LICORNIO ELECTRONICO Y SOFTWARE DE

LICORNIO ELECTRONICO Y SOFTWARE DE ENTRENAMIENTO PARA PERSONAS CON IMOC (Insuficiencia Motora De
Origen Cerebral)
Esperanza Camargo Casallas, Enrique Yamid Garzón González Luz Helena Camargo Casallas
[email protected], [email protected], [email protected],
Universidad Distrital. Bogotá, Colombia
RESUMEN
En este documento se muestra el diseño e implementación de
un licornio Opto-Electrónico que permite la accesibilidad a
personas con grandes disfuncionalidades en el sistema motor al
computador, este tipo de disfunalidades impiden mover parcial
o totalmente sus extremidades. Además se desarrolló un
software de entrenamiento que puede ser modificado acorde a
las necesidades del usuario ó su tutor. Esta herramienta de
comunicación y rehabilitación esta orientada en particular a
niños con IMOC (Insuficiencia Motora De Origen Cerebral) en
particular aquellas que padecen de tetraplejía. Este trabajo es el
resultado del grupo de investigación DIGITI adscrito a la
Facultad Tecnológica de la Universidad Distrital
Palabras claves: Licornio, Ayudas Técnicas, Accesibilidad,
Discapacidad, Parálisis Cerebral
1.
El tipo de movimiento objeto de estudio de este trabajo
corresponde a personas con tetraplegia, y solo les es posible
mover la cabeza con movimientos un tanto gruesos.
Los licornios son adaptaciones situadas a modo de corona en la
cabeza que al moverla apuntan a algún lugar o objeto deseado.
Este tipo de dispositivo no es funcional para personas que no
poseen un control adecuado de los movimientos de la cabeza,
ya que para utilizar el teclado o una pantalla táctil se requieren
movimientos precisos con un margen de error no mayor a 1 cm.
Debido a estas limitaciones se desarrollo un Licornio optoelectrónico eliminando el contacto físico con el computador
que requieren los licornios convencionales, junto con un
software de entrenamiento que facilita la interacción con el
computador. No solo se ha mejorado la apariencia si no
también se ha dotado de mayor potencialidad al individuo para
interactuar con su medio.
INTRODUCCIÓN
En el mercado se encuentra una serie de dispositivos
electrónicos, los cuales en su mayoría no cubren las
necesidades de una persona con IMOC, los pocos dispositivos
que cubren esta discapacidad son muy costosos ya que estos
deben ser diseñados para cada persona con adaptaciones
especificas.
Este tipo de discapacidad limita el movimiento casi en todo el
cuerpo y las partes del cuerpo que poseen movimiento
presentan dificultades con el control del mismo, por ejemplo el
caso de Jim Brooks desde una silla de ruedas y sin mover los
labios, se expresaba con tanta fluidez y convicción. Jim Brooks
sufría de paralisis cerebral desde su niñez y no puede realizar
ningún movimiento, salvo con el dedo gordo del pie, este
hombre se dirigió al congreso estadounidense sobre los
derechos de los minusválidos, en esta intervención ningún
senador apartó la mirada de este hombre. No obstante, Brooks,
programador de ordenadores, diseñó su propio sistema de
comunicación, formado por un ordenador, un sintetizador de
voz y un pedal que mueve con el dedo del pie, instalado en una
silla de ruedas electrónica. 1
Estudiando las necesidades tecnológicas de la sala de
Comunicación Aumentativa y Alternativa de la Universidad
Pedagógica Nacional la cual promueve soluciones que
mejoren la calidad de vida de las personas con discapacidad, se
desarrolló una herramienta de comunicación y rehabilitación
tecnológica (Hardware-Software), para personas con IMOC
(Insuficiencia Motora De Origen Cerebral) en particular
aquellas que padecen de tetraplejía, hay que resaltar que las
personas con parálisis cerebral presentan una gran dificultad,
porque, suelen ser incapaces de hablar y escribir, y tampoco
pueden comunicarse a través de gestos.
El licornio electrónico diseñado en esta aplicación esta
compuesto por un “apuntador electrónico”, un “pulsador” y la
interfaz al computador, acompañado por un software de
entrenamiento.
2.
TIPOS DE DISCAPACIDADES
Para facilidad se describen cuatro grupos: de tipo sensorial, en
donde se distinguen personas con perdida auditiva y perdida
visual; de tipo neuromotor, en donde encontramos personas
con parálisis cerebral; de tipo mental, retardo en el desarrollo y
autismo; y por último personas con trastornos específicos del
lenguaje.
Discapacidades De Tipo Sensorial
Se entiende como limitación sensorial aquella producida por
una afectación de un órgano de los sentidos que no le permite al
individuo recibir información clara y coherente a través de
alguno de estos. Las personas con déficit sensorial se ven
obligadas a complementar la información sobre el mundo por
medio de los otros sentidos [1]. Desde poca visión hasta la
ceguera, el rango de limitaciones visuales es muy amplio, las
personas con dificultades auditivas quizás puedan oír algunos
sonidos pero es posible que no puedan distinguir las palabras.
Otras quizás no puedan oír ningún sonido.
Discapacidades De Tipo Neuromotor
Por deficiencia motora se entiende aquella que dificulta la
movilidad funcional de una o varias partes del cuerpo; es
producida por diversos motivos generando diferentes niveles de
discapacidad [1]. Este tipo de individuos pueden presentar una
o varias combinaciones de parálisis cerebral como se muestra a
continuación:
La Parálisis Cerebral no permite o dificulta el paso de los
mensajes enviados por el cerebro hacia los músculos evitando
el movimiento de éstos. Existen diversos tipos de Parálisis
Cerebral y muchas de las personas afectadas tienen una
combinación de dos o más tipos, entre ellos (figura 1):
La Diplejía afecta a las dos piernas, los brazos están
bien o ligeramente afectados.
La Hemiplejía se produce cuando la mitad izquierda
o la derecha del cuerpo está afectada por este tipo de parálisis
cerebral, mientras que la otra mitad funciona con normalidad.
La Tetraplejia están afectados los dos brazos y las
dos piernas, permitiendo únicamente el movimiento de la
cabeza con dificultad.
Aunque existen algunas personas con Parálisis Cerebral que
tienen problemas de aprendizaje, esto no siempre es así, pues
algunos pueden tener un coeficiente de inteligencia más alto de
lo normal, coeficiente que no puede ser explotado pues no
pueden expresarse por la falta de autonomía.
ayudas técnicas, ya sea de baja o alta tecnología1, para que la
persona discapacitada no vea disminuida las posibilidades de
elevar su nivel de autonomía y calidad de vida.
La evolución de las ayudas técnicas, ha generado sistemas de
comunicación que introducen el uso del computador con
adaptaciones e interfaces (pulsadores, palancas, interruptores),
así como programas específicos.
Las personas con motricidad limitada, como la tetraplejía o
hemiplejía necesitan ayudas como: Teclado estándar con
adaptaciones específicas en atriles, reposamanos, manoplas o
carcasas, las personas que carecen de control total o reducido
de la gran mayoría de los músculos dificulta el uso de
dispositivos como teclados y mouse estándar, estos individuos
necesitan
ayudas como: Punteros adaptados a partes
específicas del cuerpo (licornio - varillas bucales ) Figura 1,
dispositivos de reconocimiento de voz, pantallas de táctiles, las
personas con problemas visuales se necesitan ayudas como
teclados braile, dispositivos de reconocimiento de voz,
magnificadores de pantallas, impresoras braile y líneas braile
entre otros, las personas con deficiencias de tipo mental
necesitan ayudas técnicas como: teclados a los que se les
incorporan hojas con dibujos o instrucciones de
funcionamiento, teclados de conceptos, pulsadores.
La mayoría de las ayudas técnicas deben funcionar
paralelamente a un software que se adapte a las necesidades del
individuo.
Figura 1. Licornio de contacto
Figura 2. Limitación del movimiento
4.
Discapacidades De Tipo Mental
Las personas con retardo mental y con autismo tienen afectadas
las funciones mentales globales, y presentan trastornos en las
distintas áreas del desarrollo cognitivo, social, y lingüística.
Para las personas con retardo mental todas las áreas de
desarrollo evolucionan con lentitud y a ritmos diferentes. Las
personas con autismo parecen tener dificultad en tres campos
básicos: las relaciones interpersonales, el manejo del entorno y
el desarrollo lingüístico y comunicativo[1].
3.
ESTUDIO DE AYUDAS TÉCNICAS CON
RESPECTO A LAS NECESIDADES DE LOS
DISCAPACITADOS.
A partir del argumento que las capacidades de un individuo
para desarrollar ideas, sentimientos, afectos y relacionarse con
otros se dan a partir de la interacción que la persona logre
tener con su entorno, se hace necesario crear ambientes con
IMPLEMENTACION
ELECTRÓNICO”
DEL
“APUNTADOR
Para el “apuntador electrónico” se implementa una solución
opto electrónica que responda a las variaciones de luz que
emite la pantalla del computador, para esto se realizó se realizó
la caracterización del diodo opto-receptor, así como la
adaptación de lentes para mejorar las variaciones de intensidad
luminosa.
Caracterización del Diodo
Se caracterizaron varios diodos para ver su respuesta con
respecto a la frecuencia de barrido vertical de la pantalla del
computador y la amplitud de la señal de salida.
Se realizaron pruebas de diodos opto-receptores comerciales
los cuales presentaron diferentes respuestas con respecto al
color emitido por las pantallas y la distancia a la cual se
encontraba la pantalla.
1
La expresión alta y baja tecnología hace referencia a la incorporación
de elementos mecánicos (baja) o electrónicos e informáticos (alta).
Una vez estudiados los diodos receptores se decidió utilizar el
diodo OP954 dado que presenta una variación importante al
color negro, como se muestra en la figura 3.
Acondicionamiento de señal
Una vez polarizado el diodo, el primer intento por obtener un
pulso digital fue promediar la señal a través de un circuito
amplificador con el fin de detectar los cambios de voltaje
cuando se producía un negro en la pantalla, después se paso por
un comparador obteniendo un pulso digital, este tendría el
mismo efecto que al oprimir el botón 1 del joystick. Este
circuito electrónico funcionaba muy bien para una pantalla de
84Hz, pero al probarlo en una pantalla de 60Hz presentaba
dificultades, debido a que el voltaje de salida del promediador
es proporcional a la frecuencia de entrada.
Vo ≈ AvFi
Por lo anterior se decidió reemplazar el promediador por un
generador de rampa que aumenta su amplitud cuando el diodo
percibe un negro en la pantalla y nuevamente se comparo
obteniendo un pulso digital.
Debido a esto se rediseño el circuito Electrónico para que este
se auto calibrará, independiente del tipo de pantalla, logrando
así que el diodo opto-receptor emitiera un pulso cuando se
produce un negro en la pantalla del computado, la cual nos
sirve para posicionar el apuntador en esta. Figura 4
Figura 3 Caracterización del diodo OP954
Adaptación Óptica
Se procedió a construir un sistema óptico que permitiera al
diodo receptor ganar distancia y focalizar puntualmente en la
pantalla, para ello se tuvieron en cuenta los lentes que
permitían la variación de la distancia, a la vez daba pautas para
el diseño del programa.
Figura 4. Circuito Electrónico para posicionar el apuntador en
la pantalla
5.
IMPLEMENTACIÓN DEL PULSADOR Y LA
INTERFAZ DE COMUNICACIÓN.
Debido a su material y características de construcción, estos
lentes no garantizaban estabilidad vs. distancia, además no
permitía que el objeto fuera pequeño. Se construyo un lente
para solucionar el problema de focalización y distancia. No se
tuvo en cuenta el diámetro del lente y generó nuevamente
problemas en la recepción de la señal, ya que por su tamaño era
poco puntal y permitía el paso de luz externa.
Por ultimo se utilizaron dos de los cuatro lentes de una mira
telescópica, los cuales permiten no solo una distancia
considerable si no también fidelidad óptica. Figura 3.
A causa del uso de los periféricos en un computador se decidió
utilizar el puerto de juegos con el fin de no interferir con los
demás dispositivos del PC, y no desorientar a los usuarios.
Figura 5.
Figura3. Adaptación óptica del diodo receptor
Figura 5. Interfaz al computador
Se utiliza como botón 1 del jostick (Pin 2) la señal tratada del
diodo, como botón 2 (Pin 7) el pulsador adaptado.
El pulsador se adapto para que sea utilizado por varios usuraos,
para garantizar las propiedades de higiene debe ser recubierto
con un chupo, ya que este será accionado con la boca.
6.
módulo siempre visible. Para leer el puerto del jostick se utilizo
el módulo Joy.
Si el diodo no encuentra en el primer cuadro, rota al primer
cuadrante (plano cartesiano), si nuevamente no lo encuentra
rota al tercer cuadrante, luego al cuarto y por ultimo se reinicia
en el segundo cuadrante.
SOFTWARE DE ENTRENAMIENTO
El software se desarrollo en Visual Basic usando un algoritmo
de aproximaciones sucesivas, este divide la pantalla en 4 cuatro
partes iguales, permitiendo definir a donde se encuentra
apuntando el licornio. Figura 6.
Si encuentra en algún cuadrante el cuadro negro, este se divide
en cuatro, realizando por segunda vez la división del cuadro en
el mismo cuadrante, para luego realizar otra rutina de rotación,
y por tercera este cuadro realiza una nueva división sobre si
mismo.
Realizada la rutina de reducción por tercera vez, aparece un
puntero en el sitio al cual esta apuntando el usuario, para
seleccionar a través de un pulsador la aplicación.
1
inicio
2
Cada vez que hay un negro en la pantalla en el puerto del
jostick el botón 1 aparece como si estuviese presionado. Cabe
resaltar que el cuadro negro esta a una frecuencia mayor a la de
la pantalla por lo cual el usuario que utiliza el dispositivo es
imperceptible este cuadro negro. Figura 7.
no
El diodo ve la pantalla
cuadro=pantalla
si
8
Reducciones
=reducciones +1
cuadro/4
La división de los cuadros se realizo utilizando las propiedades
lef, top, heigth y witdh de la pantalla.
3
Ponga cuadro de color
negro
4
El diodo ve
el cuadro
negro
no
10
si
9
Reducciones=
3
no
Rotar
si
Figura 7. Ventanas para determinar la Posición del apuntador
11
aparición
del puntero
no
12
pulso el boton
de selección
si
13
ejecutar
aplicación
Figura 6. Algoritmo del software de entrenamiento
Para esto se utilizo un form2 con propiedades de backcolor en
negro para que fuese percibido por el diodo, para activar y
desactivar el cuadro negro, el cual rota tratando que fuera lo
más invisible al ojo humano pero no al diodo. Se utilizo el
Dado que el puntero permite dividir la pantalla en 64 cuadros e
igual número de opciones por imagen., esto permite al tutor
preparar su clase organizando algunos videos interactivos, un
cuadro de texto y algunos sonidos si así lo desea.
Al presionar el pulsador del botón 2 del jostick se ejecuta un
formulario donde se encuentra un video, imagen, sonido y/o
texto., estos pueden ser cargados por el tutor de la persona que
utiliza el dispositivo. Figura 8
Figura 8. Formulario para cargar datos
7.
CONCLUSIONES
Las personas con parálisis cerebral son las que menos ayudas se
han realizado en el campo de la informática y comunicación
En este tipo de proyectos se hace obligatoria
interdisciplinariedad, para dar el enfoque adecuado.
la
Se valido la hipótesis de manejar la pantalla de computador con
un diodo, mejorando la viabilidad del proyecto.
Se comprobó que los licornios opto-electrónicos pueden
representar avances significativos como ayuda técnica de
primera necesidad.
El voltaje de salida del diodo varía dependiendo de los olores
en pantalla.
Las soluciones software representan
versatilidad a muy bajo costo.
características de
El licornio diseñado en este trabajo dignifica la capacidad del
individuo quien al empezar a usar este dispositivo, no solo
logra comunicarse sino también vence una barrera con su
entorno.
8.
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