Study for a novel electromagnetic travel aid for visually impaired people

The autonomous mobility of visually impaired and blind people can be extremely difficult and often requires the use of assistive devices, as the traditional and wellaccepted white cane. Many Electronic Travel Aids have been developed during last decades with the aim of reducing the difficulties in mobility task. To date, no one of them meets all the requirements of the international guidelines for ETAs. Therefore, this research activity has been focused on the study of an innovative assistive device based on electromagnetic (EM) fields, never used before for this purpose. The work started with both experimental and theoretical preliminary studies that confirmed the enormous potentialities of EM fields to detect the presence of obstacles and even additional information on distances, materials and dimension. Therefore, a portable prototype able to alert the user about the presence of an obstacle by means of an acoustic alarm has been realised and tested by a blind volunteer. According to user’s feedbacks the system is easy to use and is able to detect even suspended obstacles not detectable by the cane, nevertheless the device needs to be miniaturised, speeded up by developing a real-time signal processing and equipped with a vibrotactile interface. The attention has been mainly focused on the design of new radiating elements (a small horn antenna and a planar slots array) characterised by: -high working frequencies and consequently reduced dimensions; -ultra wide band and hence high spatial resolution; -a radiation pattern wide over vertical plane so as to protect the user from ground to head level, and narrow over horizontal plane to allow manual o electronic scanning of the environment. To conclude, the planar slots array seems to be the best solution because printed technology allows easy integration with other circuits and feeding lines and the structure flexibility makes the antenna easily attachable onto the cane and paves the way for the designing of a device wearable over or under user clothes.

La mobilità autonoma per le persone ipovedenti e non vedenti può essere molto difficile e spesso richiede l'uso di dispositivi di supporto, come il bastone bianco. Nel corso degli ultimi decenni sono stati proposti numerosi dispositivi elettronici con lo scopo di fornire al non vedente delle informazioni sull’ambiente circostante utili alla deambulazione. Ad oggi nessuno di essi soddisfa appieno i requisiti delle linee guida internazionali definite per gli ETA. Si è pensato quindi di studiare un ausilio innovativo basato su impulsi elettromagnetici, ancora mai impiegati per questo scopo. L’attività di ricerca è iniziata con due studi preliminari, sperimentale e teorico, che hanno confermato le potenzialità dei campi EM sia nel rilevare la presenza di ostacoli che nel fornire informazioni aggiuntive riguardanti distanza, materiale e dimensione. E’ stato poi realizzato e testato da un volontario non vedente un prototipo capace di rilevare tramite un’antenna la presenza di un ostacolo e avvisare l'utente con allarmi acustici via via più intensi all’avvicinarsi dell’oggetto. Secondo i feedback dell’utente il sistema è facile da usare e in grado, a differenza del bastone bianco, di rilevare anche ostacoli sospesi; ha però bisogno di essere miniaturizzato, velocizzato per avere risposte in tempo reale e dotato d’interfaccia vibro-tattile. L'attenzione è stata focalizzata sulla progettazione di nuovi elementi radianti (un’antenna horn e un array di slot planari) caratterizzati da: -alte frequenze di lavoro e quindi dimensioni ridotte; -banda ultra larga e quindi alta risoluzione spaziale; -diagramma di radiazione largo sul piano verticale per proteggere l’utente dai piedi alla testa e stretto sul piano orizzontale per consentire una scansione manuale o elettronica dell'ambiente. L'array di slot planari risulta la soluzione migliore perché consente facile integrazione con altri circuiti e linee di alimentazione, è flessibile e quindi facilmente attaccabile sul bastone, e spiana la strada per la progettazione di un dispositivo indossabile.