XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Вибрационная платформа для пешеходных переходов
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В условиях современного мегаполиса проблема дорожно-транспортного травматизма остается одной из наиболее острых. По данным всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире в результате ДТП погибает около 1,3 млн человек, причем значительная доля приходится на пешеходов.
У нас, как у школьников особую тревогу вызывает рост числа аварий с участием детей и подростков, которые часто переходят дорогу, отвлекаясь на мобильные устройства. Традиционные методы повышения безопасности, такие как светофоры, «лежачие полицейские», воздействуют преимущественно на зрительное восприятие, однако в условиях цифровой зависимости этого становится недостаточно.
Проблема исследования заключается в противоречии между необходимостью привлечения внимания пешехода к дорожной ситуации в критический момент и отсутствием физических каналов предупреждения ДТП, способных преодолеть зрительную фиксацию на экране гаджета.
В связи с чем мы поставили перед собой цель- разработать и создать модель дорожной инфраструктуры, использующей физический сигнал для повышения безопасности пешеходов, и продемонстрировать её работоспособность при помощи наборов образовательной робототехники.
Для достижения цели мы поставили перед собой ряд задач:
-Проанализировать существующие технические решения для предупреждения пешеходов и выявить их ограничения;
-Создать модель вибрационной платформы для пешеходного перехода на базе образовательного набора LEGO WeDo 2.0;
-Продемонстрировать принцип работы вибрационной платформы на базе образовательного набора LEGO WeDo 2.0 на примере одного запуска;
-Оценить эффективность тактильного воздействия как альтернативы традиционным предупреждающим знакам.
В процессе работы мы ориентировались на следующие источники-«Лего удивительные идеи», а так же методическими пособиями Школы интеллектуального развития «Мистер Брейни».
Глава 1. Теоретическое обоснование создания вибрационной платформы для пешеходного перехода на базе LEGO WEDO 2.0
-
-
Современные способы обеспечения безопасности пешеходов
-
Современные подходы к обеспечению безопасности пешеходов на дорогах в крупных городах сочетают инфраструктурные решения, интеллектуальные транспортные системы и поведенческие технологии. Во многих городах миллионниках появляются специальные «умные зебры», которые при помощи датчиков влияют на освещение пешеходного перехода. Например, LED-вставки в асфальт, которые загораются при приближении пешехода, которые активируются камерами или радаром. (Приложение, Рисунок 1) [4]
Так же к данной категории популярных современных средств безопасности пешеходов можно отнести проекционные «зебры»-лазерные или световые проекции на асфальте, которые «рисуют» переход в темноте или в местах с плохой видимостью.(Приложение, Рисунок 2) [4]
Так же часто встречаются инфраструктурные решения, обеспечивающие приоритет пешеходов. Например, «приподнятые» пешеходные переходы, когда переходвыполнен на уровне тротуара, а проезжая часть искусственно приподнята, как широкий лежачий полицейский. Водитель, встречая такую возвышенность, вынужден снижать скорость. (Приложение, Рисунок 3) [5]
На крупных дорогах можно встретить островки безопасности, они могут выглядеть какразделительные полосы посередине дороги, позволяющие пешеходу переходить дорогу в два этапа или как небольшие возвышенности, дающие большее чувство безопасности пешеходам. (Приложение, Рисунок 4)
Для маломобильных граждан и людей с ограниченными возможностями здоровья так же существуют свои технологии, обеспечивающие безопасность на дорогах. Например, тактильные плитки с подогревом. Зимой они не замерзают и не покрываются снегом, сохраняя ориентиры для трости.(Приложение, Рисунок 5)
Так же, для слабовидящих пешеходов, существуют звуковые маячки, говорящие о наступлении зеленого сигнала светофора. (Приложение, Рисунок 6) [5]
Однако, ни одна из данных технологий не является универсальной и не дает безопасного физического воздействия на зазевавшихся пешеходов, что доказывает актуальность создания вибрационной платформы для пешеходных переходов.
Глава 2. Модель вибрационной платформы для пешеходного перехода на базе LEGO WEDO 2.0
2.1 Конструкция вибрационной платформы для пешеходного перехода на базе LEGO WEDO 2.0
Проект полностью собран на базе образовательного конструктора LEGO Education WeDo 2.0 и условно разделена на несколько инфраструктурных модулей:
-Модуль «Толпа пешеходов» включает в себя датчик наклона WeDo 2.0 имитирует скопление и активное движение людей при помощи реечной передачи. Здесь так же использован мотор и смарт-хаб WeDo 2.0; (Приложение, Рисунок 7) [1]
-Модуль «Виброплатформа»-ключевой в данной модели, включает в себя электромотор WeDo 2.0, который приводит в действие кулачковый механизм, создающий вибрацию под ногами пешеходов;(Приложение, Рисунок 8)
-Модуль «Движение транспорта» включает в себя датчик движения WeDo 2.0, по сигналу которого активируется модель имитирующая движение мотоциклистов по дорогам при помощи сложного механизма, состоящего из последовательной зубчатой передачи и кривошипно-шатунного механизма;(Приложение, Рисунок 9) [3]
-Демонстрационный модуль «Барьер-автомат» использует сложный механизм из червячной передачи, зубчатой передачи, гусеничного механизма, а так же рычага, демонстрирующего работу барьера автомата для автомобилей. Здесь так же использован мотор и смарт-хаб. (Приложение, Рисунок 10)
2.2 Управление вибрационной платформой для пешеходного перехода на базе LEGO WEDO 2.0
Для программирования используется интуитивная среда WeDo 2.0 с блочным программированием, которая позволяет создавать алгоритмы путем перетаскивания блоков. (Приложение, Рисунок 11) [2] В нашем случае все модули запускаются одновременно по сигналу кнопки на клавиатуре «1», а так же взаимодействие между модулями обеспечено при помощи сигналов датчиков.
2.3 Демонстрация возможностей вибрационной платформы для пешеходного перехода на базе LEGO WEDO 2.0
При нажатии клавиши «1» запускается в первую очередь городская инфраструктура- на красный сигнал светофора, автомобиль останавливается перед барьером-автоматом. Механизм движения автомобиля един с барьером. Следом выходит толпа школьников после уроков. Все бегут, общаются, смотрят в телефоны и вдруг земля уходит из под ног- срабатывает вибрационная платформа, сообщающая об опасности-зеленый свет у транспортных средств. Пешеходы останавливаются. По сигналу датчика движения начали свой путь мотоциклисты по дороге, и все пешеходы остались в безопасности, не смотря на то, что они не следили за дорогой –они были предупреждены об начале движения транспортных средств и не перебегали дорогу.
2.4 Анализ эффективности работы модели вибрационной платформы на базе LEGO WeDo 2.0
Разработанная нами модель демонстрирует принципиально новый канал коммуникации с пешеходом —физический,а именно вибрация при приближении опасности. Анализ эффективности проводился по следующим критериям: функциональность, обоснованность физического воздействия, соответствие современным нуждам и потенциал масштабирования.
В условиях, когда внимание пешехода поглощено экраном гаджета, визуальные сигналы теряют свою эффективность. Разработанная платформа воздействует на проприоцептивную систему — вибрация через стопу воспринимается даже при опущенном взгляде, что является высокоэффективным обходным путем для преодоления зрительной фиксации.
Эффективность модели демонстрируется за счет ее связки с другими модулями. Вибрация не возникает хаотично, а служит прямым предупреждением о начале движения транспорта. Модель имитирует полноценную интеллектуальную транспортную систему, где физическое воздействие на пешехода синхронизировано с сигналами светофора.
В отличие от приведенных нами современных средств безопасности пешеходов, разработанная вибрационная платформа имеет ряд преимуществ:
-Не требует тишины и хорошего зрения;
-Не дублирует, а дополняет существующую инфраструктуру, требуя незначительных изменений в инфраструктуру города;
-Эффективна для людей в наушниках, в толпе и при плохой погоде, так как воздействует на физические сенсоры.
Все вышеперечисленное позволяет считать, чторазработанная модель эффективна как прототип и доказывает принципиальную возможность использования тактильного сигнала для предотвращения ДТП с участием пешеходов, отвлеченных на гаджеты. Ключевое достижение — демонстрация преодоления зрительной фиксации через физический канал.
Список литературы
1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
2. «LEGOудивительные творения»; Сара Дис [пер. с англ. М. Карманова].- Эксмодетство, 2020 г.
3. «LEGO Гаджеты. Полный гид по строительству необычных механизмов»; [пер. с англ. Позина И. В., ред. Волченко Ю. С.].- Эксмодетство, 2019 г.
Интернет-источнии
4. https://www.itsjournal.ru;
5. https://cyberleninka.ru/
Заключение
В ходе выполнения работы было подтверждено, что проблема дорожно-транспортного травматизма среди пешеходов, особенно детей и подростков, требует выхода за рамки традиционных визуальных методов предупреждения. Проведенный анализ существующих решений выявил их общий недостаток — отсутствие физического воздействия на человека, поглощенного экраном мобильного устройства.
Для решения этой проблемы была разработана и создана действующая модель вибрационной платформы для пешеходного перехода на базе образовательного конструктора LEGO WeDo 2.0. Модель включает четыре взаимосвязанных модуля демонстрирующих эффективное использование вибрационных платформ бля обеспечения безопасного передвижения пешеходов через оживленные дороги.
Испытания модели доказывают, что она успешно решает главное противоречие- обеспечивает доведение сигнала опасности до пешехода, чье зрительное внимание заблокировано гаджетом.
Практическая значимость работы заключается в том, что предложенная концепция может быть рекомендована для дальнейшего инженерного проектирования реальных вибрационных платформ . Разработанная модель также может использоваться как наглядное пособие на уроках ОБЖ и робототехники для демонстрации инновационных подходов к безопасности дорожного движения.
Приложение
|
Рисунок 1 |
Рисунок 2 |
|
Рисунок 3 |
Рисунок 4 |
|
Рисунок 5 |
Рисунок 6 |
|
Рисунок 7 |
Рисунок 8 |
|
Рисунок 9 |
Рисунок 10 |
|
Рисунок 11 |