Design of a haptic system to guide rescuers in disaster situations

Nowadays different novel technologies can be used to help in the relief efforts of a disaster. Especially, in the tasks of urban search and rescue (USAR), drones and robots equipped with specialized sensors, can reach areas in a more secure and fast way, finding people in need, taking different types of imagery that improves the situational awareness and facilitates the management of the post-disaster relief response and assessing structural damage, among others. The information provided by these tools can later be translated into the exact position (coordinates) of people needing rescue. This info facilitates the search and rescue of individuals. However, on the scene, factors such as high noise, possible low visibility and a high cognitive load of the rescuers, may make difficult the transmission of such information to them. Therefore, a solution to effectively help the navigation of rescuers in a post-disaster scene is here studied. For this aim, the haptics channel can be suitable. This claim is made based on different research done in the haptics field. Three situations were considered. In the first one, a set of coordinates describing a route is available. In the second one, only the coordinates of the final objective are known. And the last situation in which the rescuer is remotely pointed towards a direction by a third person. The first two cases refer to a GPS navigation task while the third one relates to a remote guidance. Then, three systems are here proposed, designed and built. The first one which addresses the first and second situation, consist of a haptic belt with eight vibromotors. The haptic belt is integrated with a GPS navigation Android App. The belt will guide the rescuer in the correct direction to the next waypoint by using the corresponding vibration of the actuator around the rescuer’s torso. The second system consists of two bracelets; each one should be located on each rescuer’s upper arm. The bracelets provide turn-by-turn left or right indications, and it is suitable for the second situation. The bracelets are also working in conjunction with an Android App. The haptic belt provides a higher acuity and more navigation freedom to the rescuers while the haptic bracelets are more simple and could be more intuitive. The third system which works for the third situation, consist of a pair of glasses equipped with a camera streaming real-time video to a remote controller. This person will send a command to the rescuer in the moment s/he sees an item of interest. This command consists of the cue of a vibromotor located in rescuer’s forehead. Finally, all the systems were tested on eight volunteers to evaluate the perception of the characteristics of the vibrotactile feedback. The results showed that the vibration signals were correctly detected. Further testing of the three systems on a navigation controlled situation is recommended to properly evaluate the prototypes in these kinds of situations.

Oggigiorno nuove tecnologie possono essere utilizzate per semplificare il lavoro dei soccorritori durante un disastro. Soprattutto nelle attività di ricerca e salvataggio urbano (USAR), droni e robot dotati di particolari sensori possono raggiungere le aree del disastro in modo più sicuro e veloce, individuare le persone in difficoltà, catturare diversi tipi di immagini che semplificano l’analisi della situazione e facilitano la gestione della risposta di soccorso dopo il disastro, oltre che semplificare la valutazione di eventuali danni strutturali. Le informazioni fornite da questi strumenti possono essere successivamente tradotte nella posizione esatta (coordinate) delle persone che necessitano di soccorso. Queste informazioni sicuramente facilitano la ricerca e il soccorso degli individui. Tuttavia, sulla scena, fattori quali l'alta rumorosità, la scarsa visibilità e un elevato carico cognitivo dei soccorritori, possono rendere difficile la trasmissione di tali informazioni. Pertanto, nella tesi è stata studiata una soluzione di supporto alla navigazione dei soccorritori nella scena del disastro. A tal scopo, può essere utilizzato il canale sensoriale tattile, come supportato da un’analisi della letteratura. Sono state considerate tre situazioni. Nella prima, è disponibile un set di coordinate che descrivono un percorso. Nella seconda si conoscono solo le coordinate del target finale. L'ultima situazione è quella in cui una terza persona guida il soccorritore da remoto verso una direzione. I primi due casi si riferiscono ad un compito di navigazione GPS mentre il terzo si riferisce ad una guida remota. Quindi, vengono proposti tre sistemi di navigazione. Il primo che affronta la prima e la seconda situazione, è costituito da una cintura aptica con otto attuatori. La cintura aptica è integrata ad una App di navigazione GPS sviluppata per ambiente Android. La cintura serve a guidare il soccorritore nella direzione corretta attraverso una vibrazione inviata al torso del soccorritore. Il secondo sistema è costituito da due braccialetti; ognuno situato su ciascun braccio del soccorritore. I braccialetti offrono indicazioni semplificate rispetto alla cintura (sinistra o destra), ed sono più adatti alla seconda situazione. I braccialetti sono integrati anch’essi con un'applicazione sviluppata per ambiente Android. La cintura aptica offre una maggiore accuratezza direzionale e maggiore libertà di navigazione ai soccorritori, mentre i braccialetti aptici sono più semplici e potenzialmente più intuitivi. Il terzo sistema che funziona per la terza situazione consiste in un paio di occhiali dotati di una telecamera la quale invia uno streaming video in tempo reale a una guida remota. Questa persona invierà un comando al soccorritore nel momento in cui vedrà un elemento di interesse. Questo comando consiste nel segnale di un attuatore situato nella fronte del soccorritore. Tutti i sistemi sono stati testati su otto volontari per valutare la percezione delle caratteristiche del feedback vibroattile. I risultati hanno mostrato che i segnali di vibrazione sono stati rilevati correttamente. Si consiglia tuttavia un ulteriore test dei tre sistemi in una situazione controllata, per valutare correttamente il funzionamento dei prototipi in queste situazioni in funzione del carico mentale dell’utente e del carico di informazioni presenti nella scena.