1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN DISPOSITIVO QUE PERMITA A LAS PERSONAS CON CUADRIPLEJÍA USAR EL PC DE MANERA INALÁMBRICA Walter Alexander Yopasá Bernal, Estudiante de Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Distrital Francisco José de Caldas y Yamit Libardo Ruiz Ovalle, Estudiante de Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Distrital Francisco José de Caldas Resumen: En este documento se presenta una breve descripción de la propuesta de proyecto de grado para optar al título de ingeniero en telecomunicaciones . Mediante el desarrollo de un dispositivo inalámbrico dedicado a pacientes que sufren de cuadriplejia el cual permitirá a estos pacientes usar el computador controlando con su lengua el mouse y la herramienta teclado en pantalla. II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Ab stract: This paper presents a brief description of the project proposal grade to qualify for the engineering degree in telecommunications. Through the development of a wireless device dedicated to patients suffering from quadriplegia which will allow patients to use the computer controlling the mouse with his tongue and tool-screen keyboard. Con base en la razón expuesta anteriormente se pensó en diseñar un dispositivo inalámbrico que permitirá a las personas con cuadriplejia controlar el computador. Palab ras Clave: Computador, inalámbrico, lengua, mouse. cuadriplejia I. INTRODUCCION Actualmente, la informática constituye una herramienta indispensable para diferentes ciencias y oficios. Los computadores más modernos cuent an con numerosas vent ajas, múltiples aplicaciones; sin embargo, estos equipos no han sido diseñados para que sean accesibles a personas en situación de discapacidad. El uso creciente de los computadores, y toda la tecnología asociada, ha promovido la creación de dispositivos de hardware cada vez más cómodos y eficientes para el usuario. Un número significativo de pers onas en situación de discapacidad no puede acceder a esta tecnología. Por esa razón, se han diseñado mecanismos, distintos a los tradicionales, para atender las necesidades de dichas pers onas. Uno de los principales medios de interacción con el comput ador es el mouse, y por tal motivo, este dispositivo será el objetivo del sistema que apoyará la discapacidad de miembro superior (paciente con cuadriplejia). Actualmente la informática evoluciona bastante rápi do, los computadores son cada vez más cómodos y prácticos para el usuario pero no son diseñados para un número importante de personas que sufren de alguna discapacidad. El dispositivo está basado en el uso de sensores táctiles cuyas señales serán empleadas para controlar con la lengua el mouse del PC y manejar la herramienta teclado en pantalla para ingresar datos al pc. Con el diseño de este dispositivo el usuario podrá tener la misma autonomía en el manejo del computador que una persona sin discapacidades físicas, mitigando con ello la dificultad para acceder y disfrutar de las diversas novedades que actualmente ofrece el mundo de la informática y convirtiéndose en una importante alternativa para las personas con discapacidad. III. MARCO TEÓRICO A continuación se presentan los conocimientos teóricos básicos necesarios para entender este artículo. A. Mouse Inalámbrico El término ratón proviene de "Mouse", ya que la forma se asociaba con la de un ratón, aunque en los inalámbricos, cada vez es menor el parecido. Es un dispositivo apuntador que integra en su interior un led que emite luz de manera intermit ente, y un receptor se encarga de enviar los cambios en la reflexión de luz en la 2 superficie hacia un circuito integrado que los interpreta como movimientos en todas direcciones, y finalmente estos datos viajan de manera inalámbrica a un receptor conectado y/o integrado en la computadora, la c ual los interpreta como posiciones en la pantalla por medio del puntero (flecha que se mueve en la pantalla al mover el ratón) [1]. Todos necesitan para poder funcionar, un dispositivo especial que s e conecte a la computadora ó que se encuentre integrado en ella, llamado receptor (para IR, Wi-Fi o BlueTooth), el cuál recibe la señal emitida por el ratón inalámbrico y la transmite a la computadora. Este puede tener conector para puerto PS/2 o puerto USB como se observa en la Figura 1. Para el desarrollo del proyecto se modificaría el modulo emisor en particular el sensor óptico (led emisor y receptor) por un sistema que permita recibir la señal de los sensores táctiles del dispositivo y que las convierta en las mismas señales que enviaría el led receptor al circuito integrado del mouse para que este a su vez lo traduzca en coordenadas y envié la información al modulo receptor. Figura 1. Mouse inalámbrico B. Teclado En Pantalla 1) Características del mouse inalámbrico: Permite colocar el puntero (flecha que se mueve en la pantalla al deslizar el ratón) ó el cursor (línea que titila en los programas al escribi r), en el lugar deseado de la pantalla. Permite moverse manera sencilla. entre menús de Se usa para abrir un menú emergente en la pantalla y elegir otras opciones. Reemplaza de muchas formas el uso del teclado. El teclado en pantalla es simplemente una imagen con la que podemos interactuar para realizar acciones propias del teclado, este teclado Puede ser útil para que personas con problemas motrices puedan escribir sin tener que recurrir a dispositivos señaladores o joystick. Además de ay udar a un nivel inferior a aquellas personas que tienen deficiencias motrices, el Teclado en pantalla también puede ser útil para los que no tienen conocimientos de mecanografía si tiene dificultades de movilidad, si está utilizando un equipo de tableta o si se daña el teclado [2]. Todos los ratones inalámbricos actuales utilizan tecnología óptica e integran el botón "Wheel" que permite presionarlo y girarlo para realizar a mayor velocidad las actividades. Es un teclado muy completo. Dispone de las teclas básicas alfanuméricas y de las teclas especiales Ctrl, Mayús, Bloq May, Tab, Esc, Alt Gr. Además incluye teclas útiles para la edición de textos como Inicio, Fin, etc. Envían la información hacia la computadora de manera inalámbrica por medio de un emisor integrado, por alguno de los tres medios comunes: ondas infrarrojas, Wi-Fi o vía BlueTooth. En el desarrollo del proy ecto el teclado en pantalla será de gran ayuda al momento de tener que introducir datos alfanuméric os al computador, este teclado se controlar á con el mouse del computador dispositivo que a su vez se modificará para que pueda ser controlado con la boca. Algunos necesitan no tener objetos que crean interferencia para funcionar de manera correcta, llegando a tener un área de influencia de varios met ros. Utilizan batería para poder funcionar y emitir la señal, pero algunos cuentan con modo de ahorro de energía para cuando no se están utilizando. C. Sensores Táctiles Cada vez son más y más los diseños orientados a aplicaciones industriales, equipos de medicina, automoción o cons umo, entre otros, que están sustituyendo los pulsadores mecánicos por soluciones basadas en „touch panels‟. 3 Actualmente los sistemas de interfaz de usuario basados en pulsadores, conmutadores o deslizadores lineales están quedando en desuso frente a aquellas soluciones basadas en controles sensibles al tacto, ya que estos aportan mayor flexibilidad al dis eñador, fiabilidad, además de s er una alternativa competitiva en precios. Esta tecnología desbloquea todas las barreras que las soluciones mecánicas planteaban a la hora de diseñar la interfaz de usuario. Dis eños altamente intuitivos y prácticos como cont roles giratorios o deslizadores lineales, son ahora posible con la introducción de estos dispositivos. Los paneles sensibles al tacto no presentan partes móviles que puedan sufrir des gaste, son limpios y fáciles de utilizar. Por todas estas razones los controles sensibles al tacto, se están convirtiendo en la elección principal de muchos diseñadores como interfaz de usuario en videojuegos, controles remotos, teléfonos móviles, reproductores portátiles, electrodomésticos, periféricos para el PC o sistemas multimedia entre muchos otros. Los controladores de sensores capacitivos MPR083 y MP R084 de Freescale están diseñados para detectar la presencia de objetos sin la necesidad de contacto físico. Por ejemplo, estos dispositivos se pueden utilizar en el panel front al de una lavadora reemplazando botones o pulsadores. El usuario simplement e acercando el dedo a uno de los comandos del panel activará la función correspondiente Los dispositivos MPR083 y MPR084 soportan aut o calibración en tiempo real configurable. Esta se realiza automáticamente en la fas e inicial y durante el funcionamiento del dispositivo. Además estos controladores soportan múltiples electrodos, permitiendo que un único dispositivo controle varias aplicaciones. Multiplexando los electrodos, un único controlador puede utilizarse para detectar varios puntos de toque. El MPR083 es ideal para aplicaciones de interfaz giratorio, mientras que el MP R084 es más adec uado para control de „t ouch panel‟. Ambos controladores tienen la misma configuración de pines, lo cual simplifica el manejo de control de „touch panel‟, conmutadores o deslizadores rot acionales y lineales. Ambos dispositivos emplean una salida digital I2C para la comunicación con otro dispositivo como un Microc ontrolador. Estos dispositivos operan entre los 1.8V y los 3.6V, lo cual lo hacen muy adecuados para la electrónic a de consumo. Para ay udar a minimizar el costo en diseños de sensores „touch‟ y acelerar la implantación de tecnología de sens ado „touch‟, Freescale ofrece un paquete soft ware de detección de proximidad, diseñado para que pueda correr en cualquier microcontrolador de 8-bit S08 y 32-bit ColdFire núcleo V1. Este software está disponible en código fuente para aquellos que quieran dotar de capacidad de sensado „touch‟ de hasta 32 electrodos, a cualquier diseño realizado con uno de los microcontrolador de las familias S08 y ColdFire V1 [3]. En el des arrollo del dispositivo inalámbrico para personas con cuadriplejia los sensores se accionarán con la lengua debido a la discapacidad del usuario y estarán instalados en un accesorio estilo diadema para que puedan ser más fáciles de manipular por el usuario final. D. Cuadriplejia y Paraplejia La lesión o la enfermedad del sistema nervioso pueden afectar la capacidad para mover una parte específica del organismo. Esta capacidad motora reducida se llama parálisis. Paraplejía: parálisis de ambas piernas. Cuadriplejía: parálisis de las dos piernas y los dos brazos. 1) Causas: La cuadriplejía y la paraplejía son principalmente causadas por lesiones en la médula espinal. Pero, ambas pueden ser causadas por enfermedades del sistema nervioso, como por ejemplo: Esclerosis múltiple Esclerosis lateral amiotrófica (Enfermedad de Lou Gehrig) La mayoría de las lesiones de la médula espinal son causadas por accidentes (por ejemplo, choques automovilísticos, caídas, lesiones al practicar deportes). 4 2) Tratamiento El hecho de que se trate de paraplejía o cuadriplejía depende de lo siguient e: Paraplejía: daño debajo del cuello Figura 3. Cuadriplejía: daño en la médula espinal en la bas e del cráneo o cuello Figura 2. El tratamient o inmediato de las lesiones de la columna vertebral incluye reforzar la columna vertebral para evitar que se mueva y lesione posteriormente la médula ósea. Los esteroides y otros medicamentos pueden utilizarse para aliviar el daño causado a los nervios y al tejido adyacente. La recuperación y rehabilitación usualmente se inician en el ámbito hospitalario de cuidado intensivo. S egún la caus a y el nivel de la afección, la recuperación implica: Medicamentos Cirugía Fisioterapia intensiva Asesoramiento profesional Durante este tiempo, a los pacientes se les hacen auxiliares a medida para moverse, a menudo incluso sillas de ruedas [4]. IV. ESTADO DEL ARTE Figura 2. Paciente con cuadriplejía En el momento se han desarrollado varios dispositivos orientados a que las personas con cuadriplejia puedan hacer uso del computador, entre ellos se encuentran los siguie ntes: A. Iriscom - Ediris El proyecto Ediris tiene como objetivo hacer que aquellas personas que s ufran de parálisis cerebral, esclerosis múltiple, sean capaces de utilizar un ordenador. La res puesta a qué facilitará esta tarea a este tipo de pers onas la podemos encontrar en una herramienta llamada Iriscom, la cual nos permite controlar el ordenador con el ojo gracias a la técnica videoc ulografía, la cual funciona a través de una cámara y dos emisores de luz infrarroja que se ac oplan al ordenador, captando as í la imagen de nuestro ojo y el reflejo que los dos rayos provocan al incidir en el iris de nuestro ojo, el sistema se puede observar en la Figura 4. Figura 3. Paciente con paraplejia Luego, un software se encarga de interpretar la imagen calculando la posició n de nuestro ojo, de manera que el punt ero estará en el lugar que indiquen nuestros ojos. El click funciona de manera sencilla, ya que bastará con parpadear o fijar nuestros ojos en un punto en concreto durante un tiempo determinado 5 para hacer click. Respecto de la otra herramienta principal de un ordenador, el teclado, no hay ninguna manera específica de escribir s alvo la que muchos ya se habrán imaginado que es la de usar el teclado virtual de la pantalla [5]. pequeño módem. El "enter" es ordenado a través de un parpadeo. A Giulia Terasawa, tetrapléjica a causa de una parálisis cerebral, la creación de la Fundación Feitoza le dio la oportunidad de alfabetizarse e interactuar s ocialmente. Es fantástico, nunca imaginé que pudiera trabajar en un computador", dijo, a su vez a la AFP, Socorro Pinheira Ferreiro, natural de Manaos, quien nació sin brazos, y encontró en el mouse ocular una forma de conectarse con el mundo y abrirse mejores perspectivas laborales. Figura 4. Soft ware iriscom 1) Características: Cámara de gran precisión y velocidad, instalada frente al us uario Un par de lámparas de infrarrojos de baja potencia que se sitúan en los laterales de la pantalla. Cables de conexión Software espec ífico Dispone de varias opciones para emular la pulsación de los botones del ratón. o Clic con el botón izquierdo o Pulsar y arrastrar o Doble clic o Clic con el botón secundario El software está diseñado para ejecutars e en segundo plano mientras el usuario utiliza cualquier otra aplicación de Windows [6]. 2) Especificaciones Sistema operativo: Windows XP Sistema operativo: Windows Vista Sistema operativo: Windows 7 Procesador: Intel Pentium 4 Memoria RAM: 512 MB Espacio en disco: 10 MB Puertos FireWire: 1 B. Mouse Ocular El mouse se compone de cinco sensores que se c olocan en la frente y en las sienes como se ilustra en la Figura 5. Los sensores captan los movimientos del globo ocular y los transmiten al computador a t ravés de un No existe en el mundo nada similar, ni nada como el mouse ocular", proclamó Accir de Soares, gerente de negocios de la Fundación Paulo Feit oza, responsable por la invención, desarrollo y patente del producto. El creador fue el profesor Manoel Cardoso, de la Universidad Federal de Amazonas, que trabajó apoyado por investigadores de la Fundación Feit oza. El mouse ocular está pronto para ser producido en serie, ya pasó por t odos los controles de las autoridades brasileñas, y sólo resta el permiso de la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitaria. El gobierno, según de Soares, se propone distribuirlo grat uitamente a quien lo necesite a través del sistema público de salud. El costo de producción de cada mouse será de menos de 100 dólares, y la Fundación Feitoza firmó un convenio con una fábrica brasileña para su producción en serie. La fundación se dedica a la investigación y desarrollo de productos de accesibilidad y comunicación para personas con deficiencia, con proyectos en software, hardware y biotecnología. Tiene en fase de des arrollo el ROCC, un mouse sin hilos para manejar el computador con movimientos de la cabeza, y el NDCP, guante para que los mudos puedan, por ejemplo, hablar por teléfono, porque transforma su lenguaje manual en palabras escritas, y eventualment e pronunciadas por el computador. El desarrollo del mouse oc ular llevó cinco años y costó 6 millones de reales (US D 3,3 millones al cambio del día), financiados por empresas de la Zona Franc a de Manaos. 6 El mouse ocular " permitirá alfabetizar a personas que ni soñaban que eso fuese posible", coment ó Flavia Grosso, superintendente de la Zona Franca. que probó mi aparato fue capaz de empezar a controlar el cursor en sorprendentemente poco tiempo”, escribió Gavin en su informe de investigación sobre CHA D. Como Socorro y Giulia, existen cuatro millones más de brasileños con deficiencias físicas que podrían beneficiarse del dispositivo. Condiciones médicas como la lesión de columna vertebral, la esclerosis lateral amiotrófica, la mielitis y la poliomielitis, pueden dejar a las personas con movimiento limitado de los brazos y otras extremidades. La propia Socorro, que ahora trabaja e n la Fundación, contribuyó a desarrollo del teclado virtual que aparece en la pantalla, con una distribución diferente de letras y signos, adaptada al comando oc ular [7]. Los pacientes con cuadriplejia tienen dificultad accediendo a las computadoras sin la ayuda de un dispositivo caro y complejo, dijo Gavin. Por es o, él trató de hacer el CHA D más sencillo y más económico que las opciones actuales para estos pacientes. Un tipo de dispositivo que ya existe es un rastreador infrarrojo que utiliza una etiqueta adhesiva puesta entre los ojos del usuario que mueve el mouse. Su precio base es de alrededor de 900 dólares, pero si no se mueve durante cierto tiempo, la computadora piensa que estás haciendo clic, lo que puede complicar acciones como mantener la atención y leer. La opción más sofisticada ahora es el EyeGaze, cuyo precio base es de casi 8,700 dólares, y usa una c ámara para rastrear el movimiento de los ojos, dijo Gavin. Figura 5. Mouse ocular C. Chad (manejar el PC con la cabeza) Un adolescente trabaja en una idea que podría ayudar a que miles de personas con discapacidad puedan usar comput adoras. Gavin Ovsak, de 16 años, diseñó un panel de circuitos adherido a una gorra que permite operar una computadora sin necesidad de utilizar las manos. El dispositivo esencialmente convierte la cabeza en un cursor (joystick ), explicó. Los movimient os de la cabeza dirigen el cursor en la pant alla de la computadora, y un sensor de mordida permite al usuario hacer clic. Gavin diseñó el programa de c omputadora que cont rola el dispositivo. En la Figura 6, Gavin observa a Jim Kelley, especialista en servicio al cliente en el centro de rehabilitación Courage en Golden V alley, Minnesot a, operando el dispositivo. “Fue particularmente gratific ante ver que cada persona con una lesión de columna vertebral En contraste, el CHAD costaría alrededor de 500 dólares, y podría ser usado en cualquier computadora, adaptándose a distintos modelos casi instantáneamente, dijo Gavin. Por ejemplo, un usuario puede llevarlo a una biblioteca pública, mientras que muchas de las opciones disponibles actualmente sólo pueden ser usadas en un ordenador específico. CHA D tiene más de la mitad de la capacidad de uso del mouse, pero todavía no es perfecto: Gavin actualmente le hace varias pequeñas mejoras, y espera venderlo, al menos en una escala reducida, ant es de entrar a la universidad el próximo año [8]. 7 Para Ricardo Viaggio, director de Indra, “menos de un 5% de las personas con alguna discapacidad, dedican su tiempo libre a navegar por Internet. Con la t ecnología se puede mejorar la vida de quienes tienen su movilidad reducida”. De acuerdo con la Encuesta Nacional de Personas con Discapacidad (E NDI) en 1 de cada 5 hogares del país reside al menos un individuo con discapacidad. La población más afectada con el 47% del total es la que tiene 65 años o más. Según datos del INDEC, relevados en 2003, en el país hay 2.176.123 personas discapacitadas. A nivel global, la cifra llega a los 500 millones. Figura 6. Chad (manejar el pc con la cabeza) D. Head Mouse y Virtual Keyboard Para facilitar a las personas con alguna discapacidad motriz la interacción con la computadora, se lanz aron ayer dos aplicaciones gratuitas que permiten controlar el cursor con un mouse virtual y escribir textos a través de gestos y movimientos de cabeza como se observa en la Figura 7. Se trata del HeadMouse y el VirtualKeyboard, la misma tecnología que asiste al diputado Jorge Rivas. Estos programas, que se presentaron en la Argentina, fueron concebidos por el área de Robótica de la Universidad de Lleida, en España, en c olaboración con Indra y la Fundación Adecco.El beneficio que le otorga esta técnica a quienes padecen cuadros de hemiplejía, cuadriplejía o carecen de los miembros superiores, es un método dinámico para navegar por la red y comunicarse con otros usuarios, mediante la combinación de algoritmos de visión artificial. Las pruebas llevadas a cabo por los desarrolladores, tipeando textos entre 15 y 20 mil palabras, consiguieron, según detallan, un ahorro del 40% en las pulsaciones de teclas. Lo que representa unos 7 mil términos menos. El sistema se basa en la utilización de una cámara web de nivel intermedio –que soporte una resolución de 640 por 480 píxeles –, capaz de registrar las acciones del usuario frente a la pantalla. Sus creadores insisten en que el manejo se consigue de manera int uitiva, sin ningún tipo de formación o conocimiento previo. Una vez instalado no requiere ayuda de terceros para acceder a la configuración ni efectuar modificaciones en el sistema. El HeadMouse consigue que, al cent rar el rostro en la cámara web, se origine tanto el clic como el des plazamiento del curso r. El “milagro” se produce porque la aplic ación detecta la inclinación de la cabeza, ojos y boca. En tanto que el VirtualKeyboard concentra una serie de innovaciones tecnológicas que agilizan notablemente la escritura a quienes padecen alguna dificultad de movimientos y no puedan recurrir a los teclados convencionales. Tiene cargado cinco diccionarios que agregan las palabras más frecuentes del inglés, francés, italiano, catalán y el castellano [9]. Figura 7. Head mouse – Virtual keyboard V. METODOLOGÍA A. Etapa de investigación Durante la ejecución de esta etapa se busca realizar una recopilación de la información ac erca del tipo de sensores, y tecnologías que existen en el mercado que sean adapten a las necesidades del proyecto. B. Análisis de tecnología Encontrar y establec er los tipos de tecnologías más adecuadas para el desarrollo así como conocer las ventajas y desventajas de cada una. 8 C. Implementación del hardware y software Realizar la implementación de los dispositivos electrónicos, realizar el dispositivo que permita interactuar los sensores táctiles con el modulo de recepción del mouse inalámbrico . D. Montaje y pruebas En esta etapa se busca llevar a cabo la implementación del prototipo del sistema para permitir al usuario con discapacidad realizar uso del computador. Esta etapa tiene c omo finalidad determinar el correcto funcionamiento y proc eder a la detección de errores que se puedan presentar con el fin de dar solución a los mismos. http://inventos.teoriza.net/como-controlar-unpc-con-el-irisdel-ojo-iriscom-permite-manejarun-ordenador-conlos ojos [6] http://www.tecnoaccesible.net/node/43 [7] http://www. vanguardia.com/historico/7199crean-mousepara-manejar-el-pc-con-unparpadeo [8] http://mexico.cnn.com/tecnologia/2010/10/28/u n-jovencreo-un-gadget-para-operar-la computadora-moviendo-solo la cabeza [9] http://www.perfilcristiano.com/un-sistemagratuitopermitiraque-los-discapacitado VI CONCLUSIONES Actualmente no existe gran cobertura de la tecnología para las personas discapacitadas, debido a los grandes precios de fabricación y al mercado reducido. Los actuales inventos para facilitar la vida de las personas con cuadriplejia son de difícil acceso para los pacientes con bajos recursos ec onómicos y además no están contemplados en el POS. Debemos elegir la tecnología apropiada para reducir costos y de esta manera generar un alto impacto en la comunidad discapacitada, en especial a los pacientes de bajos recursos. Se debe trabajar y hacer pruebas con pacientes con cuadriplejia para medir resultados más reales y hacer ajustes para mejoramiento del dispositivo. REFERENCIAS [1] http://www.informaticamoderna.com/Raton_inal ambrico. htm [2] http://www.microsoft.com/spain/accesibilidad/tr aining/windowsxp/oskturnonuse. [3] http://www.redeweb.com/_txt/638/20.pdf [4] http://healthlibrary.epnet.com/GetContent.aspx ?token=c905f6c8-fb81-4c5f-9ac5 57abe8fde16b&chunkiid=127567 [5] Walter Alexander Yopasá Bernal Tecnólogo Electrónico U. Distrital IX Semestre Telecomunicaciones Ing. De Soporte Técnico Help Desk [email protected] Yam it Libardo Ruiz Ovalle Tecnólogo Electrónico U. Distrital IX Semestre Telecomunicaciones [email protected]