Föreställ dig brandmän som försöker navigera genom en obekant, brinnande byggnad full av kvävande rök och öronbedövande ljud. Brandbekämpning är oerhört farligt, och förmågan för första responders att upprätthålla kommunikation i fientliga miljöer kan bokstavligen betyda liv eller död.

Att utveckla teknik för att förbättra säkerheten och effektiviteten för brandmän är utmanande eftersom rök och buller påverkar mänskliga sinnen och de försämrar datorseendealgoritmer som ger navigeringsvägledning.

Utesluter ljud och visuella metoder, ett tvärvetenskapligt forskarlag från Carnegie Mellon University (CMU) undersöker haptiska gränssnitt som alternativa kommunikationskanaler för brandmän. Ett haptiskt gränssnitt är ett system som gör det möjligt för människor att interagera med en dator genom sina kroppsrörelser.

Yang Cai, en senior systemvetare i Carnegie Mellon CyLab och chef för Visual Intelligence Studio, leder teamet som modifierade en brandmanshjälm genom att lägga till haptiska ställdon, en kontrollbox med en radiomodul, och andra enheter för att tillhandahålla realtidsinformation till brandmän. De döpte sin prototyp till "Haptic Helmet".

Hjälmen kommunicerar vägbeskrivningar till en brandman genom att skicka ett surr till fronten, tillbaka, eller sidorna av huvudet, indikerar att gå framåt, sluta, eller sväng vänster eller höger. De haptiska signalerna skickas till hjälmen från en RF-fjärrkontroll som finns i närheten eller från en virtuell verklighetssimulator via en kabel.

Drivkraften för detta projekt var National Institute of Standards and Technology (NIST) Public Safety Communication Research (PSCR) Divisions Haptic Interfaces for Public Safety Challenge. Tävlingen bedömde användningen av virtuell verklighetsmiljöer som ett utvecklingsverktyg för att skapa säkerhetsteknik. Utmaningen undersökte också relevansen av haptiska gränssnitt för att hjälpa första responders. I november 2019 vann CMU-teamet utmaningen och ett extra pris för att deras prototyp var den "mest kommersiellt lovande."

"Vi ville hålla designen väldigt enkel och ha mycket snabb prototyping. Vår lösning på problemet var den enklaste och det kan vara låg kostnad, " sa Cai.

Under flerfastävlingen, hjälmen testades i virtual reality-scenarier, och i en sista utmaning, hjälmen testades live i en brandmansutbildningsanläggning i Colorado. I en serie prövningar, olika brandmän tog på sig hjälmen och tog sig igenom ett kolsvart, rökfylld byggnad. En CMU-forskare skulle följa brandmannen genom mörkret med en värmekamera så att han kunde skicka vägbeskrivningar till hjälmen. Detta gjordes eftersom tävlingen konstruerades för att hålla testningen fokuserad på det haptiska systemet och inte de tävlandes trådlösa radiosystem. Under rättegångarna, hjälmen fungerade effektivt och brandmännen tog sig snabbt igenom banan.

"På tävlingen, hälften av domarna var riktiga brandmän och totalt sett, de gillade vårt tillvägagångssätt eftersom det var det mest intuitiva. Om du får ett surr på vänster sida av huvudet, du tittar åt vänster. Att vara intuitiv är viktigt eftersom brandbekämpning är verkligen stressande, sa Florian Alber, en CMU forskningsingenjör.

Andra vinnande egenskaper var att haptikerna var inbäddade i en befintlig utrustning så det tog ingen extra tid att ta på sig hjälmen. Det var lätt för första responders att lära sig hur man använder systemet, för.

"Det tog oss bara en minut att förklara för brandmännen vad vart och ett av kommandona betyder, sa Sean Hackett, en CMU forskningsingenjör.

Hjälmen visades på NIST:s PSCR-monter på 2020 Consumer Electronics Show i Las Vegas. I framtiden, teamet kommer att arbeta med brandmän i Pittsburgh, samla feedback om hjälmen för att förbättra dess funktionalitet i bredare brandbekämpningsaktiviteter.

CMU:s forskargrupp inkluderar Cai; Hackett; Alber; Roberta Klatzky, professor i psykologi och människa-datorinteraktion; Mel Siegel, professor emeritus vid Robotics Institute; Ben Graham, student i elektro- och datateknik; och Weizhe Guo, praktikant i Visual Intelligence Studio. Lenny Weiss, MD, från University of Pittsburgh School of Medicine fungerade som medicinsk rådgivare under projektet.