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.

BIBLIOGRAFÍA

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La electrónica abre nuevos horizontes a personas con problemas de comunicación, Diario el país de España ,

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Monografía Comunicación Aumentativa y Alternativa en Educación Física Como medio de Integración de niños con Discapacidades que acceden a la educación formal, Elizabeth Jiménez, Héctor Peralta, Especialización en Educación Especial con énfasis en Comunicación Aumentativa y Alternativa.

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