (IoT),͏ cảm bi͏ến và͏ hệ th͏ốn͏g GPS đã mang lại͏ bước nh͏ảy lớn trong việc thiết kế và tiến hành các͏ dụng cụ cho người khuy͏ết tật, ͏đặc biệt͏ là người khiếm thị. Những công nghệ này không chỉ giú͏p người ͏khiếm thị c͏ó thể ͏dễ dàng tiếp c͏ận t͏hôn͏g tin mà còn ͏hỗ trợ͏ họ đi lại và tương tác vớ͏i thế giới͏ xung quanh ͏một cách an toàn; hiệu quả. Các d͏ụng cụ như gậy chỉ đường th͏ông minh, đồng hồ thông minh hoặc ứng ͏dụng hỗ trợ cho người k͏hiếm thị đề͏u giúp họ nhận diện môi trường x͏ung quanh hay cảnh báo nguy cơ tiềm ẩn và hướng dẫn đến địa điểm chính x͏ác. Với tận hưởng từ công nghệ, người͏ khiếm thị sẽ không còn phải͏ đối mặt͏ với rào cản lớn tron͏g c͏uộc sốn͏g họ sẽ t͏ự͏ tin hơn trong d͏i chuyển th͏am ͏gia vào hoạt độ͏ng xã ͏hội và có ͏thể phát huy khả năng của mình.͏

Trong bối c͏ảnh đó, chọn dự án "Thiết kế gậy c͏hỉ đường thông m͏inh cho người khiếm thị" là͏m đề tài NCKH. Đây là một ͏t͏hiết bị͏ thông minh được tạo ra͏ với m͏ục đích giúp đỡ người khiếm thị trong việc đi lại an to͏àn và tự tin hơn, đ͏ặc biệt là trong môi trường ͏đô thị nhiều phức tạp hôm nay. Gậy chỉ ͏đường thông minh sẽ dù͏ng các͏ công nghệ hiện đại như cảm biến͏ GPS ͏và AI để nhận ra và cảnh báo vật cản, cùng lúc giúp người khiếm thị xác định phương hướ͏ng và khoảng cách với đối tượng xung quanh.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Gậy chỉ đường dành cho người khiếm thị là một giải pháp công nghệ tiên tiến giúp cải thiện khả năng di chuyển và tăng cường sự độc lập cho người khiếm thị. Việc sử dụng gậy thông minh không chỉ đơn giản là hỗ trợ di chuyển mà còn tạo ra một không gian sống an toàn và rộng mở hơn cho người khiếm thị. Với các tính năng như phát hiện chướng ngại vật sớm, người khiếm thị có thể dễ dàng nhận diện được các vật cản hoặc tình huống nguy hiểm trong môi trường xung quanh. Điều này giúp họ tránh được những tai nạn, va chạm có thể xảy ra khi di chuyển ở nơi công cộng hay trên đường phố.

Một trong những tính năng đáng chú ý của gậy chỉ đường là đèn cảnh báo được tích hợp, giúp người sử dụng có thể cảnh báo phương tiện giao thông về sự hiện diện của mình, từ đó giảm thiểu nguy cơ va chạm. Các phương tiện sẽ nhận diện được người khiếm thị đang di chuyển, đặc biệt là vào ban đêm hoặc trong điều kiện tầm nhìn kém. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc bảo vệ an toàn cho người khiếm thị khi tham gia giao thông, đồng thời giúp họ cảm thấy tự tin và độc lập hơn khi ra ngoài.

Gậy chỉ đường còn được trang bị tính năng hỗ trợ khẩn cấp, cho phép người sử dụng nhờ sự trợ giúp trong trường hợp gặp nguy hiểm hoặc sự cố. Khi gặp phải tình huống nguy hiểm, người sử dụng có thể dễ dàng kích hoạt tính năng này để thông báo đến người thân, bạn bè hoặc các dịch vụ khẩn cấp. Thêm vào đó, gậy còn sử dụng Module SIM 4G A7680C, cho phép gửi tin nhắn, gọi điện, truyền dữ liệu và kết nối internet. Điều này không chỉ giúp người khiếm thị có thể liên lạc trực tiếp với người thân mà còn tạo ra một hệ thống giám sát liên tục, giúp người thân biết được tình hình và vị trí của người khiếm thị bất kỳ lúc nào.

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu cách thức giao tiếp, nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển trung tâm Module ESP 32

- Nghiên cứu cách giao tiếp các loại cảm biến như: cảm biến siêu âm, cảm biến ánh sang, cảm biến tránh vật cản,….

- Nghiên cứu về phương thức truyền dữ liệu qua Internet Of Things

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu:

Đề tài nghiên cứu này nhằm mục tiêu cải thiện chất lượng cuộc sống của những người khiếm thị hoặc có thị lực hạn chế, giúp họ có thể tự tin hòa nhập vào cộng đồng và tham gia vào các hoạt động xã hội một cách độc lập. Để đạt được mục tiêu này, em đã lựa chọn nghiên cứu và phát triển một loại gậy chỉ đường thông minh, tích hợp công nghệ GPS, nhằm hỗ trợ người khiếm thị trong việc định vị và di chuyển an toàn, giảm thiểu sự phụ thuộc vào người khác và mở rộng không gian sống của họ.

Trong quá trình phát triển sản phẩm, gậy chỉ đường được trang bị module GPS Neo-6M, có chức năng định vị và cung cấp thông tin về vị trí của người sử dụng, giúp họ xác định hướng đi một cách chính xác và an toàn. Nhờ vào khả năng xác định tọa độ và hỗ trợ chỉ đường, người khiếm thị có thể tự tin di chuyển một cách độc lập hơn, dù là ở các không gian công cộng hay trong những điều kiện khó khăn.

Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu và thử nghiệm, em nhận thấy một số hạn chế quan trọng liên quan đến module GPS Neo-6M. Một trong những vấn đề lớn nhất là phạm vi hoạt động hạn chế của module GPS, đặc biệt khi người dùng di chuyển vào các khu vực có tín hiệu yếu hoặc có sự nhiễu sóng từ các công trình cao tầng, môi trường kín đáo, hoặc các khu vực hẻo lánh. Những tình huống này dẫn đến tình trạng định vị không chính xác, từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chỉ đường và làm giảm hiệu quả của gậy chỉ đường trong việc giúp người khiếm thị di chuyển an toàn.

Vì vậy, phạm vi nghiên cứu của đề tài này không chỉ dừng lại ở việc đánh giá hiệu quả hoạt động của module GPS Neo-6M trong các điều kiện lý tưởng, mà còn mở rộng để tìm kiếm các giải pháp và công nghệ bổ sung có thể khắc phục những hạn chế này. Mục tiêu là tìm ra những phương thức cải tiến hoặc thay thế có thể tăng cường độ chính xác của hệ thống định vị, nâng cao hiệu quả sử dụng của gậy chỉ đường trong các môi trường thực tế, đặc biệt là trong các khu vực có tín hiệu yếu hoặc bị nhiễu sóng.

Ngoài việc nghiên cứu tính năng định vị của module GPS, phạm vi nghiên cứu còn bao gồm các yếu tố khác như khả năng tích hợp với các cảm biến bổ sung (ví dụ như cảm biến siêu âm để phát hiện chướng ngại vật), khả năng giao tiếp của thiết bị (bao gồm việc sử dụng các công nghệ mạng di động như SIM 4G để hỗ trợ liên lạc khẩn cấp và truyền tải dữ liệu), cũng như khả năng tương thích với các hệ thống phần mềm và giao diện người dùng thân thiện.

Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là tạo ra một gậy chỉ đường thông minh, chính xác và dễ sử dụng, có thể giúp người khiếm thị di chuyển an toàn trong các điều kiện khác nhau, từ đó mang lại sự tự do và tự tin cho người sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

1.4 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Cách tiếp cận:

Nghiên cứu này được bắt đầu từ việc quan sát và lắng nghe trực tiếp những nhu cầu thực tế của người khiếm thị. Bằng cách tiếp xúc với đối tượng nghiên cứu, chúng ta có thể hiểu rõ hơn những khó khăn mà họ gặp phải trong cuộc sống hàng ngày, từ đó xác định được những vấn đề cần giải quyết ưu tiên. Đồng thời, em cũng tiến hành nghiên cứu lý thuyết sâu rộng về các công nghệ hỗ trợ người khuyết tật, các nghiên cứu trước đây về gậy chỉ đường thông minh và các kiến thức liên quan đến định vị GPS. Sự kết hợp giữa việc tìm hiểu thực tế và lý thuyết giúp em đưa ra những giải pháp thiết kế tối ưu, phù hợp với nhu cầu của người dùng và khả thi trong thực tế. Ví dụ, dựa trên việc khảo sát người dùng, em nhận thấy rằng nhiều người khiếm thị gặp khó khăn trong việc định vị trong các tòa nhà lớn hoặc khu vực đông người. Do đó, em đã tập trung phát triển tính năng định vị trong nhà và cung cấp thông tin chi tiết về môi trường xung quanh cho gậy chỉ đường.

Tiếp cận từ nhu cầu thực tiễn, nghiên cứu lý thuyết, từ đó đưa ra các giải pháp để giải quyết vấn đề

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu:

-Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình

-Thiết kế, thi công, mô phỏng

-Xây dựng các sơ đồ khối, lưu đồ thuật toán, viết chương trình, kiểm thử.

-Nghiên cứu các hướng phát triển để có thể đưa vào áp dụng thực tế.

1.5 Cấu trúc của đồ án

Đề tài gồm có 4 chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Chương này sẽ nêu ra những vấn đề tổng quan, khái quát về đề tài bao gồm lý do vì sao chọn đề tài này làm dự án nghiên cứu, mục đích nghiên cứu là gì, các đối tượng nghiên cứu muốn hướng đến, ý nghĩa khoa học và thực tiễn khi thực hiện việc nghiên cứu này nhằm giúp người đọc có cái nhìn tổng quan nhất về đề tài.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MỘT SỐ LINH KIỆN SỬ DỤNG

Chương này sẽ bao gồm các lý thuyết liên quan đến quá trình thực hiện nghiên cứu, giới thiệu chi tiết các công cụ cần thiết về phần mềm cũng như các linh kiện sử dụng cho việc làm mô hình dùng để mô phỏng cách thức hoạt động sản phẩm của dự án.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

Chương này sẽ nêu rõ ràng, chi tiết về cách thức từng bước thực hiện dự án từ bước sơ khai như thiết kế các sơ đồ nguyên lý tổng quan như thế nào cho đến việc thực hiện kết nối chi tiết các thiết bị phần cứng hay thiết kế phần mềm ra sao. Phần này cực kỳ quan trọng cho những ai muốn tìm hiểu sâu hơn về phần kỹ thuật của dự án để có thể tham khảo cho việc nghiên cứu những dự án trong tương lai mà kế thừa từ dự án này.

CHƯƠNG 4: KIỂM THỬ, ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Đây là chương dành cho mục đích kiểm nghiệm lại chất lượng hiệu quả của sản phẩm tổng thể nói chung hay từng thành phần riêng lẽ trong dự án như các cảm biến nói riêng bằng cách thực hiện các cuộc khảo sát, qua đó đưa ra nhận xét về các ưu điểm của sản phẩm và những nhược điểm còn tồn tại, từ đó đưa ra những hướng phát triển phù hợp để nâng cao chất lượng sản phẩm hơn và hướng đến mục tiêu có thể thương mại hóa được sản phẩm ra thị trường góp phần đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng và sự phát triển của đất nước.

Các tin khác

• Năng lượng tái tạo là chìa khóa để chiến thắng về AI
• Ứng dụng kỹ thuật Watermarking trong hệ thống giám sát giao thông
• Thiết kế trò chơi game Ping - Pong dùng FPGA
• Công nghệ Truyền Dẫn Hiện Đại Trong Điều Kiện Thảm Họa
• Nghịch lưu trong các bộ biến tần