Zdj. z Archiwum autorów. Magdalena Rutkowska - niewidoma uczestniczka badań i doświadczona echolokatorka
Umiejętność echolokacji jest kojarzona głównie ze zwierzętami takimi jak nietoperze czy delfiny. Mniej znanym faktem jest to, że ludzie, i to nie tylko niewidomi, mogą nauczyć się korzystać z tego sposobu percepcji otoczenia. Chociaż system słuchowy człowieka z założenia ignoruje odbicia dźwięków od najbliższych powierzchni, to w wielu badaniach wykazano, że już po krótkim treningu zdolność do echolokacji może być "odblokowana" i doskonalona do poziomu umożliwiającego wykrywanie przeszkód. Warto wiedzieć, że wiele instytucji na całym świecie organizuje szkolenia z echolokacji dla osób niewidomych. W Polsce są to: Specjalny Ośrodek Szkolno-Wychowawczy dla Dzieci Niewidomych w Owińskach ze znanym Parkiem Orientacji Przestrzennej oraz Fundacja Instytut Rozwoju Regionalnego. Z międzynarodowych organizacji warto wymienić Visioneers, którą założył najbardziej znany na świecie echolokator - Daniel Kish.
Instytut Elektroniki Politechniki Łódzkiej od wielu lat prowadzi prace nad technologiami asystującymi dla osób z niepełnosprawnościami, w szczególności dla osób niewidomych i niepełnosprawnych ruchowo. Przykładami opracowanych technologii są prototypy urządzeń do wspomagania niewidomych w samodzielnym poruszaniu się skonstruowane w ramach projektu Naviton oraz europejskiego projektu Sound of Vision lub program B-link do obsługi komputera za pomocą mrugnięć. W projekcie Narodowego Centrum Nauki, obecnie realizowanym w Instytucie Elektroniki pt. "Echolokacja niewidomych - wpływ typu sygnału i kierunkowości źródła dźwięku na akustyczną lokalizację przeszkód" (nr projektu NCN Opus 2019/33/B/ST7/02813), przeprowadzono badania eksperymentalne porównujące jak różne rodzaje dźwięków i głośników sprawdzają się jako źródło sygnału echolokacyjnego.
Wstępne założenia są takie, że dźwięki wykorzystywane w echolokacji powinny zawierać wysoką częstotliwość podstawową i odpowiednio szerokie widmo (składać się z szumu lub wielu składowych częstotliwościowych). W praktyce dźwiękami najczęściej stosowanymi w echolokacji są kląsknięcia językiem o podniebienie, syczenie, klaskanie i naturalnie występujące dźwięki kroków lub uderzeń laską. Używa się też mechanicznych klikerów z metalową blaszką, takich jak te do tresury psów, a także drewnianych kastanietów.
W badaniach wykonanych w Politechnice Łódzkiej porównano dziesięć specjalnie dobranych typów dźwięków. Kilka z nich stanowiły dźwięki odniesienia - kląsknięcia wybierane przez osoby niewidome z doświadczeniem w echolokacji oraz klaskanie wybierane przez osoby widzące. Pozostałe rodzaje dźwięków były odtwarzane z przenośnego głośnika zawieszonego na szyi uczestnika. Dźwięki te to pięć syntezowanych dźwięków perkusyjnych o częstotliwościach od 1 do 5 kHz (zakres dźwięków dużego drewnianego ksylofonu), niebieski szum („ostry” szum o dużej zawartości wysokich częstotliwości), różowy szum („ciepły” szum o dużej zawartości niskich częstotliwości) oraz syntezowane „wzorcowe” kląsknięcie eksperta echolokatora.
W testach wzięło udział 12 osób niewidomych i 14 osób widzących, w wieku od 26 do 62 lat. Zadaniem uczestników badania było wykorzystanie echolokacji do określenia położenia (odległości i kierunku) płyty z dobrze odbijającego dźwięk tworzywa. Płyta miała wymiary 2mx1m i podczas badania była przemieszczana do 9 różnych położeń, w odległości od 1m do 3m od obserwatora. Podczas testów uczestnicy określali również swoją „pewność” lokalizacji obiektu w skali od 1 do 5 (1 oznacza "losowe przypuszczenie", 5 oznacza "całkowitą pewność"). Testy powtarzano z 10 różnymi dźwiękami po dwie serie na każdy dźwięk z każdym uczestnikiem.
Wyniki badań wykazały, że prawie wszyscy uczestnicy testu posiadają zdolność echolokacji. Jedynie dwóch uczestników badania miało wyniki na poziomie losowym. Zgodnie z oczekiwaniami, doświadczone osoby niewidome uzyskały najlepsze wyniki, niezależnie od typu dźwięku. Za to pewnym zaskoczeniem było to, że prawnie niewidome osoby słabowidzące radziły sobie porównywalnie z osobami widzącymi. Ciekawą obserwacją była duża różnica w pewności – osoby niewidome były prawie dwukrotnie bardziej pewne swoich odpowiedzi od osób widzących, mimo, że średnia różnica w poprawności wyników między grupami wynosiła zaledwie 10-15%.
Ze zbadanych dźwięków, cztery okazały się w statystycznie istotnym stopniu lepsze od pozostałych: różowy i niebieski szum oraz dźwięki perkusyjne 3kHz i 4kHz. Prawdopodobnie jest to związane z dokładniejszym lokalizowaniem szerokopasmowych dźwięków i większą wrażliwością ludzkiego ucha w tym zakresie częstotliwości. Ludzki słuch jest szczególnie czuły na częstotliwości z zakresu 2-5kHz, gdyż są to dźwięki najczęściej występujące w naszym otoczeniu, np. w mowie. Mimo wysokiej skuteczności dźwięków szumu, były one oceniane jako najmniej przyjemne w późniejszej ankiecie przeprowadzonej z badanymi osobami.
Wyniki badań wykazują, że echolokacja jest potwierdzoną i mierzalną umiejętnością, którą można doskonalić poprzez odpowiedni trening. Być może w takim treningu pomocna będzie „latarka dźwiękowa”, najnowszy badany prototyp skonstruowany w Instytucie Elektroniki. Prototyp „latarki” składa się z panelu głośniczków ultradźwiękowych emitujących zmodulowany sygnał dźwiękowy. Gdy taka skupiona wiązka fali odbija się od przeszkody powstaje złudzenie, że dźwięk dochodzi z miejsca, gdzie trafiła wiązka ultradźwięków. Pierwsze testy „latarki” pokazały, że może ona być skuteczną pomocą w nauce echolokacji a nawet nowym potencjalnym urządzeniem asystującym do codziennego użytku.
dr inż. Michał Bujacz
prof. dr hab. inż. Paweł Strumiłło
Instytut Elektroniki Politechniki Łódzkiej, Zakład Elektroniki Medycznej