Immagina i vigili del fuoco che cercano di navigare attraverso un ambiente sconosciuto, edificio in fiamme pieno di fumo soffocante e rumore assordante. La lotta antincendio è estremamente pericolosa, e la capacità dei primi soccorritori di mantenere le comunicazioni in ambienti ostili può letteralmente significare la vita o la morte.

Lo sviluppo di tecnologie per migliorare la sicurezza e l'efficienza dei vigili del fuoco è impegnativo perché il fumo e il rumore influiscono sui sensi umani e compromettono gli algoritmi di visione artificiale che forniscono una guida alla navigazione.

Escludendo approcci audio e visivi, un team di ricerca interdisciplinare della Carnegie Mellon University (CMU) sta esplorando le interfacce aptiche come canali di comunicazione alternativi per i vigili del fuoco. Un'interfaccia aptica è un sistema che consente alle persone di interagire con un computer attraverso i movimenti del corpo.

Yang Cai, uno scienziato di sistemi senior in Carnegie Mellon CyLab e il direttore del Visual Intelligence Studio, dirige la squadra che ha modificato l'elmetto di un pompiere aggiungendo attuatori tattili, una scatola di controllo con un modulo radio, e altri dispositivi per fornire informazioni in tempo reale ai vigili del fuoco. Hanno chiamato il loro prototipo "Elmo aptico".

Il casco comunica le indicazioni a un vigile del fuoco inviando un ronzio davanti, Indietro, o ai lati della testa, indicando di andare avanti, fermare, oppure gira a sinistra o a destra. I segnali tattili vengono inviati al casco da un telecomando RF che si trova nelle vicinanze o da un simulatore di realtà virtuale tramite un cavo.

L'impulso per questo progetto è stato l'Haptic Interfaces for Public Safety Challenge del National Institute of Standards and Technology (NIST) della divisione Public Safety Communication Research (PSCR). Il concorso ha valutato l'uso di ambienti di realtà virtuale come strumento di sviluppo per la creazione di tecnologie di sicurezza. La sfida ha anche studiato la rilevanza delle interfacce tattili per l'assistenza ai primi soccorritori. Nel novembre 2019 il team CMU ha vinto la sfida e un ulteriore premio per il loro prototipo essendo il "più promettente dal punto di vista commerciale".

"Volevamo mantenere il design molto semplice e avere una prototipazione molto rapida. La nostra soluzione al problema era la più semplice e può essere a basso costo, " disse Cai.

Durante il concorso multifase, il casco è stato testato in scenari di realtà virtuale, e in una sfida finale, il casco è stato testato dal vivo in una struttura di addestramento per vigili del fuoco in Colorado. In una serie di prove, diversi vigili del fuoco indossavano l'elmetto e si facevano strada attraverso un buio pesto, edificio pieno di fumo. Un ricercatore della CMU avrebbe seguito il pompiere nel buio con una termocamera in modo da poter inviare indicazioni al casco. Questo è stato fatto perché il concorso è stato costruito per mantenere il test incentrato sul sistema tattile e non sui sistemi radio wireless dei concorrenti. Durante le prove, il casco si è comportato in modo efficiente e i vigili del fuoco hanno superato rapidamente il percorso.

"Alla gara, metà dei giudici erano veri vigili del fuoco e nel complesso, hanno apprezzato il nostro approccio perché era il più intuitivo. Se hai un ronzio sul lato sinistro della testa, guardi verso sinistra. Essere intuitivi è importante perché combattere gli incendi è davvero stressante, " disse Florian Alber, un ingegnere di ricerca CMU.

Altre caratteristiche vincenti erano che la parte tattile era incorporata in un equipaggiamento esistente, quindi non ci voleva più tempo per indossare il casco. È stato facile per i primi soccorritori imparare a usare il sistema, pure.

"Ci è voluto solo un minuto per spiegare ai vigili del fuoco cosa significano ciascuno dei comandi, "ha detto Sean Hackett, un ingegnere di ricerca CMU.

Il casco era in mostra presso lo stand PSCR del NIST al Consumer Electronics Show 2020 di Las Vegas. Nel futuro, la squadra lavorerà con i vigili del fuoco di Pittsburgh, raccogliere feedback sul casco per migliorarne la funzionalità in più ampie attività antincendio.

Il team di ricerca CMU comprende Cai; Hackett; Alberto; Roberta Klatzky, professore di Psicologia e Interazione Uomo-Macchina; Mel Siegel, professore emerito all'Istituto di Robotica; Ben Graham, studente universitario in Ingegneria Elettrica e Informatica; e Weizhe Guo, stagista in Visual Intelligence Studio. Lenny Weiss, dottore, della University of Pittsburgh School of Medicine ha agito come consulente medico durante il progetto.