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正如兩年前在 DARPA 城市挑戰賽 中所展示的那樣，工程師可以製造出無需人類駕駛員輔助即可在城市街道上巡航的自動駕駛汽車。 一組研究人員現在正尋求將這種成功轉化為醫療領域，透過構建所謂的“智慧輪椅”，利用人工智慧、雷射、感測器和地圖軟體來操作和導航電動輪椅，為那些無法自行操作輪椅的乘坐者服務。
在六月份獲得的美國國家科學基金會五年 48 萬美元撥款的幫助下，由賓夕法尼亞州伯利恆市利哈伊大學計算機科學與工程副教授 約翰·斯普萊澤 領導的研究團隊，開發出了一款專門為在人行道、停車場和其他戶外區域行駛而設計的原型輪椅。
與過去設計的其他智慧輪椅一樣，斯普萊澤的裝置使用雷射探測和測距 (LiDAR) 系統來探測樹木、電線杆、停車收費表、拐角和其他現實世界中的障礙物。 主要區別在於，這款輪椅將使用 LiDAR 和其他感測器對其周圍環境繪製的地圖，與斯普萊澤及其團隊建立並載入到其記憶體中的 3D 地圖進行交叉引用。 為了補充輪椅識別和避開靜止障礙物的能力，研究人員還計劃編寫軟體，以幫助輪椅預測和避開移動障礙物，例如行人和汽車。
“我的工作旨在推動輪椅自主性的發展，”斯普萊澤說。 “它將不侷限於結構化的室內環境。 相反，它研究了在非結構化的室外環境中進行自主操作這一更具挑戰性的問題。”
斯普萊澤及其同事迄今為止構建的原型可以追溯到斯普萊澤之前的兩項研究成果。 其中一項是 2007 年 DARPA 城市挑戰賽的 機器人車輛，斯普萊澤是該團隊的成員，該團隊製造了“小本”，這是一輛裝有雷射和攝像頭感測器的豐田普銳斯。 小本是六輛自主完成 92 公里賽程的汽車之一（在 89 輛參賽車輛中），該賽程旨在模擬城市駕駛的挑戰。
斯普萊澤與費城的 Freedom Sciences, LLC 的合作也為他的智慧輪椅原型做出了貢獻。 Freedom Sciences 於 2008 年獲得美國食品和藥物管理局 (FDA) 的批准，可以銷售其自動化運輸和檢索系統 (ATRS)，該系統允許輪椅使用者進出車輛，以及存放和檢索他們的電動輪椅。 ATRS 的工作原理如下：駕駛員坐到駕駛座後，使用遙控器引導輪椅到達汽車後部的升降機處。 到達那裡後，輪椅使用雷射制導系統將自身停靠在升降平臺上，然後升降平臺縮回車內。 “輪椅僅靠自身移動幾英尺，”斯普萊澤說，“但它允許駕駛員獨立自主。”
斯普萊澤和他的團隊在小本的幫助下為他們的原型智慧輪椅建立了地圖。 他們駕駛改裝後的普銳斯在南伯利恆和利哈伊大學古德曼校區的 Stabler 競技場停車場周圍行駛，建立了 3D 地圖，隨後下載到他們輪椅的控制系統中。 （雖然這聽起來工作量很大，但這與谷歌建立其 街景地圖 的方法並無不同。）在測試執行中，研究人員已能夠讓輪椅自主行駛約一公里併到達目的地，同時將其位置跟蹤在 20 釐米的精度範圍內。 斯普萊澤補充說，他們無法使用全球定位系統 (GPS) 達到這種精度水平，GPS 的精度通常會偏差一米或更多。 對於駕駛員來說，這不是什麼大問題，但對於輪椅來說，這是一個巨大的問題。
斯普萊澤輪椅的一個關鍵方面是使其價格合理。 他指出，Freedom Sciences 能夠銷售其 ATRS，因為該產品的成本與購買麵包車或 SUV 並對其進行改造以允許坐在輪椅上的人駕駛（就像現在大多數輪椅駕駛員所做的那樣）的成本相當。 為了使他們的智慧輪椅超越原型階段，斯普萊澤和他的團隊將不得不弄清楚如何在不依賴小本使用的昂貴的 LiDAR 系統的情況下，而是依靠成本較低的 LiDAR 和聲納感測器的組合，使其自主移動。
當然，斯普萊澤和他的同事並不是唯一提出智慧輪椅想法的人。 1999 年 12 月出版的IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 上發表的一篇論文描述了一種 NavChair 輔助輪椅導航系統 (pdf)，該系統在當時被開發出來，旨在減少“操作電動輪椅對認知和身體的要求，適用於廣泛的障礙限制了他們使用電動代步工具的人”。 NavChair 基於商用輪椅系統，並增加了一個基於 DOS 的計算機系統、超聲波感測器以及一個介於操縱桿和動力單元之間的介面模組。
最近的兩個專案使用了幾乎相同的名稱：巴斯克地區大學特殊需求人機互動實驗室的 Robochair 專案正在建立一個自主導航系統，可以新增到市售電動輪椅中。 2007 年，英國埃塞克斯大學的研究人員開展了一個名為 RoboChair (pdf) 的類似專案。
然而，儘管其他人已經證明智慧輪椅可以工作，但他們尚未使其價格能夠被龐大的使用者群體所接受 （僅在美國就有 270 萬 15 歲及以上的人）。 “最終目標是開發一種智慧輪椅系統，能夠在達到前所未有的自主水平的同時，仍然具有商業可行性，”斯普萊澤說。