m.i. miguel Ángel garcía trillo dra. josefina valenzuela
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M.I. Miguel Ángel García Trillo Dra. Ma. Martha Marín Laredo Dra. María Luisa Sáenz Gallegos Dra. Josefina Valenzuela Gandarilla
UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
CUERPO ACADÉMICO 230 “ESTILO DE VIDA SALUDABLE”
TECNOLOGÍAS E INVESTIGACIÓN PARA
PERSONAS CON DISCAPACIDAD
COORDINADORES
M.I. Miguel Ángel García Trillo
Dra. Ma. Martha Marín Laredo
Dra. María Luisa Sáenz Gallegos
Dra. Josefina Valenzuela Gandarilla
AUTORIDADES
Dr. Raúl Cárdenas Navarro
Rector
L.E. Pedro Mata Vázquez
Secretario General
Dr. Orépani García Rodríguez
Secretario Académico
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Dr. Juan Anzurez Marín
Director
M.C. Galileo Cristian Tinoco Santillán
Subdirector
M.I. Haydee Edith Lemus Castañeda
Secretaria Académica
M.C. Diana Itzel Sepúlveda Jáuregui
Secretaria Administrativa
COMITÉ EDITORIAL
M.I. Miguel Ángel García Trillo (UMSNH-México)
Dra. Ma. Martha Marín Laredo (UMSNH-México)
Dra. María Luisa Sáenz Gallegos (UMSNH-México)
Dra. Josefina Valenzuela Gandarilla (UMSNH-México)
Dra. María Dolores Flores Solís (UMSNH-México)
M. E. Ruth Esperanza Pérez Guerrero (UMSNH-México)
Dra. Cleotilde García Reza (UAEM-México)
M.C. Martha Marian Medellín Fontes (UMSNH-México)
M.E. Azucena Hernández Lizalde (UMSNH-México)
Dra. Diana Maritza Quiguanás López (Universidad de Santiago de Cali-Colombia)
TECNOLOGÍAS E INVESTIGACIÓN PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD
COORDINADORES
M.I. Miguel Ángel García Trillo
Dra. Ma. Martha Marín Laredo
Dra. María Luisa Sáenz Gallegos
Dra. Josefina Valenzuela Gandarilla
Derechos reservados © 2019 Primera edición electrónica por: M.I. Miguel Ángel García
Trillo, Dra. Ma. Martha Marín Laredo, Dra. Josefina Valenzuela Gandarilla, Dra. María
Luisa Sáenz Gallegos y Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
Av. Francisco J. Mújica S/N Ciudad Universitaria
C.P. 58030, Morelia, Michoacán, México.
Teléfono (+52) (443) 322 3500
Todos los trabajos incluidos como capítulos de libro, fueron arbitrados de forma ciega por
2 miembros del comité editorial de esta obra y evaluadores invitados.
El contenido de los trabajos que componen este libro electrónico es responsabilidad de
cada uno de los autores.
ISBN 978-607-542-109-4
Grabado en Morelia, Michoacán, México.
Esta obra se terminó de editar y grabar en septiembre de 2019, se elaboraron 500 discos
compactos.
Se prohíbe la reproducción total o parcial de esta obra, incluido diseño tipográfico y
portada, sea cual fuere el medio, electrónico o mecánico, sin consentimiento de los
coordinadores y de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
PRÓLOGO
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) la discapacidad es un término general que
abarca deficiencias, limitaciones de la actividad y restricciones en la participación de las personas.
Una persona con discapacidad es aquella que tiene alguna limitación física o mental para realizar
actividades en su casa, en la escuela o en el trabajo. De acuerdo a los datos de la OMS de enero de
2018, se calcula que más de mil millones de personas (un 15% de la población mundial) presentan
alguna forma de discapacidad. En México se tiene registro de un poco más de 4.5 millones de
personas con alguna limitación (INEGI, 2010), como: caminar o moverse, ver, escuchar, mental,
hablar o comunicarse, atender el cuidado personal, poner atención o aprender. Adicionalmente, las
tasas de discapacidad están aumentando debido en parte al envejecimiento de la población, el
aumento de las enfermedades crónicas y los accidentes.
Para analizar con mayor precisión este tema, la OMS nos indica que las discapacidades ocurren con
más frecuencia en los países de bajos ingresos, con respecto a los de altos ingresos, y que la
discapacidad es más común entre personas mayores y adultos que son pobres. Las personas con
discapacidad tienen mayores dificultades para finalizar sus estudios, para conseguir empleo, y para
ser independientes. Frecuentemente, las personas con discapacidad no solo están limitadas por sus
cuerpos, sino también por la sociedad en la que viven marginados.
Con estos antecedentes, se enmarca la necesidad de desarrollar investigación con el objetivo de
brindar los apoyos necesarios a las personas con discapacidad, de manera que se atenúe su
discapacidad, se fortalezcan otras capacidades, se mejore su calidad de vida y se aumenten las
posibilidades de integrarse plenamente en su comunidad.
Este libro es fruto de los esfuerzos de un grupo de profesores de la Universidad Michoacana de San
Nicolás de Hidalgo, dirigidos por el M.I. Miguel Angel García Trillo, reconociendo que la
discapacidad motriz, de ver, de escuchar o comunicarse, son muy frecuentes, se presentan trabajos
sobre traducción de lenguaje de señas a texto, lectura de textos, desarrollos de prototipos de grúa y
sillas de ruedas, sensores para automatizar el ambiente (domótica) y software especialmente
desarrollado para niños y personas con discapacidad.
Un servidor tiene miopía y utiliza lentes desde los 25 años, sin ellos no podría manejar, ni
desarrollar su actividad docente y de investigación cotidiana. En otra época, sería una persona
discapacitada. Considero que lo mismo podrá decirse de muchas otras discapacidades que podrían
atenuarse en un futuro cercano.
Esperamos que este libro contribuya a que más estudiantes, profesores e investigadores se
involucren en esta área de investigación que brinda la oportunidad de apoyar a las personas con
discapacidad, de todas las edades, desde niños hasta adultos mayores. De manera que
contribuyamos con nuestro grano de arena a que las personas con discapacidad se integren
plenamente a la sociedad y sean reconocidos como personas con capacidades diferentes.
Dr. Leonardo Romero Muñoz
División de Estudios de Posgrado, Facultad de Ingeniería Eléctrica
Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
ÍNDICE
APLICACIÓN MÓVIL PARA TRADUCCIÓN DE IMÁGENES DE LA LENGUA DE SEÑAS
A TEXTO AL INSTANTE ....................................................................................................................... 1
INTERFAZ CONVERSACIONAL PARA FACILITAR LA LECTURA ACTIVA DE TEXTOS A
PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL Y/O MOTRIZ ............................................................. 16
CAMINANDO POR EL FUTURO DE MÉXICO .................................................................................. 35
DISEÑO DE PRODUCTO PARA NIÑOS CON ACONDROPLASIA DE 6 A 12 AÑOS ................... 48
DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE GRÚA PARA TRASLADAR PERSONAS CON
DISCAPACIDAD MOTRIZ ................................................................................................................... 72
EASYHOME ........................................................................................................................................... 86
ERGONOMÍA APLICADA AL DISEÑO DE UNA SILLA DE RUEDAS ........................................ 102
DISEÑO DE SENSORES CON APLICACIÓN EN DOMÓTICA ...................................................... 116
SMARTCHAIR PCI SILLA DE RUEDAS AUTOMATIZADA PARA PARÁLISIS CEREBRAL
INFANTIL ............................................................................................................................................ 130
TRADUCTOR DE ABECEDARIO LENGUAJE MEXICANO DE SEÑAS ...................................... 146
FOCUS (JUEGO PARA INFANTES CON TDAH) ............................................................................. 166
SOFTWARE INTERACTIVO PARA LA INCLUSIÓN SOCIAL DE PERSONAS CON
DISCAPACIDAD (DISCAP) ............................................................................................................... 185
PÁGINA EN BLANCO
1
APLICACIÓN MÓVIL PARA TRADUCCIÓN DE IMÁGENES DE LA LENGUA
DE SEÑAS A TEXTO AL INSTANTE
Rodríguez Bermudez German1, [email protected]
1Instituto Tecnológico Superior de Pátzcuaro, Pátzcuaro, México
Resumen. Se propone una aplicación móvil que permite la traducción de la Lengua de Señas
Mexicana (LSM) a texto en tiempo real, con la finalidad de apoyar y asistir a personas que
padecen sordera o que no pueden comunicarse verbalmente, pero conocen y usan dicha lengua
de señas. Esta aplicación utiliza la cámara del dispositivo móvil para capturar las imágenes,
mismas que después procesa para reconocimiento de la seña mediante clasificadores Haar-like
features; da como resultado el texto de la o las señas que le corresponden; además se incluye un
botón para reproducir dicho texto con voz artificial en el mismo dispositivo. Se desarrolló una
aplicación móvil para dispositivos móviles que utilizan el Sistema Operativo (SO) Android. En
México no se tiene registro de una aplicación como la mencionada; no obstante, en otros países
ya se tienen proyectos específicos para la lengua de señas correspondiente. La innovación
tecnológica de este proyecto reside en el procesamiento en tiempo real de las capturas de las
señas por medio de la cámara del dispositivo para hacer la traducción al texto correspondiente y
hacer la “lectura” en voz alta de esta traducción.
Palabras clave: Aplicación móvil, Android, Procesamiento de imagen
Introducción
La lengua de señas es una de las principales herramientas que permiten a personas que perdieron
su capacidad auditiva, comunicarse con los demás. Es la lengua que utilizan las personas sordas
y como toda lengua, posee su propia sintaxis, gramática y léxico (Esther & Pérez, 2011). La
dactilología se refiere a lo que bien podría ser el deletreo en la lengua oral, y está representada en
este diccionario sobre todo con el abecedario, es decir, son señas estáticas de cada letra. En este
proyecto se propone una aplicación móvil para realizar la traducción de dactilología ya que, por
tratarse señas estáticas requiere menos procesamiento en el dispositivo. Por lo tanto, para realizar
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esta traducción es necesario utilizar técnicas de procesamiento de imagen y visión
computacional.
Estado del arte
Sobre el proceso de traducción de lengua de señas a partir de imágenes hay varios proyectos de
software que han diseñado diversas opciones de traducción, reconocimiento y procesamiento.
Por ejemplo, Medhi, Doshi, Pawar, Kesarkar y Dalvi en proponen un sistema que reconoce
gestos dinámicos y estáticos (Medhi, Doshi, Pawar, Kesarkar, & Dalvi, 2017). Para los gestos
estáticos se utiliza el método “momentos de Zernike” y para los dinámicos (2 segundos de video)
extraen un vector de características en curva que muestra una alta precisión en rutas de
identificación única del movimiento, luego estas rutas o patrones son clasificados usando
Máquinas de Soporte Vectorial (SVM).
También Chiguano, Moreno y Corrales propusieron un software donde, para el procesamiento
digital de imágenes se aplicaron algunos filtros y operaciones morfológicas para resaltar las
características de la imagen y eliminar información innecesaria como ruido (Chiguano, Moreno,
& Corrales, s.f). También se eliminaron objetos extraños en la imagen mediante un recortado del
área de interés. Con la ayuda del Vision Assitant de Labview, se elaboraron las bases de datos,
para llevar a cabo la comparación con la imagen recortada y de esta manera asignar la clase
(letra) correspondiente a cada imagen. Con la clase asignada se forma el texto que se muestra en
forma escrita en la pantalla o a su vez se puede enviar a un documento de Word.
Por otro lado, Raheja, Singhal y Chaudhary diseñaron un proceso que consiste en extraer
información relevante de las imágenes de los videos y guardarlos en vectores (PCA: Principal
Component Analysis) y compararlo con los patrones guardados en una red neuronal, esta
información representa el patrón de cada imagen en lenguaje de señas (Raheja, Singhal, Sadab,
& Chaudhary, 2015).
También Vintimilla Sarmiento propone una aplicación para traducción de Lenguaje de Señas de
Ecuador donde, para el reconocimiento de la seña primero se realiza el tratamiento de la imagen
en el móvil, el resultado se envía al servidor de inteligencia artificial ubicado en la nube, el
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servidor obtiene los 1600 bits de la imagen y realiza la búsqueda de la misma en una red neural
mediante el algoritmo back-propagation, finalmente éste servidor envía la respuesta al
dispositivo móvil desplegándose en la pantalla (Vintimilla Sarmiento, 2014).
Otra de las herramientas utilizadas para la detección de objetos son los clasificadores en cascada
o Clasificadores Potenciados (Boosted Cascade Classifiers), particularmente han sido usados
para la detección de manos y detección de gestos en las manos. Kolsch y Turk propusieron un
sistema de detección de manos que detecta seis gestos (Kolsch & Turk, 2004). Por su parte Fang,
Wang, Cheng y Lu desarrollaron una extensión de gestos (Kolsch & Turk, 2004) en la cual los
clasificadores potenciados se emplean para la detección de manos, mientras que los gestos o
señas se reconocen utilizando características derivadas del espacio de escala (Fang, Wang,
Cheng, & Lu, 2007).
La mayoría de los proyectos analizados utilizan una computadora para realizar el procesamiento
de la imagen. Por ello el interés está en los proyectos basados en Clasificadores en Cascada,
mismos que pueden ser integrados a cualquier dispositivo móvil a través de librerías de terceros
para procesamiento de imagen compatibles. Para la propuesta es importante analizar las
herramientas y librerías para que la app procese la búsqueda y detección de señas por medio de
la cámara del móvil para una mayor portabilidad y movilidad de la misma.
Objetivo
Implementación de un sistema de detección de señas en imágenes con fondo claro para su
utilización móvil de tiempo real. Para ello basado en el modelo de detector propuesto por Paul
Viola y Michael J. Jones (2001).
Metodología
El desarrollo de software incremental, que es una parte fundamental de los enfoques ágiles, es
mejor que un enfoque en cascada para la mayoría de los sistemas empresariales, de comercio
electrónico y personales. El desarrollo incremental refleja la forma en que se resuelven
problemas. Rara vez se trabaja por adelantado una solución completa del problema, más bien se
avanza en una serie de pasos hacia una solución y se retrocede cuando se detecta que se
cometieron errores. Al desarrollar el software de manera incremental, resulta más barato y fácil
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realizar cambios en el software conforme éste se diseña. Cada incremento o versión del sistema
incorpora algunas de las funciones que necesita el cliente. Por lo general, los primeros
incrementos del sistema incluyen la función más importante o la más urgente.
Reconocer letras de la lengua de señas con filtros de Haar
El reconocimiento de objetos es un campo del reconocimiento de formas con importantes
aplicaciones hoy en día como por ejemplo el reconocimiento facial para control de acceso a
edificios y laboratorios o la búsqueda de imágenes en bases de datos. Un paso necesario para
identificar unos objetos en una imagen o secuencia de video es poder detectar en qué posiciones
de la imagen es más probable que haya una dicho
El proceso general consiste en obtener o capturar las imágenes por medio de la cámara del
dispositivo para hacer el procesamiento de ellas, es decir, buscar (detectar) la seña hecha por la
persona para después efectuar la traducción al texto (letra) correspondiente (Viola & Jones,
2001). En este sentido se requieren dos elementos básicos para la detección de objetos en una
imagen digital:
Un descriptor del objeto a detectar en la imagen, es decir, una representación de sus
características importantes para poder ser buscadas y detectadas en otras imágenes de
entrada. En este proyecto se utilizan los filtros de Haar (Haar Cascade Classifiers).
Un detector de las características definidas del objeto, es decir, un método para encontrar
estas características en imágenes de manera eficiente y automatizada. En este proyecto se
utiliza Adaboost.
Filtros o descriptores Haar
Los filtros de Haar son una combinación de rectángulos del mismo tamaño adyacentes horizontal
o verticalmente. Estos filtros de aplican a una imagen en diferentes tamaños y posiciones; con
ellos se obtendrá una descripción de ella, es decir, un patrón de la imagen (Joshi, Escriva, &
Godoy, 2016). Los filtros (extendidos) de Haar son los siguientes:
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Figura 1. Filtros de Haar extendidos.
Los filtros de Haar (“Haar-Like features”) permiten describir y representar a las imágenes con un
conjunto de características, mismas que posteriormente pueden ser buscadas en otras imágenes
de entrada.
Estas características describen los cambios de intensidad entre los pixeles a lo largo de una
imagen. Por ejemplo, en la figura 2, si restamos la intensidad de los pixeles del rectángulo negro
menos la intensidad de los pixeles del rectángulo blanco tendríamos: 900 – 300=600. Esto
significa que hay mucho cambio de contraste en esos dos rectángulos
Figura 2. Funcionamiento básico de un filtro Haar
Los filtros se aplican a diferentes tamaños y posiciones de la imagen. El resultado de aplicar
estos filtros es una característica de Haar (Haar like feature). Estas características de Haar
describirán las señas dentro de la imagen, de tal manera que se tendrá un patrón de estas,
generado y guardado previamente en un archivo XML como un conjunto de descriptores
(clasificador Haar débil) de toda la seña (entrenamiento). Posteriormente con el algoritmo
Adaboost se utilizará este archivo para buscar la seña en imágenes de entrada, mismas que
pueden ser de video en tiempo real o imágenes individuales.
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Detector Adaboost
Es un algoritmo de aprendizaje automático que se centra en los problemas de clasificación y
pretende convertir un conjunto de clasificadores débiles en uno fuerte. Es decir, a partir de
clasificadores o descriptores de objetos se van concatenando hasta lograr la detección completa y
más eficiente.
Para el caso de la clasificación de imágenes, se tomarán las características de Haar para generar
el patrón de la seña. Posteriormente el algoritmo recibe imágenes de entrada (del móvil) donde
determina si se encuentra o no la seña en esa imagen. Este proceso se denomina Clasificador en
cascada, pues va descartando la imagen si no va cumpliendo con los clasificadores (figura 3).
Figura 3. Clasificador en cascada.
Librería OpenCV
Existen varias bibliotecas o librerías para procesamiento de imagen en la plataforma Android. La
biblioteca elegida para realizar este proyecto ha sido OpenCV, por ser código abierto, contar con
funciones que cubren las necesidades del alcance del problema, una documentación muy amplia
y un desarrollo con la plataforma Android muy completo. OpenCV permite el uso de las
denominadas “Haar-Like features” mismas que representan las características de las imágenes
digitales utilizadas para reconocimiento de objetos.
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Conversor Texto – Voz
Un sistema de conversión texto a voz (CTV) o bien TTS (Text to Speech System) es un software
o sistema que convierte una entrada de texto en una salida en forma de señal de audio (voz) cuyo
contenido se corresponde con el mensaje del texto de entrada, es decir, permite a un software o
dispositivo “hablar” en voz alta de tal manera que permite una interacción más humana; para ello
emplea voces entrenadas a partir de bases de datos que son dependientes del idioma para
sintetizar la señal de voz de salida en función de las etiquetas de entrada. El motor de síntesis de
voz de Google, preinstalado en la gran mayoría de los dispositivos, permite a las aplicaciones de
Android "hablar" con una voz que suena razonablemente humana. También permite que las
aplicaciones lean en voz alta los textos o opciones de accesibilidad, se encuentra disponible para
dispositivos con Android 4.0.3 o superior, y cuenta con los idiomas alemán, coreano, español,
francés, inglés (Estados Unidos), inglés (Reino Unido) e italiano.
Generación de clasificadores Haar
El módulo de OpenCV “objdetect” incluye un detector llamado “Haar Feature-based Cascade
Classifier” (Clasificador en Cascada) mismo que hace uso del algoritmo Viola-Jones para la
detección de características Haar-like de una imagen, es decir, un clasificador en cascada
básicamente le dice a OpenCV qué buscar en las imágenes que se le den como entrada. Los
pasos para crear (entrenar) y usar un clasificador Haar con OpenCV de manera resumida son:
Recolectar imágenes de entrenamiento positivas (el objeto a detectar) y negativas
(imágenes donde no aparece el objeto de interes)
Marcar las imágenes positivas
Las imágenes marcadas deben empacarse en un archivo vectorial (.vec)
Entrenar al clasificador usando la aplicación HaarTraining de OpenCV
Probar el clasificador con el componente CascadeClassifier
Se tomaron en promedio 100 imágenes positivas y se colocaron de 500 negativas. Las fotos
fueron tomadas con un fondo claro para facilitar el entrenamiento y las pruebas, en este caso las
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letras a, m, h, o y m ya que son señas estáticas, también se cambio el tamaño de las imágenes a
58 x58 pixeles para facilitar el entrenamiento con OpenCV.
El resultado es un archivo con la extensión .xml que contiene los filtros Haar(clasificadores) de
la imagen de la seña, este archivo representa una descripción de la imagen a través de los
cambios de intensidad en ciertas regiones específicas. Este archivo puede ser utilizado para
detectar la seña en otras imágenes.
Detección de señas de la LSM en aplicación móvil con OpenCV.
De manera general se puede decir que OpenCV busca esas características más importantes de la
seña (Haar) a través del clasificador en la imagen, una vez encontradas se deben asociar con un
significado, en este caso una seña.
En la aplicación propuesta se utilizan los clasificadores Haar (Haar-Like features) porque
permiten la integración en un dispositivo móvil Android a través de la librería OpenCV y
permiten la detección en tiempo real de objetos en imágenes captadas por la cámara del móvil.
Para realizar la detección de señas es necesario tener “integrada” la librería openCV con el fin
hacer uso de los clasificadores Haar-Like. La app utiliza ésta biblioteca para procesar las
imágenes captadas por la cámara de manera continua (frames), es decir, primero se obtienen las
imágenes de la cámara (frames), después en cada una de ellas se “buscan” las señas con la ayuda
de dichos clasificadores creados previamente para cada una de las señas, posteriormente una vez
hecha la detección se mostrara el texto (letra) correspondiente tanto en la vista de la cámara
como en un componente de la aplicación establecido para visualizar el texto en español (figura
4).
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Figura 4 Proceso para detectar una seña.
Diseño de la aplicación
Los colores seleccionados fueron obtenidos con base en las recomendaciones Google para
Material Design, estos colores se muestran en la figura 5.
Figura 5 Logo, Splash Screen e interfaz de la aplicación
En la imagen se muestran los componentes necesarios, los cuales se describen a continuación:
Cámara del móvil
Adquisición de las imágenes de
manera continua (en tiempo real)
Procesado de imagen a escala de
grises
Procesamiento con el Clasificador Haar
Detección de la seña
Mostrar en pantalla la letra
correspondiente
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1. Este elemento es una entrada de texto donde se colocarán las señas detectaras de manera
consecutiva.
2. Es un botón que tiene el propósito de realizar la lectura con voz artificial colocado en la
entrada de texto.
3. Botón para eliminar el texto traducido de la entrada de texto.
4. Es un botón que colocara un espacio de texto al ser presionado para facilitar la lectura de
palabras formadas por señas. Esto debido a que la detección de es de las letras, además no
se tiene una para indicar el espacio.
5. Este elemento representa lo que la cámara del dispositivo esta “viendo” o captando, es
utilizado para que la persona visualice las señas detectadas en tiempo real.
Programación de la funcionalidad de la aplicación
Se utilizó el IDE oficial liberado por Google para el desarrollo nativo de aplicaciones móviles
para la plataforma Android conocido como Android Studio Versión 3. Cabe señalar que se
realizaron varias pruebas para verificar la integración adecuada de OpenCV en él dispositivo.
Una vez creado el diseño de la vista, sigue la programación de la lógica de la aplicación. En la
actividad (Activity) donde tenemos el objeto de OpenCV que representa el fuljo de imágenes
obtenidas por la cámara del móvil, agregamos las instrucciones necesarias tanto de programación
nativa con Android como de la librería mencionada.
Para cada una de las señas que se busque detectar es necesario el mismo proceso:
1. Los archivos .xml generados, mismos que constituyen los clasificadores Haar necesarios
para la detección de cada seña deben ser añadidos al proyecto en el IDE mencionado.
2. Cargar el clasificador al cargar o iniciar la aplicación.
3. Obtener las imágenes de la cámara (frames), que constituyen una matriz bidimensional de
pixeles RGB.
4. Convertir el frame a escala de grises.
5. Realizar la búsqueda de la seña en los frames obtenidos en múltiples escalas a través de
los clasificadores (descriptores) Haar.
6. Una vez detectada la seña colocar el texto de dicha letra en el campo de entrada.
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7. Una vez detectada la seña mostrar un cuadro indicando a la persona la seña encontrada en
la pantalla.
8. Si se quiere reproducir el texto colocado en el campo de entrada hacer clic en el botón
“Reproducir”.
Es importante señalar que para que el dispositivo pueda ejecutar aplicaciones que utilicen
OpenCV es necesario tener instalada en el mismo la aplicación OpenCV Manager. Para soportar
la interacción entre dicha aplicación y las aplicaciones cliente (nuestros programas) OpenCV
proporciona una clase abstracta llamada BaseLoaderCallBack. Esta clase declara un método
callback que se ejecuta cuando OpenCV comprueba que la librería está disponible.
Se utiliza el paradigma de Programación Orientada a Objetos (OOP) sobre el que está basado el
lenguaje de programación Java. Mismo que es utilizado para el desarrollo de aplicaciones nativas
con Android Studio (en la versión 3 del IDE se incluye el soporte para Kotlin, no obstante, en
este proyecto se utiliza Java).
Es importante considerar que al abrir la app se inicia la recepción de un flujo continuo de frames
o imágenes obtenidas por la cámara (la cantidad de frames por segundo o FPS es un valor que
depende del dispositivo en cuestión). El proceso de detección se aplica en cada una de estas
imágenes, es decir, en cada frame se busca cada patrón de las señas, una vez detectada alguna ya
no se buscan las demás.
Implementar voz artificial
Como se mencionó anteriormente la lógica interna utilizada por el motor de síntesis de voz es
bastante compleja. Sin embargo, la plataforma Android permite integrar en cualquier aplicación
este sistema de una forma sencilla sin necesidad de que el desarrollador conozca su metodología.
Para la implementación de una aplicación basada en la síntesis de texto a voz, únicamente es
necesario que ésta se encargue de enviar el texto que se quiere leer en voz alta al motor de
síntesis para que lo reproduzca. Esta funcionalidad se consigue a partir del paquete
android.speech.tts de la API de Android.
Resultados
12
En este proyecto se utilizó la plataforma Android ya que es el Sistema Operativo más utilizado y
de código abierto. No obstante, los clasificadores son utilizables en cualquier sistema operativo y
lenguaje que este soportado por OpenCV, por lo tanto, resulta totalmente factible su
implementación en otras plataformas y lenguajes de programación. En las siguientes páginas se
muestran algunas capturas de la aplicación en uso.
Letra L
Letra H
Letra A
Letra O
13
Letra M
Conclusiones
Los clasificadores Haar son una de las herramientas que integra la librería OpenCV como parte
del módulo ObjDetect; permite tanto la construcción de dichos clasificadores como la detección
de objetos en imágenes por medio de ellos. Estas imágenes pueden ser obtenidas desde un video
o individualmente.
Para efectos de estar en condiciones de formar palabras básicas, basada en señas estáticas se
generaron los clasificadores de las letras A, M, H, L, y O de la LSM. Posteriormente se probaron
en 5 fondos distintos. Los resultados se describen por seña generada con algunas capturas de la
aplicación.
Se desarrollaron los clasificadores Haar de las letras del Alfabeto A, H, L, M y O por medio de la
biblioteca OpenCV mismos que son cargados por la aplicación móvil para la detección en tiempo
real de señas en imágenes captadas por la cámara del móvil. Se puede utilizar la cámara frontal y
la trasera del dispositivo, además se puede cambiar la resolución de pantalla
14
Al realizar la detección de la seña correspondiente se coloca la letra asociada en un espacio de la
interfaz de la app. Así mismo se señala con un cuadro en la pantalla con la letra detectada para
mejorar la interacción con el usuario de la aplicación.
Se comprobó la detección de las cinco señas a través de la aplicación móvil en
distintos fondos con el propósito de verificar el funcionamiento de la app y de los
clasificadores Haar. La detección es correcta en cada uno de ellos. Se coloca el texto de la letra
asociada correctamente, no obstante, debido a la cantidad de fotogramas obtenidos
constantemente durante el funcionamiento el proceso de colocar el texto de cada seña requiere
algunas optimizaciones, ya que la entrada de dichas imágenes o fotogramas es continua.
El porcentaje de detección exitosa depende de la cantidad de las muestras positivas y negativas.
En esta aplicación se utilizaron pocas imágenes debido a que el proceso de generación de un
clasificador Haar es proporcional a la cantidad de dichas imágenes de entrada, lo que lo hace
muy lento, además se crearon con la finalidad de probar el funcionamiento de los clasificadores
generados en una plataforma móvil.
Para incrementar y mejorar el proyecto es necesaria la obtención de miles de muestras de cada
seña para estar en condiciones de generar un clasificador que detecte la seña con cualquier fondo,
no obstante, el tiempo de creación de estos clasificadores se incrementa considerablemente por
cada seña.
La utilización de clasificadores Haar (Haar Cascade Classifier) para generar un patrón de
búsqueda en imágenes de entrada por la cámara del móvil, es un método útil para detección de
señas. En este proyecto de considero un fondo claro con la finalidad de hacer más eficiente el
proceso.
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INTERFAZ CONVERSACIONAL PARA FACILITAR LA LECTURA ACTIVA DE
TEXTOS A PERSONAS CON DISCAPACIDAD VISUAL Y/O MOTRIZ
Miguel Ángel Rodríguez Ortiz, Silvia Berenice Fajardo Flores, Pedro César Santana Mancilla,
Laura Sanely Gaytán Lugo (maro, medusa, psantana, laura @ucol.mx)
Universidad de Colima
Ponencia oral - Ingeniería
Resumen
En este documento se describen las principales dificultades enfrentadas por las personas con
discapacidad visual y motriz que utilizan dispositivos móviles. Asimismo, se hace una revisión
del estado del arte de las propuestas para subsanar las dificultades de navegación, lectura y
escritura de contenidos, y se describe el desarrollo de nuestra propuesta de prototipo de interfaz
conversacional de usuario para facilitar la lectura activa de textos a usuarios con discapacidad
visual y/o motriz, utilizando Google Assistant. Nuestro trabajo se enfoca en mejorar la
navegación en materiales textuales de estudio, a fin de contribuir al acceso a la educación de
personas con este tipo de discapacidad.
Palabras clave: asistentes de voz, discapacidad visual, discapacidad motriz, lectura activa
Introducción
Las personas con discapacidad visual y/o motriz tienen dificultades para acceder a contenidos en
dispositivos móviles. Las características de la discapacidad motriz que afectan a las manos varían
de usuario a usuario: movilidad completa solo en una mano, movilidad en ambas manos, pero
con debilidad, falta de movilidad en algunos dedos o partes de los mismos, deformaciones,
manos con temblores, entre otros; es por eso que proponer una solución completa es tan
complicado.
Los dispositivos móviles pueden contribuir a la independencia de los usuarios con diferentes
discapacidades, siempre y cuando se realicen los ajustes de configuración de accesibilidad, y
adquiriendo práctica. Sin embargo, cuando el usuario tiene discapacidad visual además de la
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motriz este tipo de ajustes de configuración dejan de ser útiles, pues no funcionan en conjunto
debido al tipo de interacción que se requiere. Un ejemplo de esto se puede exponer con el uso de
TalkBack, un lector de pantalla para dispositivos Android, el cual está dirigido a personas con
discapacidad visual y cuyo uso implica gestos diferentes para interactuar: un toque para
preseleccionar un elemento independientemente de su ubicación en la pantalla, y dos toques
rápidos para abrirlo o ejecutarlo; esto no presenta problemas para una persona ciega, pero es muy
complejo de realizar para una persona con discapacidad motriz ya que muy probablemente no
puede realizar los dos toques consecutivos con la suficiente rapidez. Por otro lado, los ajustes de
accesibilidad para personas con discapacidad motriz facilitan la interacción a personas con
temblor en las manos y a las que solo pueden hacer movimientos lentos, pero se asume que la
persona puede percibir la ubicación de los elementos con los que interactúa, por lo que no son
útiles a una persona con discapacidad visual. Por lo anterior es necesario proponer alternativas de
interacción para los usuarios con ambos tipos de discapacidad.
Estado del arte
En el estudio de Naftali & Findlater (2014) con 16 personas con discapacidad motriz, se reportó
que al utilizar un teléfono móvil los problemas más comunes son: 1) introducir y corregir texto
con el teclado; 2) la dificultad para sostener y levantar el móvil; y 3) hacer un toque en el móvil,
presionar botones físicos y usar entrada por voz. Por otro lado, los usuarios con discapacidad
motriz cometen más errores y son más lentos al usar dispositivos móviles que los usuarios sin
discapacidad, además de que en muchos casos no pueden realizar los gestos necesarios para la
interacción; algunos de ellos tienen dificultad incluso para sostener el teléfono y hacer los gestos
básicos (Naftali y Findlater, 2014; Fajardo-Flores, Gaytán-Lugo, Santana-Mancilla y Rodríguez-
Ortiz, 2017). Lo anterior resulta en graves complicaciones para que dichos usuarios realicen
actividades cotidianas, tales como la navegación, la escritura, y en algunos casos la lectura.
Existen distintas propuestas que se han presentado para apoyar a personas con discapacidad
motriz. Con respecto a la navegación, Froehlich, Wobbrock, & Kane (2007) proponen el uso de
barreras físicas en el teléfono para delimitar los bordes de la pantalla, a fin de mejorar la
precisión al apuntar. Su propuesta incluye opciones a lo largo de los bordes horizontales que
pueden ser alcanzados más fácilmente; este diseño está basado en la Ley de Fitts, la cual implica
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que los bordes de la pantalla son un objetivo fácil y rápido de alcanzar con un puntero
manipulado físicamente con un ratón o una pluma, ya que representan un objeto de dimensiones
infinitas al estar en los límites de la pantalla (Figura 1).
Figura 1. Del lado izquierdo se observa el movimiento hacia los bordes de la pantalla usando
barreras físicas; mientras que en el lado derecho se encuentran las opciones seleccionables en
distintos momentos de la interacción (Froehlich et al., 2007).
Su propuesta ofrece una solución parcial para usuarios con discapacidad motriz, ya que se enfoca
en la navegación únicamente. A fin de facilitar la escritura en dispositivos móviles, Condado,
Godinho, Zacarias, & Lobo (2011) proponen el uso de un teclado virtual con menos y más
grandes teclas, llamado EasyWrite. Este diseño facilita el alcance de las teclas al hacerlas
disponibles en una superficie más grande que en los teclados comunes de móvil; la desventaja
que presenta dicha propuesta es que no todas las teclas están disponibles a la vez en la misma
interfaz, sino que el usuario tiene que realizar la navegación por grupos de teclas (ver Figura 2).
Figura 2. Teclado EasyWrite (Condado et al, 2011)
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La lectura de contenidos no representa propiamente un reto a los usuarios con discapacidad
motriz, pero sí a los que tienen discapacidad visual, específicamente a aquellos con ceguera total.
Los lectores de pantalla son una herramienta muy útil para el acceso a contenidos textuales; sin
embargo, a fin de realizar la lectura en dispositivos móviles se requieren gestos que pueden ser
difíciles de ejecutar por una persona con discapacidad motriz; por otro lado, el acceso a los
contenidos textuales en web depende de la accesibilidad del navegador que se esté usando.
Lectura activa
En un sentido general, se le llama lectura activa a la combinación de lectura con pensamiento
crítico y aprendizaje (Tashman, 2010; Adler, & Van Doren, 2014), para lo cual se requiere
además no solo mirar las palabras en una página, sino también subrayar, resaltar y comentar en el
texto o en un cuaderno separado. Desde el punto de vista de la interacción, la lectura activa
consiste en dar al usuario el control del contenido que lee; es decir, permitirle ubicar las
secciones, subsecciones, páginas y otros elementos específicos a voluntad, y navegar libremente
a través de ellos. Este tipo de lectura difiere de la lectura pasiva, en la que el usuario lee o
escucha los contenidos de manera secuencial sin tener el control deseado sobre los mismos.
Una de las alternativas preferidas por las personas con discapacidad motriz y/o visual que
requieren hacer lecturas es grabar contenidos en audio de manera que puedan escucharlos con un
reproductor, el cual les da la posibilidad de avanzar y retroceder, pero no toma en cuenta
marcadores de ningún tipo. Si bien los reproductores de audio dan cierto nivel de control, no
posibilitan la lectura activa que se requiere para analizar y estudiar contenidos, por lo que es
necesario otro tipo de interacción (Abejón Mendoza, Martínez Solana, & Terrón López, 2017).
Una alternativa prometedora de interacción con dispositivos móviles para un usuario con
discapacidad visual y/o motriz es el uso de comandos de voz. Actualmente, los teléfonos móviles
cuentan con asistentes de voz como Siri, Cortana y Google Assistant, los cuales facilitan el
acceso a una gran cantidad de aplicaciones, sin embargo, no cubren las necesidades de
interacción para permitir a los usuarios con estas características la lectura activa de textos. En un
caso de estudio sobre una persona con discapacidad visual y motriz que cursa la maestría en
Administración de Negocios, se detectaron algunas necesidades académicas que no han sido
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subsanadas mediante el uso de un dispositivo móvil, tales como búsquedas por internet, toma de
notas y lectura de contenidos textuales (Fajardo-Flores et al, 2017). El uso de comandos de voz
puede facilitar no solamente el acceso a contenidos, sino la navegación en los mismos.
Agentes de voz
Desde el inicio de las interfaces de los asistentes de voz, su principal reto ha sido la facilidad de
aprendizaje y descubrimiento, ya que los usuarios podrían asumir que este tipo de sistemas puede
entender más de lo que es capaz, y que podrían no darse cuenta de la funcionalidad que sí tiene.
Al tratarse de una interfaz natural, el usuario puede asumir que puede formular los comandos de
la manera como se comunica con otro humano; por ejemplo, en una aplicación de agenda, la
pregunta “¿Qué tengo mañana en la mañana?” es perfectamente entendible por otro humano, sin
embargo, ha mostrado ser difícil de entender por un agente de voz (Yankelovich, 1996). En el
contexto de dictado de contenidos, la corrección de textos es poco eficiente y muy tardado. En un
estudio de Karat, Halverson, Horn, & Karat, (1999) reportaron que usuarios con experiencia en
aplicaciones de reconocimiento de voz pasaban un 75% del tiempo en acciones de navegación y
corrección, y solo un 25% en dictar contenidos. En el estudio de Feng & Sears (2004) sobre
dictado utilizando software de reconocimiento de voz se propone una técnica de navegación
basada en el uso de anclas en el texto, a través de las cuales se navega con los comandos
"Siguiente" y "Anterior", mientras que los comandos "Mover arriba", "Mover abajo", "Mover a
la izquierda" y "Mover a la derecha", permitían mover el cursor una línea o palabra en la
dirección especificada. El uso de dichos comandos tuvo una eficiencia satisfactoria, con una tasa
de error de 5%. Dicho estudio consistió en evaluar la navegación, y no incluyó la corrección de
texto. En un estudio más reciente, Feng et al. (2011) mejoran la técnica de anclaje y continúan
utilizando los comandos de navegación, esta vez en tareas de dictado y corrección. Ellos explican
que, mientras que el uso de comandos de voz es muy eficiente en el control de dispositivos como
las luces o la televisión, cuando se trata de control de actividades relacionadas con la la
navegación, el dictado y corrección a través de comandos de voz, la dificultad es significativa.
Actualmente, es posible utilizar comandos de voz gracias a agentes como Siri (Apple), Alexa
(Amazon), Cortana (Microsoft) y Google Assistant, además de Dragon Naturally Speaking
(Nuance), el cual antecede a los anteriores, pero no tiene alcance en nuevos dispositivos. Este
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tipo de interfaces de usuario son conocidas como Interfaces de Usuario de Voz (VUI, por sus
siglas en inglés), las cuales han mejorado enormemente en los últimos años, logrando
interacciones a través de la voz que permiten automatizar y organizar tareas complejas, y dando
respuestas directas haciendo uso de lenguaje natural. Las VUI están transformando la interacción
entre los humanos y los dispositivos electrónicos (Bouziane, Bouchiha, Doumi, & Malki, 2015;
Pundge, Khillare, & Namrata Mahender, 2016). Con respecto a la popularidad de los agentes de
voz, Siri está instalado en más de 700 millones de iPhones, sin contar las instalaciones en los
AppleWatch, MacBook o iPads; Google Assistant y Cortana están instalados en 400 millones de
dispositivos, mientras que Alexa se encuentra en último lugar ya que solo se encuentra
disponible en los Echo speakers (GlobalMe Language and Technology, 2018). Con respecto a la
precisión, Google Assistant tiene un 95% de precisión en reconocimiento de voz en inglés, lo
cual lo convierte en el agente de voz para móvil más preciso (GlobalMe Language and
Technology, 2018; Bennett, 2018), mientras que Siri es actualmente el menos preciso. En su
estudio, Fajardo et al. (2017) encontraron que Siri no permite hacer dictados largos, sino que se
deben de organizar por fragmentos. Además, uno de los problemas principales que implica el
dictado es que resulta complejo planificar con anticipación lo que se desea decir exactamente,
para evitar tener que corregirlo; esto es poco natural puesto que al hablar de manera cotidiana es
común cometer errores (Naftali & Findlater, 2014).
Por otro lado, existen aplicaciones experimentales para dispositivos móviles, enfocadas a
mejorar la experiencia de usuario de las personas con discapacidad motriz, como VoiceNavigator
(Corbett & Weber, 2016). Esta aplicación simula los gestos requeridos para interactuar en una
interfaz y permitir realizar acciones incluso dentro de una aplicación, como acceder a las
opciones de un menú. La aplicación tiene los modos navegación y dictado. En las pruebas de
usabilidad se encontró que los usuarios esperan poder dictar comandos en todo momento, así
como poder continuar hablando aún después de una pausa; durante las pruebas se observó que al
inicio, a algunos usuarios no se les hizo sencillo saber cómo formular los comandos; al cambiar
del modo navegación al de dictado, en ocasiones los usuarios no estaban seguros de si la
aplicación percibía la entrada de voz como navegación o dictado. Es importante mencionar que
la aplicación ofrece una ayuda sobre las cosas que el usuario puede decir, la cual está disponible
también por voz: “What can I say?”, a la cual la aplicación responde con los comandos
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disponibles para las diferentes acciones. En un primer prototipo, la ayuda estaba disponible de
manera independiente del contexto, y más adelante se trabajó en una versión que ofrecía
comandos dependiendo de la situación en la que se encontraba el usuario, lo cual tuvo una gran
aceptación entre los usuarios.
El objetivo de este trabajo es de diseñar e implementar una aplicación móvil que, por medio de
comandos en una VUI a través de Google Assistant, permita a usuarios con discapacidad visual
y/o motriz realizar la lectura activa de material textual de estudio. Nuestro trabajo se enfoca en
mejorar la navegación en los contenidos.
Desarrollo
Desde 2017 a la fecha se ha dado seguimiento a las necesidades escolares de una estudiante con
discapacidad visual y motriz de la maestría en Administración de Negocios en Colima, México.
Asimismo, se ha trabajado de manera continua en la adaptación de materiales impresos y en PDF
a documentos en Word que cumplan con los requisitos de accesibilidad, a fin de posibilitar el
acceso a la estudiante. Por medio del uso de estilos se establece la estructura jerárquica de los
documentos, así como el uso de viñetas y la inserción de títulos, la descripción de figuras y
tablas. Para una persona con discapacidad visual familiarizada con el uso de un lector de
pantallas es posible realizar la lectura activa en un documento con estas características. Sin
embargo, para la usuaria en cuestión, que además tiene discapacidad motriz, resulta muy
complicado realizar interacciones utilizando las manos ya que carece de la fuerza necesaria; por
lo anterior, ella prefiere que los textos se conviertan a audios para reproducirlos en su dispositivo
móvil. La estudiante utiliza un reproductor de música para escuchar las lecciones, lo cual por un
lado le es más conveniente que navegar en un texto, pero por otro lado no le permite tener el
control suficiente para desplazarse con precisión a las diversas partes del documento. El
seguimiento y la observación de la alumna en cuestión permitió detectar la necesidad de realizar
una lectura activa. Si bien la alumna no es una muestra representativa de la población con
discapacidad visual y motriz, sí nos permite identificar las características y necesidades más
importantes de la población con esta discapacidad en el contexto de la lectura activa. A
continuación, se describen las fases de desarrollo de nuestro proyecto:
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1. Identificación de los comandos de voz necesarios para realizar la lectura activa
La propuesta de utilizar comandos de voz para permitir la lectura activa de documentos de texto
requiere la identificación de comandos básicos que puedan ser fácilmente aprendidos por los
usuarios potenciales. Las acciones básicas consideradas para realizar una lectura activa son:
Leer documentos disponibles
Leer lista de temas/secciones/capítulos del documento
Leer [Tema/sección] de [documento]
Ir a la sección siguiente
Ir a la sección anterior
Buscar palabra
Ir a la página [x]
Para este prototipo se tomarán en cuenta los siguientes casos:
Listado de libros o documentos registrados
Listado de temas de un documento o libro registrado
Leer el texto de un tema dado de un libro específico
2. Desarrollo del Agente “Lector UCOL”
Para dar soporte a los comandos previamente mencionados se desarrolló un Agente para Google
Assistant denominado “Lector UCOL”. Si bien se consideró la utilización de Amazon Alexa,
preferimos Google Assistant debido a su facilidad de configuración, y a que cuenta con la
ventaja de que se pueden distribuir versiones de prueba sin pasar por el proceso de publicar el
agente diseñado, además de tener acceso a las frases dichas por el usuario en modo texto en
nuestro servidor para poder realizar un análisis de lo dicho durante su interacción con el agente.
Los conceptos clave para el desarrollo de agentes para Google Assistant son:
DialogFlow: Es la plataforma integrada de Google que permite crear interfaces
conversacionales por medio de un poderoso motor de lenguaje natural; esto facilita la
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tarea, ya que es dicho motor el encargado de procesar lo que los usuarios dicen a nuestra
aplicación.
Action: es el punto de entrada a nuestra aplicación, la parte con la que habla el usuario y
se encarga de interpretar los comandos para desencadenar una interacción.
Intent: es el que representa la tarea que desea realizar el usuario (comandos), este se
configura y entrena para responder a determinadas frases enviadas por el Action, realizar
la interacción y generar una respuesta.
Fullfilment: en este elemento se encuentra la lógica que le da el funcionamiento al Intent.
Webhook: Cuando el Fullfilment detecta que es necesario hacer un llamado a un agente
externo al DialogFlow se configura un Webhook para que la lógica del comando se
ejecute en dicho servicio web externo.
El primer paso fue crear en DialogFlow el Action, que como se mencionó previamente, es el
equivalente a “la aplicación”; se le asignó el nombre de “Lector UCOL”. Posteriormente se
definieron los Intents que van a permitir la interacción de los usuarios con los textos de estudio;
estos están basados en los comandos que se definieron previamente:
get-documents
Responde a frases tipo:
“Dame los nombres de los [libros/documentos] disponibles"
“Léeme los [libros/documentos] disponibles"
“Dame la lista de [libros/documentos] disponibles"
get-topic-list-from-book
Responde a frases tipo:
“Dame la lista de temas del [libro/documento] [Nombre de
libro/documento]"
“Cuáles son los temas del [libro/documento] [Nombre del
libro/documento]"
read-intent
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Responde a frases tipo:
“Lee [tema] del [documento/libro] [Nombre del documento/libro]"
“Abre el tema [tema] del [documento/libro] [Nombre del
documento/libro]"
“Abre el tema [tema] del [documento/libro] [Nombre del
documento/libro]"
El “Lector UCOL” requiere de un Webhook para responder con los textos de estudio de los
usuarios, por lo que se desarrolló uno en el lenguaje de programación PHP. Se requirió lo
siguiente:
Instalar el manejador y administrador de componentes para PHP
denominado Composer.
Instalar la librería eristemena/dialogflow-fulfillment-webhook-php mediante
composer. Esta librería ya contiene encapsulada la funcionalidad para interactuar
con las llamadas de DialogFlow.
Diseñar una base de datos relacional usando el SGBD MySQL para almacenar los
textos divididos por bloques.
Desarrollar mecanismos de búsqueda según nombre del documento y nombre del
tema/capitulo/bloque de texto, para dar respuesta a los Intents.
La interacción entre el Fulfillment de DialogFlow y nuestro Webhook se dio por medio de una
Interfaz de Programación de Aplicación (API, por sus siglas en inglés), lo que permitió su
vinculación con Google Assistant. La interacción completa de la aplicación puede apreciarse en
la Figura 3. La interacción se desarrolla como sigue: el usuario solicita a Google Assistant hablar
con “Lector UCOL”; éste da una respuesta genérica y pide a DialogFlow la ejecución del agente
“Lector UCOL”. Al encontrar el Action “Lector UCOL”, DialogFlow llama el Intent inicial por
defecto “Welcome” para indicarle al usuario que ya se encuentra en ejecución la aplicación
solicitada. El siguiente paso es solicitar el texto o la información deseada, por lo que el usuario
habla con el asistente para indicarle lo que desea, por medio de uno de los comandos
predefinidos; posteriormente, DialogFlow lo interpreta y lo relaciona con alguno de los Intents
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creados, el cual a su vez, ejecuta el Webhook que es el que se encargará de obtener la
información deseada y enviarla al asistente para que se la lea al usuario.
Figura 3. Diagrama del flujo de la interacción de “Lector UCOL” (basado en Cátedra de
Viewnext, 2019)
Después de diseñar y desarrollar el prototipo de software, se realizaron pruebas básicas de
funcionalidad para asegurar que la implementación fue correcta. Las pruebas se realizaron en tres
fases:
Fase 1. Mandar llamar la aplicación con algunas de las frases para verificar que la
respuesta es la esperada. Al crear cada uno de los Intents, sin aún tener el
Webhook, se configuró el asistente para responder a cada una de las frases modelo
y se integró una respuesta estándar para cada uno de los casos.
Fase 2. Una vez desarrollado el sistema PHP que responde al asistente
(Webhook), con la aplicación Postman se envió un JSON de ejemplo para
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verificar que el servicio web regresa una respuesta en formato JSON y no un
error, para comprobar que el servicio web estuviera enviando correctamente la
respuesta hacia DialogFlow.
Fase 3. Teniendo ya configurado el Action con los Intents identificando
correctamente las frases recibidas, así como las variables incluidas, y teniendo
desarrollado Webhook, se procedió a realizar las pruebas de integración para
comprobar la correcta comunicación entre DialogFlow y el Webhook. Las pruebas
consistieron en configurar un parámetro del DialogFlow para ingresar la url del
WebHook y posteriormente ejecutar la aplicación para verificar que las peticiones
hechas al asistente regresen la respuesta esperada y no un error. En este caso, la
respuesta esperada es el contenido solicitado del material de estudio.
Una vez comprobada la correcta funcionalidad del prototipo, se procedió a poblar la base de
datos con los bloques que componen el material de estudio: temas, capítulos o secciones.
Resultados
El resultado principal, en esta fase del proyecto, es el desarrollo de un prototipo funcional para
lectura activa de un texto por medio de Google Assistant. A continuación, se muestra la
interacción con el usuario en cada Intent.
get-documents
Una vez que el agente identifica la frase, envía al Webhook el nombre del intent y recibe como
resultado el listado de libros o documentos registrados, como se muestra en la Figura 4.
get-topic-list-from-book
En este Intent, el Action debe ser capaz de identificar el nombre del libro o documento para
poder enviarlo al webhook como parámetro. En caso de que el agente sea incapaz de identificar
el nombre del libro, esta lanza al usuario la siguiente pregunta:
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“¿Cuál es el nombre del libro que deseas?"
Una vez que el agente identifica el nombre del libro o documento lo envía al Webhook junto con
nombre del intent y recibe como resultado el listado de temas/secciones/capítulos registrados del
documento buscado, para ver ejemplo de la conversación ver la Figura 5.
Figura 4. Ejemplo de conversación que activa el Intent get-documents.
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Figura 5. Ejemplo de conversación que activa el Intent get-topic-list-from-book.
read-intent
En este caso, el agente debe ser capaz de identificar dos variables diferentes, el nombre del tema
y el nombre del libro, en caso de no ser identificados lanza las preguntas.
“¿Cuál es el nombre del libro que deseas?"
“¿Cuál es el nombre del tema a buscar?"
Una vez identificados tanto el nombre del libro como el tema a buscar, se envían como
parámetros junto con el nombre del Intent al Webhook, este a su vez regresa el texto
correspondiente tanto en formato texto como en formato audible. Para un ejemplo de
conversación ver la Figura 6.
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Figura 6. Ejemplo de conversación que activa el Intent read-intent.
Respecto a las pruebas de funcionalidad realizadas a “Lector UCOL”, se presentan los siguientes
resultados:
Fase 1. Se diseñó una respuesta estándar: “Entendido, por lo pronto soy un
prototipo”. Esta respuesta sirvió para configurar en DialogFlow cada uno de los
Intents y comprobar que respondieron de forma correcta cada vez que el usuario
los invocaba.
Además, se realizaron pruebas con la herramienta de simulación que ofrece
Google llamada Actions console. Dicha herramienta permitió verificar que las
variables de entrada de cada uno de los Intents fueran identificadas correctamente
para, en una fase posterior, poder ser enviadas al servidor que dé respuesta a las
peticiones (Webhook).
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Fase 2. Para probar la funcionalidad del Webhook se utilizó el software Postman,
el cual fue creado para realizar pruebas de API, este software nos permitió
verificar que la funcionalidad del Webhook era correcta y se encontraba listo para
integrarse con el asistente (ver Figura 7).
Figura 7. Uso de postman para probar la funcionalidad del Webhook.
Fase 3. Durante las pruebas de integración se identificó la importancia de tener
correctamente configurado el certificado SSL/TLS del servidor para evitar
problemas de comunicación, ya que al inicio no se podía lograr la comunicación
entre DialogFlow y el Webhook, y el problema se debía al certificado.
Discusión y Conclusiones
En este documento se presentó el desarrollo de un prototipo de una interfaz conversacional de
usuario para dispositivos móviles, la cual tiene por objetivo facilitar la lectura activa de textos a
personas con discapacidad visual y/o motriz. El prototipo pasó las pruebas funcionales y está
listo para una primera fase de pruebas con usuarios finales. A nivel de eficiencia, es necesario
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verificar si las consideraciones iniciales de comandos son útiles para los usuarios, y a través de la
retroalimentación del usuario y de la observación del mismo utilizando la aplicación, identificar
nuevos comandos que podrían facilitar el acceso al material de estudio. También es necesario
observar el esfuerzo que implica el uso de la aplicación, en el sentido de que requiere que el
usuario presione el botón físico para activar el asistente; lo ideal en este sentido sería que el
usuario utilizara alguna de las bocinas como el Google Home o el Google Home Mini.
Como trabajo futuro se pretende rediseñar la base de datos para poder hacer búsquedas de
información, además de incluir una subdivisión de textos por página, para que en el momento de
que el usuario solicita determinado tema de un libro, el asistente lea la primera página encontrada
y al terminar el asistente quede en espera de un siguiente comando de control que permita la
lectura de la página siguiente o la posterior; para esto se necesita diseñar una estructura que
vincule cada bloque de información en un orden lógico, la cual no fue considerada en este primer
prototipo.
El futuro de la interacción de personas con discapacidad visual y motriz en dispositivos móviles
es el uso de comandos de voz. Es necesario orientar esfuerzos para abrir las posibilidades del
acceso de este tipo de usuarios a la educación con equidad de oportunidades. Gracias al
desarrollo actual de la tecnología ya es posible hacerlo, y con este trabajo pretendemos contribuir
a dicho esfuerzo.
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CAMINANDO POR EL FUTURO DE MÉXICO
Luisa Fernanda Velasco Rivera [email protected] Moisés Pineda Bernal
[email protected] Rafael Rangel Cázares [email protected]
Roger Ruiz Mora [email protected]
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores Monterrey Campus Morelia
Resumen
En México, el 64.1% de las personas con discapacidad tienen problemas para caminar. Como
vemos más de la mitad de la población tiene la necesidad de acudir a un servicio para atender
dicho problema. Estos servicios suelen ser costos y por lo tanto de difícil acceso público,
generando así una sobre demanda en el servicio. Es por lo anterior que, buscando ayudar a esta
problemática, se desarrolló un prototipo de bajo costo enfocado en niños, con el propósito de
auxiliar en la terapia para corregir la pisada y ayudarles a caminar por sí mismos, basado en
electrónica, mecánica e internet de las cosas.
El objetivo de este proyecto es dar a conocer el desarrollo de un dispositivo que permite dar
soporte a un paciente que no puede mantenerse de pie por sí solo sobre una caminadora para
ayudarle a realizar su rehabilitación con mayor firmeza, además de monitorear su avance
mediante el internet de las cosas y a un costo accesible.
Buscamos que en el futuro se logre implementar este mecanismo en centros de atención para
personas con discapacidad menos equipados o lugares que cuenten con un muy bajo presupuesto.
En primera instancia, se creó un diseño utilizado para trabajar, luego se hizo la selección de los
materiales para la manufactura. Además, se visitó la institución asociada para ver las necesidades
que debíamos cumplir y lograr un funcionamiento óptimo del prototipo. Durante todo el proceso
de elaboración se contó con asesorías de profesores y personas con experiencia en mecánica,
logrando realizar exitosamente un mecanismo que ayudan a facilitar terapias como: disbasia,
esclerosis múltiple y a tipos de problemas motriz a un precio relativamente bajo.
Con esto buscamos desarrollar proyectos de alto impacto social, atendiendo la gran necesidad
que tiene la población con nuevas tecnologías a bajo costo para la discapacidad. Por este motivo,
36
queremos dar a conocer nuestro prototipo diseñado con la meta de contribuir al desarrollo de
nuestra sociedad.
Palabras clave: IoT ,sobre demanda, rehabilitación, disbasia, arnés.
Introducción
Los temas relacionados con la discapacidad han ido tomando mayor importancia a raíz de que se
comienza a reconocer que las personas que viven con esta condición deben gozar de los mismos
derechos que los demás, así como erradicar la discriminación. Según la Organización de la Salud
(2011) “más de mil millones de personas viven en todo el mundo con algún tipo de discapacidad;
de ellas, casi 200 millones experimentan dificultades en su funcionamiento”
Como estudiantes de la ingeniería en Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Estudios y
Superiores de Monterrey campus Morelia, somos conscientes de esta situación y queremos
ayudar a mejorar la calidad de vida de estas personas, es por esto que nos propusimos realizar un
proyecto que pudiera ayudar a nuestra comunidad teniendo un impacto dentro de la misma, por
medio de la resolución de una problemática real que afecte directamente al sector medio-bajo de
nuestro estado, específicamente enfocado en las personas con algún tipo de discapacidad. Es por
esto que nos dimos la tarea de realizar una investigación teórica así como de campo para
encontrar dicha problemática, la cual pudiera ser resuelta a partir de los conocimientos que
vamos adquiriendo en nuestra carrera y por medio de algún dispositivo que pudiésemos generar
nosotros mismos.
Por medio de nuestra investigación teórica encontramos que el 64.1% de las personas con
discapacidad, tienen problemas para caminar o moverse, lo cual representa a 2,437,397
mexicanos de los cuales 686,587 son menores de edad, según datos del Centro de Rehabilitación
Infantil Teletón. Esto es una gran problemática ya que frecuentemente las personas con
discapacidad forman parte de un grupo poblacional que enfrenta múltiples complicaciones para
acceder y permanecer en el sistema educativo, lo cual los coloca en una desventaja social
respecto a aquellas personas que no tienen estas complicaciones.
37
En la tabla a continuación se encuentra la distribución de las discapacidades, por causa de la
discapacidad (2014).
Figura 1. Distribución de las discapacidades, por causa de la discapacidad (2014).
En Michoacán, según un estudio realizado por la INEGI, el 6.9% de la población tiene algún tipo
de discapacidad, de los cuales el 62.7% presenta una discapacidad motriz que les imposibilita el
poder caminar o moverse. Además, el 11.1% se encuentran entre los 0 y los 14 años. Es
importante reconocer que las personas que viven con este tipo de limitaciones, diariamente se
siguen enfrentando a retos sociales, mismos que se buscan ir disminuyendo gracias a la
visibilización de este sector. En la siguiente imagen se puede ver un resumen de la discapacidad
en Michoacán.
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Figura 2. Discapacidad en Michoacán
Por otro lado, dentro de esta investigación de campo, recurrimos a diferentes instituciones de
rehabilitación, como lo son el CRIT, DIF, CREE, entre otros, para conocer las áreas de
oportunidad con las que estas cuentan. Gracias a esto, descubrimos que muchas instituciones no
cuentan con el recurso necesario para equipamiento médico e infraestructura que las personas
con discapacidad requieren para sus rehabilitaciones.
39
Dentro de la Unidad Básica de Rehabilitación DIF nos comentaron que requerían de un
dispositivo que pudiera ayudarles a las personas con discapacidad motriz que no pueden caminar
o moverse, debido a que actualmente ellos cuentan únicamente con una caminadora normal, sin
embargo, muchas de las personas con discapacidad motriz no logran sostenerse o tener el soporte
adecuado para que poder hacer su rehabilitación, lo cual complica el proceso.
A lo largo de este documento se describe la forma en que se ha desarrollado el dispositivo,
cumpliendo con las características propuestas por la institución, así como los resultados
obtenidos a partir del proyecto.
El objetivo de este proyecto es dar a conocer el desarrollo de un dispositivo que permite sostener
a un paciente que no puede ponerse de pie por sí mismo, sobre una caminadora para ayudarle a
realizar su rehabilitación con mayor firmeza, además de monitorear su avance mediante el
internet de las cosas, y a un costo accesible. Esto mediante la construcción de una adaptación de
la jaula de Rocher en la cual se colocan cuerdas elásticas que permiten sostener un arnés y
moverlo con facilidad, todo esto adaptado a una caminadora comercial en la cual se realizarán las
terapias de rehabilitación. Además de esto, el dispositivo permite monitorear, por medio de
sensores, distintas variables físicas como distancia que se recorre y el tiempo que tarda con la
finalidad de generar un expediente que le permita al terapeuta identificar los avances que el
paciente tiene, lo cual se verá reflejado en una aplicación que se conectará directamente al
dispositivo mediante el internet de las cosas.
Buscamos que en el futuro se logre implementar dos objetivos, el primero en donde este
mecanismo en centros de atención para personas con discapacidad menos equipados o lugares
que cuenten con un muy bajo presupuesto, para poder contribuir a la rehabilitación de las
personas con discapacidad. Y el segundo es relacionado con el mejoramiento de la situación que
se vive en una familia con persona/s discapacitadas, ya que no solo ayuda directamente al
individuo en su desarrollo de forma independiente, con este proyecto pretendemos ayudar a la
familia, a la escuela o institución y amigos cercanos mejorando su estilo de vida, es un proyecto
que busca la inclusión de la persona dentro de la sociedad. Tendremos como consecuencia una
concientización a la sociedad acerca de el sector que padece alguna discapacidad y la
40
importancia que tiene ayudar a que estas personas puedan incorporarse a la sociedad sin importar
las condiciones en las que se encuentren, esto debido a que es muy común ignorar el contexto
social sobre la discapacidad y sus dimensiones.
Hipótesis
Crear un mecanismo que ayude en las terapias de rehabilitación motriz y que pueda ser accesible
para instituciones que no cuenten con los recursos necesarios para adquirir tecnología de punta a
su precio actual.
Desarrollo
Metodología
La metodología para el desarrollo de este proyecto fue en primera instancia, conocer las
problemática en cuanto a salud se refiere en Morelia, como se mencionó en la introducción, se
visitaron diferentes centros de salud y rehabilitación, en los cuales nos encontramos con que la
Unidad Básica de Rehabilitación DIF Morelia no cuenta con muchos aditamentos de
rehabilitación. Se obtuvo información acerca de las necesidades más sentidas dentro del mismo
centro de rehabilitación, y de esa forma encontramos un área de oportunidad donde nosotros
podríamos ayudar.
Estas necesidades incluyen un arnés de bipedestación y una banda caminadora para que los
terapeutas puedan asistir a los niños mientras realizan sus ejercicios e impulsar el movimiento
mientras se corrige la marcha. Nuestro valor agregado fue una propuesta para medir la distancia
que el niño está recorriendo a través de sensores en la banda y a su vez tener la medición del
tiempo que dura la sesión. Todo esto con el propósito de llevar un registro de cada terapia y a su
vez, darle motivación a los niños permitiendo ver las distancias que recorren con relación al
tiempo, impulsando así a superarse en cada sesión.
Lo siguiente fue pensar en el diseño del arnés de bipedestación, el cual decidimos hacer de forma
simple, consiste en 4 columnas verticales de 2.20 metros las cuales van unidas arriba y abajo por
dos vigas horizontales de 1.5 metros además de 3 vigas horizontales arriba y dos abajo que unen
ambos lados de la estructura, las cuales nos sirven para darle más rigidez a la estación, la banda
41
caminadora de 60 centímetros y el ancho total del aparato sería de 1.8m, una vez tuvimos las
medidas lo siguiente fue discutir los materiales que utilizaremos en el proyecto, primero
pensamos en hacerlo de acero inoxidable pero era bastante caro y finalmente decidimos hacerlo
con acero y pintarlo para evitar que éste se oxide. para revisar nuestro proyecto pedimos ayuda a
algunos docententes del ITESM Campus Morelia los cuales nos ayudaron a validar nuestro
diseño. una vez que se decidió el diseño.
Participantes
Los participantes en este proyecto fuimos 5 integrantes del equipo, todos estudiantes de 6o
semestre la ingeniería en Mecatrónica. Inicialmente la idea del proyecto surge a raíz de una
propuesta de solucionar una problemática real, y poder contribuir a nuestra comunidad por medio
de los conocimientos que vamos adquiriendo. Esta propuesta se dió por parte de nuestro profesor
Miguel Ángel García Ruíz, quién nos alentó a involucrarnos en la tecnología para la
discapacidad, pero sobre todo en la concientización de la realidad que muchas de estas personas
viven. Es por esto que gracias al profesor, tanto a su motivación para involucrarnos como a sus
constantes asesorías, podemos presentar este proyecto como una ayuda para la rehabilitación de
las personas con discapacidad del sector medio-bajo de la comunidad, principalmente
michoacana.
Por otro lado, contamos con la asesoría de un terapeuta del centro de rehabilitación básica del
DIf en Morelia, así como de profesores del ITESM Campus Morelia, quienes nos ayudaron a la
hora de diseñar y de compañeros de otras áreas que nos asesoraron en la construcción de la
documentación correspondiente.
Técnicas o instrumentos
Este mecanismo comenzó como un proyecto final de tres clases por lo cual debíamos
implementar conocimientos de Electronica, Automatismos Lógicos y Circuitos 2, por ende
decidimos implementar sensores para medir el tiempo y la distancia de las personas que
utilizaran este aparato y que así los terapeutas puedan llevar un registro del avance de cada
sesión de terapia.
42
Para medir la distancia se utilizó un sensor fotoeléctrico, de calidad industrial, el cual nos ayuda
a medir las vueltas que da un motor y mediante cálculo obtener la distancia que se ha recorrido.
El sensor fotoeléctrico está constituido internamente por un diodo emisor de luz infrarroja y un
fototransistor, para lograr que estos se envíen señales se pega una calcomania reflejante en la
superficie del rodillo de la caminadora y cada vez que el sensor se encuentre con la calcomanía
nos manda un 1 lógico el cual nos indica que el motor ha realizado una vuelta, para medir el
tiempo decidimos utilizar una aplicación la cual igualmente servirá para guardar los registros del
avance de las personas.
Figura 3. Sensor fotoeléctrico.
En un inicio se buscó la posibilidad de implementar un riel, el cual permitirá que el paciente se
desplazará a través de la banda, sin embargo tras distintas consultas llegamos a la conclusión de
que se utilizará una jaula de Rocher, la cual nos permitirá de igual forma desplazarse a lo largo
de la banda, sin embargo, de forma no instantánea, ya que sería necesario que el operador sitúe
las bandas elásticas de soporte al paciente en la altura y posición adecuadas para cada uno de los
pacientes.
En cuanto al diseño del mecanismo se utilizaron varias herramientas en las cuales se ve inmersa
la mecánica, dinámica y la mecánica de los materiales para de esta forma y también buscando
43
una opción económica elegir apropiadamente los materiales y la forma, así como la longitud y
altura del mecanismo, aunque cabe recordar que se consultó también al terapeuta encargado para
valorar su opinión respecto al uso y aplicación de dicho mecanismo.
Se utilizaron técnicas para realizar la conexión entre los dispositivos de medición y/o sensores
implementados en el mecanismo con una tablet, en la cual se reflejan los datos del paciente tales
como el nombre y las variables físicas a medir mediante los sensores para llevar un registro por
día de cada persona que asista a una terapia, esto con el objetivo de tener una mayor confianza en
la rehabilitación ya que se podrá corroborar el avance de las personas mediante los datos, los
cuales se almacenarán en forma de imágenes mediante capturas de pantalla.
Procedimientos
Para el prototipo de nuestro proyecto construimos una jaula con una estructura de 1.50m x 1.80m
x 2.20m con PTR de calibre 14, de 1 ½ in, esto para darle soporte a nuestra banda y arnés. Para
la elaboración de la jaula cortamos los tramos originales de 6.10m en tramos de 1.50m, 1.80m, y
2.20m. Realizamos cortes de 45° en las orillas del PTR que servirían de esquina, esto para
facilitarnos el trabajo a la hora de soldar, después en separaciones de 10 cm colocamos varillas
de acero para crear paredes de malla. Posteriormente realizamos una pulida y pintada de nuestra
jaula, para darle un toque más estético.
La jaula de rocher tiene como fin sostener el arnés desde diferentes posiciones a través de
cuerdas elásticas. Dicha posición será seleccionada por el terapeuta según vea conveniente, para
asistir el ejercicio de la mejor manera. Las cuerdas elásticas son sujetas a la jaula por medio de
ganchos que se pueden montar y desmontar fácilmente mientras la cuerda no se encuentra
tensionada.
La banda por el momento es una caminadora comprada la cual fue modificada para que el centro
de control se encuentre a un costado de la banda y de esta manera no sea un estorbo al realizar
las terapias. Además, por petición del terapeuta instalamos un espejo en la parte frontal de la
caminadora a la cual le añadimos una tablet donde se podrá monitorear variables como distancia
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recorrida y velocidad de los pacientes para motivarlos y facilitar al terapeuta llevar un registro de
los usuarios.
Figura 4. Estructura con la malla.
Resultados
Actualmente hemos estado haciendo pruebas sobre la funcionalidad de nuestro prototipo para
asegurarnos de que este es resistente y no pondrá en peligro a las personas que lo usaran, en
primera instancia lo estamos probando con miembros del equipo y el prototipo resiste a una
persona de 80 kg sin problemas. Mientras que en el sensado hemos logrado tomar datos de
manera correcta pero aun no la hemos llevado a probar a la institución ya que queremos
asegurarnos de que no tendrá fallas.
45
Nos estamos apoyando en profesores y en el terapeuata del centro de rehabilitación DIF en
Morelia, con la finalidad de obtener asesoría para comprobar que mejoras necesitamos hacerle al
prototipo para que este funcione mejor y sea más cómodo para el terapeuta ayudar al paciente
cuando este en rehabilitación. Además estamos buscando hacerle mejoras al dispositivo, así
como optimizarlo, de tal manera resulte más cómodo para los pacientes utilizarlo y mucho más
fácil realizar las terapias de rehabilitación al terapeuta, ayudando de manera directa al paciente.
En entregas posteriores, hemos decidido que la banda será construida por nosotros mismos o si el
cliente tiene una caminadora, adaptar la suya para abaratar aún más los costos de producción.
Debido a que el enfoque del proyecto es terapia en niños, como equipo nos hemos planteado la
idea de incorporar una aplicación en la tablet que nos permita interactuar con los niños y
alentarlos a seguir mejorando.
Conclusiones
Uno de los factores más importantes al momento de realizar este proyecto fue la concientización
de las problemáticas existen en nuestra sociedad, pero sobre todo, de la gran contribución que
podemos hacer desde nuestra postura como estudiantes, esto mediante la realización de
proyectos de impacto social que puedan implementarse en la comunidad, sin importar si es
grande o pequeño, ya que todo proyecto que se realice puede generar una mejora en la sociedad
si se logra hacer el enfoque correcto.
Gracias a la iniciativa de nuestro profesor Miguel Ángel García Ruíz, hemos logrado realizar
este proyecto, y ser activamente responsables de contribuir a nuestra comunidad por medio de un
proyecto escolar, el cual buscamos que pudiera impactar de manera positiva yen el área de la
tecnología para la discapacidad. Logrando así, un dispositivo que se puede implementar en
centros de rehabilitación para la discapacidad, pero sobre todo, llegando a un sector, muchas
veces vulnerable, de la sociedad y que sólo en escasas ocasiones logra acceder al tratamiento
necesario para su discapacidad.
Una vez siendo conscientes de las problemáticas sociales lo que sigue es toda una investigación
que permita a los desarrolladores, tener un panorama y una visión mucho más amplios sobre la
problemática, poder escalar los proyectos, entender el rol que juega el diseñador y de qué manera
46
puede contribuir a la solución de dicha problemática. En este sentido, el equipo se documentó
mediante organizaciones del gobierno, censos, estadísticas, entre otros. Sin embargo, otro
aspecto muy importante es la la investigación de campo, en la cual se recurrió a los centros de
rehabilitación, los cuales podrían ser los usuarios de dicho dispositivo, para entender las
necesidades, pero también para obtener testimonios sobre la problemática. De esta manera, ya
con bases de investigación, el equipo puede plantear una posible solución y comenzar a
desarrollar la idea.
Por otro lado, es importante que exista una buena comunicación entre el usuario y el equipo de
trabajo, pues finalmente, es este quien tiene la necesidad, y quién sabe qué es lo que se requiere
para resolver la problemática, esto debido a que en ocasiones se pueden suponer las necesidades
y desarrollar un prototipo a partir de estas suposiciones, sin embargo, puede no ser realmente
funcional para el usuario final. En este sentido, se puede decir que la comunicación en este tipo
de proyectos, los cuales plantean contribuir a la solución de una problemática específica, es vital
la comunicación entre los desarrolladores y el usuario, pues a partir de esta comunicación se
logrará un producto que sea eficiente, funcional, alcanzable y que permita tener el uso adecuado
para el cual fue diseñado.
Una vez hablado sobre la necesidad, el desarrollo, los resultados y los aprendizajes obtenidos en
el desarrollo de este prototipo, podemos volver a nuestra hipótesis, en la cual se planteaba la
posibilidad de crear un mecanismo que ayude en las terapias de rehabilitación motriz y que
pueda ser accesible para instituciones que no cuenten con los recursos necesarios para adquirir
tecnología de punta a su precio actual. En este sentido podemos confirmar nuestra hipótesis, ya
que logramos construir un dispositivo funcional, que ayudará a que más pacientes puedan hacer
su rehabilitación, pero también a que estos dispositivos lleguen al sector de la sociedad que
realmente lo necesita, tomando en cuenta que muchas de las instituciones públicas a las que una
gran parte de las personas con discapacidad acuden, no cuentan con la infraestructura ni los
recursos necesarios para conseguir este tipo de tecnologías de punta, ya que son altamente
costosos.
47
Referencias
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (México). La discapacidad en México, datos al
2014 / Instituto Nacional de Estadística y Geografía.-- México : INEGI, c2016. Obtenido
de:
http://coespo.qroo.gob.mx/Descargas/doc/DISCAPACITADOS/ENADID%202014.pdf
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http://www.inegi.gob.mx.
Instituto Nacional de Estadística y Geografía (México). La discapacidad en México, datos al
2014 : versión 2017 / Instituto Nacional de Estadística y Geografía.-- México : INEGI,
c2017. Obtenido de:
http://internet.contenidos.inegi.org.mx/contenidos/Productos/prod_serv/contenidos/espanol/bvine
gi/productos/nueva_estruc/702825094409.pdf
Manzo, J. (Diciembre, 2018). Discapacidad, una lucha de todos los días en Michoacán. La voz
de michoacán. Obtenido de:
http://www.lavozdemichoacan.com.mx/morelia/discapacidad-una-lucha-de-todos-los-dias-en-
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Casillas, S. (Diciembre, 2014). Habitan 267 mil 716 personas con discapacidad en Michoacán:
INEGI. Obtenido de: http://www.cambiodemichoacan.com.mx/nota-241357
Martínez, A. (Diciembre, 2018). 65 de cada mil personas en Oaxaca tienen alguna discapacidad.
Oaxaca El Universal. Obtenido de:
http://oaxaca.eluniversal.com.mx/estatal/03-12-2018/65-de-cada-mil-personas-en-oaxaca-tienen-
alguna-discapacidad
48
DISEÑO DE PRODUCTO PARA NIÑOS CON A
CONDROPLASIA DE 6 A 12 AÑOS
Adrián Alonso Durán Coronado1 [email protected] Juan Carlos Ortíz
Nicolás2 [email protected] Blanca Ivette Duarte Álvarez
Dr. David Saénz Cortés4 [email protected]
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Instituto de Arquitectura Diseño y Arte
Resumen: La acondroplasia (AC) es una condición genética y es la causa más común de
enanismo. La investigación de la AC, comúnmente se hace desde un enfoque médico debido a
sus consecuencias clínicas. Los aspectos psicológicos, sociales y emocionales de las personas con
AC, es un área poco estudiada y es un área de oportunidad para el diseño.
El objetivo de esta investigación es detectar las principales barreras de los infantes con AC, con
la finalidad de diseñar un producto que represente un apoyo para estimular la autonomía e
independencia de los infantes con AC.
Esta investigación requiere una metodología con diversos enfoques de diseño, del diseño para la
innovación social se toma el concepto de beneficiar a personas con una condición que es
vulnerable en determinados entornos. La investigación requiere la participación de las personas
con la condición, es indispensable que se realice mediante métodos de investigación centrados en
la persona. Además, es preciso considerar los principios del diseño universal. Ortiz Nicolás
(2014) sugiere un método que engloba estos enfoques. El método consiste en siete etapas: 1)
Identificar el reto, 2) Realizar un análisis del sistema en el que el reto social coexiste, 3) Estudiar
el área de oportunidad con métodos de investigación centrados en la persona, 4) Escribir el perfil
de la solución, 5) Generar propuesta, 6) Evaluar las propuestas con personas que se beneficiarán
con la solución, 7) Establecer conclusiones.
La identificación de las principales barreras que los niños con AC tienen en el hogar se logró con
métodos de investigación centrados en la persona. Específicamente mediante la entrevista al
49
informante cultural, la observación participante y la revisión de literatura propuesta en el método
de Cranz (2016).
La investigación reveló que debido a la talla baja que es una consecuencia propia de la AC los
niños con la condición tienen problemas para interactuar con algunos objetos que están fuera de
su alcance y que estos problemas de interacción pueden generar dependencia. Esta información
se utilizó para desarrollar un producto que permitiera interactuar con objetos que no estaban a su
alcance y de esta forma superar dichas barreras.
Palabras clave: Diseño de producto, Infancia, Acondroplasia, Discapacidad, Accesibilidad
Introducción
La acondroplasia (AC) es una condición causada por una mutación genética. Es también, la causa
más común de enanismo. Cuando se investiga la AC, comúnmente se hace desde un enfoque
médico. El cual es de suma importancia debido a las consecuencias clínicas de la condición, los
aspectos psicológicos, sociales y emocionales de las personas con esta condición, es un área que
ha sido poco estudiada. Así mismo, es también un área de oportunidad para el diseño. Según
(Margolin & Margolin, 2002a) el diseño de productos para el mercado, generados por un
fabricante y dirigidos a un consumidor es el enfoque de diseño predominante desde la revolución
industrial. Autores como (Papanek & Fuller, 1971) señalan la responsabilidad del especialista en
diseño, en el aspecto ambiental y social.
Es por eso, que se hace una propuesta de investigación de diseño centrado en la persona,
particularmente en niños con AC de entre 6 a 12 años, donde el resultado se refleja en el
desarrollo de un producto para el hogar que estimule su autonomía. Por ello, la metodología de
este proyecto de investigación está basada en la propuesta de (Ortiz Nicolás, 2014b) que plantea
entre otras etapas, utilizar el modelo ecológico de Bronfenbrenner para realizar un análisis del
sistema en el que el reto social coexiste y para investigación de diseño centrado en la persona se
implementó el proyecto etnográfico de diseño de (Cranz, 2016a).
Planteamiento del problema
La diferencia de estatura entre los niños de talla promedio y los niños con AC ocasiona que estos
últimos tengan problemas de accesibilidad ya que cuando se diseña se toma como referencia la
50
media de la población no afectada, dejando fuera a la población con AC. Según (Ávila, Prado, &
Gonzaléz, 2007), la estatura promedio de las niñas de 6 a 8 años en México es de 1167 mm. La
estatura de los niños en ese mismo rango de edad es de 1175 mm. Según las tablas de estatura
para niños con AC (Garrahan, 2014), la estatura media de las niñas con AC de 6 años es de 890
mm y la media de los niños es de 910 mm. Al llegar a los 8 años la estatura media de las niñas
con AC es de 960 mm, mientras que para los niños es de 998 mm. Se debe considerar que estos
datos representan a la población argentina. Esto hace que diariamente se enfrenten a barreras
físicas, en lugares públicos, escuelas, baños, mostradores de comercios, transporte público y
edificios públicos donde solo hay escaleras diseñadas para adultos.
Las instituciones gubernamentales enfocan su esfuerzo en ayudar a todos los sectores vulnerables
que se enfrentan a barreras físicas en los espacios públicos y en las edificaciones de carácter
público y privado. Un ejemplo es el Manual de Normas Técnicas de Accesibilidad publicado por
el gobierno de la Ciudad de México, el cual está basado en el concepto de Diseño Universal
(DU). El término DU se refiere al diseño de productos, entornos, y comunicación, que puedan
utilizar todas las personas, en la mayor medida posible, sin adaptación ni diseño especializado,
independientemente de su edad, capacidad o condición en la vida (Pastor, 2012). Los principios y
líneas de apoyo del DU fueron desarrollados y descritos en el Center for Universal Design (CUD)
y son un apoyo para ayudar a los arquitectos en sus esfuerzos por diseñar edificios y espacios
públicos accesibles (Bel & Sarrionandía, 2011). Pero es complejo remediar décadas de diseño sin
consideración de los grupos vulnerables. Una alternativa completamente diferente la ofrece la
medicina mediante la opción de la elongación ósea, que es un procedimiento quirúrgico en el cual
se alargan las extremidades inferiores, lo que brinda a personas con AC la posibilidad de
aumentar su estatura, 10 centímetros aproximadamente. Uno de los objetivos fundamentales de
este método es lograr una mejora funcional de los pacientes y no siempre la cirugía que posibilita
la elongación puede conseguirlo (González & Hernández, 2001). Además, esta técnica es un
proceso prolongado, doloroso y costoso, para muchas personas con AC no es una opción viable.
Dentro del hogar la situación también puede ser complicada la mayoría de los muebles son
diseñados para personas de talla promedio por ejemplo son sillas, camas, armarios, apagadores,
lavabos, escusados, etc. El uso de algunos de estos muebles puede representar un reto para un
niño cuyo crecimiento no está limitado por una condición genética. Lo que hace suponer que para
51
un niño con problemas de crecimiento, esto más que un reto se convierte en una limitación en
actividades, que puede llevar a problemas de excesiva dependencia familiar y baja autoestima.
Las personas con AC y los padres de los niños con AC tratan de resolver estos desafíos con
adaptaciones que no son realizadas por profesionales, situación que muchas veces los pone en
riesgo de sufrir accidentes y lesiones. (Ver figura 1).
Figura 1. Mujer con AC usando una adaptación casera. Fotografía por el autor (2017).
El especialista en diseño tendría que desarrollar productos y servicios que desde el momento de la
conceptualización tengan el propósito de abarcar el mayor público posible. La sociedad también
debe actuar organizándose y generando propuestas de impacto que posean la capacidad de
reformar las leyes. Los niños con AC deben ser plenamente integrados a una sociedad que los
segrega simplemente por el descuido y la negligencia.
Objetivo General y particulares
Detectar las principales barreras que los infantes con AC tienen en el hogar con la finalidad de
diseñar un producto que represente un apoyo para estimular la autonomía y la confianza de los
infantes con acondroplasia.
Objetivos específicos
Conocer el contexto donde se desenvuelven los niños(as) con AC e identificar áreas de
oportunidad para estimular autonomía al interior del hogar.
Identificar las principales barreras que infantes con AC tienen en el hogar.
52
Identificar el tipo de productos del hogar que estimulan la autonomía de los infantes con
AC.
Determinar mediante un método de investigación centrado en la persona el área de
oportunidad que se reflejará en el perfil de la solución.
Desarrollar propuestas de producto que cumplan el objetivo general del proyecto.
Realizar la evaluación de las propuestas generadas.
Supuesto
Este proyecto expone que es posible estimular la autonomía de los niños con AC, mediante el
diseño de un producto que les permita superar las barreras que se presentan en el hogar.
Justificación
En su sitio web la organización Little People of America (LPA), hace algunas recomendaciones
de productos de asistencia para personas y niños con AC. Sin embargo, estos productos
originalmente no están diseñados para ellos, son diseñados para personas con diversas
discapacidades y en algunos casos son productos diseñados para mascotas. (Ver figura 2)
Figura 2. Solvit PupSTEP Plus Pet Stairs, un ejemplo de productos de asistencia recomendados por la LPA,
originalmente diseñado para mascotas. Recuperado de https://www.lpaonline.org/adaptive-products- [5 Mar.
2019].
Con respecto a esto, algunos autores plantean que se debe a que las personas con condiciones que
provocan talla baja parecen vivir una vida normal, no siempre se definen como discapacitadas o
53
participan en la comunidad de discapacitados, ni están identificadas como personas
discapacitadas por otras personas (Shakespeare, Thompson, & Wright, 2010). Sin embargo, en un
entorno construido para alguien de estatura promedio la percepción puede cambiar (Pritchard,
n.d.).
En su artículo “Body Size and the Built Environment: Creating an Inclusive Built Environment
using Universal Design”, Pritchard (2014), expone como los cuerpos, que no son de un tamaño
específico, experimentan los espacios de manera diferente, lo que afecta el uso de los espacios
que podrían llegar a ser discapacitantes. Sugiere que existe una falta de consideración de diseño
hacia varios tamaños corporales que demuestra que las variaciones corporales no tienen el mismo
acceso al entorno construido.Con respecto a esto, los niños con AC tienen plena conciencia de
que necesitan ayuda y manifiestan que el entorno físico es incómodo, cuando no hostil, y que el
entorno limita su autonomía (González & Hernández, 2001). Esto agranda el problema, ya que la
infancia es concebida como una época de desarrollo efectivo y progresivo de la autonomía
personal, social y jurídica. (Bruñol, 1997).
Esta situación influye en las personas con AC ya que según Margolin & Margolin (2002),
entornos y productos inadecuados, pueden afectar a la seguridad, las oportunidades sociales, nivel
de estrés, sentido de pertenencia, autoestima, o incluso la salud física de una persona o personas
en una comunidad.
En complemento a lo anterior, el Informe mundial sobre la discapacidad propone medidas para
todas las partes interesadas –incluidos los gobiernos, las organizaciones de la sociedad civil y las
organizaciones de personas con discapacidad– para crear entornos favorables, promover la
rehabilitación y los servicios de apoyo, asegurar una adecuada protección social, crear políticas y
programas inclusivos y aplicar normas y legislaciones, nuevas o existentes, en beneficio de las
personas con discapacidad y la comunidad en general. (Mundial, 2011).
Es por eso que este proyecto busca estimular la autonomía de los niños con AC mediante el
desarrollo de un producto para el hogar que deberá resolver algunas de sus necesidades.
Desarrollo
Metodología
Este proyecto de investigación cualitativa, está basado en tres enfoques de diseño que son diseño
para la innovación social, diseño centrado en la persona y diseño universal.
54
Por lo tanto requiere de una metodología que contemple los enfoques antes mencionados, del
diseño para la innovación social se toma el concepto de no buscar una finalidad comercial, sino
que busca beneficiar a un segmento de la población que vive con una condición que los vuelve
vulnerables en determinados entornos. Dado que el proyecto requiere la participación de las
personas involucradas en la problemática es indispensable que se realice mediante métodos de
investigación centrados en la persona. Además es indispensable para el proyecto considerar en
todo momento los principios del diseño universal.
(Ortiz Nicolás, 2014a), sugiere una propuesta metodológica que cumple con estos enfoques, la
cual será adoptada para realizar la investigación. El método consiste de siete etapas que son: 1)
Identificar el reto, 2) Realizar un análisis del sistema en el que el reto social coexiste, 3) Estudiar
el área de oportunidad seleccionada para entender el fenómeno a través de métodos de
investigación centrados en la persona, 4) Escribir el perfil de la solución, 5) Generar propuesta, 6)
Evaluar las propuestas con personas que se beneficiarán con la solución, 7) Establecer
conclusiones del proyecto.
Las primeras dos etapas de esta metodología se enfocan en el área social, y el diseño para la
innovación social representa un enfoque particularmente útil para el desarrollo de este proyecto
de investigación. La tercera etapa tiene una relación directa con el diseño centrado en la persona
ya que estos métodos de investigación son idóneos para el proyecto. Las etapas cuatro y cinco
deben considerar los principios del diseño universal desde el momento de la conceptualización.
Para la evaluación de las propuestas, vuelven a ser fundamentales los métodos de investigación
centrados en la persona. El método completo se presenta en la figura 3.
55
Figura 3. Método de diseño para la innovación social en conjunto con método etnográfico de diseño centrado en la
persona.
Selección de los participantes
Según (Cranz, 2016b), al no disponer de años de investigación el proceso etnográfico debe
depender de informantes. Entonces, se recomienda que la investigación etnográfica tenga tres
enfoques la observación, la participación y la entrevista al informante. La observación debe
realizarse desde una perspectiva exterior, observar los sucesos que ocurren durante
aproximadamente 3 visitas. Mediante la participación, se obtendrá un punto de vista emic en
donde la fuente de información es el propio investigador. Por lo general, pensamos que la
investigación debe ser científica y objetiva sin prejuicios del investigador. En este caso, la
subjetividad en realidad se convierte en una clave para hacer una buena investigación (Cranz,
2016b). La entrevista por su parte, conduce a una comprensión más profunda de la experiencia y
emociones del informante. Esta comprensión ayudará al diseñador a generar conocimiento
profundo de la realidad. y desarrollar diseños que cubran las necesidades del proyecto.
En este caso el proyecto va enfocado a tratar los problemas de interacción que sobrellevan los
niños con acondroplasia dentro del hogar. Por lo que podría considerarse que el informante que
se debe seleccionar es el mismo niño con acondroplasia. Sin embargo, el proyecto
56
internacional Ethical Research Involving Children (ERIC), formula preguntas que el investigador
puede responder para determinar si la investigación debe involucrar a los niños. Una de esas
preguntas se reporta enseguida: ¿Es necesaria la participación de los niños en la investigación o la
información puede obtenerse de otra manera? (Graham, Powell, Taylor, Anderson, & Fitzgerald,
2013). Si bien, el proyecto involucra a los niños su participación puede considerarse no
obligatoria, porque la información se puede obtener a través de los padres. De esta forma, no es
necesario involucrar a los niños de entre 6 a 9 años y obtener información la información
necesaria. El proyecto ERIC también menciona que las definiciones de niños y jóvenes/juventud
varían de acuerdo con la ley, la cultura y las costumbres, así como en virtud de otros factores
socioculturales, institucionales, económicos y políticos específicos a cada contexto. Con esta
acepción se puede considerar que según el contexto local, los niños a partir de los 10 años pueden
ser participantes, ya que el proyecto de investigación no supone ningún riesgo a su integridad
moral y física. Además se pedirá el consentimiento tanto a los padres como a los niños, tomando
en cuenta las recomendaciones del proyecto ERIC:
Obtener el consentimiento de todos los niños que participen en la investigación.
Asegurarse de que los niños estén plenamente informados sobre el objetivo de la
investigación y en qué consistirá su participación.
Respetar la decisión de los niños acerca de la participación en la investigación,
incluyendo su desacuerdo o su deseo de no participar (Graham et al., 2013).
La entrevista al informante cultural puede ayudar en los casos donde no se pueden realizar visitas
debido a cuestiones de lejanía o privacidad. En este caso, se puede realizar observación en
lugares cercanos que representan el hogar de un niño con acondroplasia, entrevistar a uno de los
padres y además entrevistar a padres de niños con acondroplasia que vivan en otras ciudades y de
esa forma obtener más información.
Instrumentos
Entrevista
Se realizó una entrevista semi-estructurada que constaba de 16 preguntas formuladas para
entender el contexto del niño y como es la interacción con los objetos de uso cotidiano dentro del
hogar. Las entrevistas fueron grabadas en un archivo de audio y se transcribió la información a
texto para realizar el análisis. La entrevista se presenta en la figura 4.
57
Figura 4. Imagen de la entrevista semi-estructurada.
Observación - AEIOU
La observación se realizó tomando en cuenta el modelo AEIOU, para crear y organizar listas de
vocabulario en una estructura taxonómica.
Este modelo es un marco que ayuda a interpretar las observaciones recogidas por la práctica
etnográfica («AEIOU Framework | EthnoHub Help», s. f.). Según (Hanington & Martin, 2012),
el AEIOU es un marco organizativo que recuerda al investigador que debe atender, documentar y
codificar información bajo una taxonomía de Actividades, Entornos, Interacciones, Objetos y
Usuarios.
58
En este modelo las Actividades son el conjunto de acciones dirigidas a lograr un objetivo. Los
Entornos incluyen en lugar donde se desarrollan las actividades. Las Interacciones son entre
una persona y alguien o algo y son los bloques de construcción de las actividades.
Los Objetos son los elementos básicos del entorno, elementos clave a veces demasiado
complejos o incluso no intencionados, posiblemente cambiando su función, significado y
contexto. Por ejemplo, ¿cuáles son los objetos y dispositivos que las personas tienen en sus
entornos, y cómo se relacionan con sus actividades?
Los Usuarios son las personas cuyo comportamiento, preferencias y necesidades se observan.
Quien está presente. ¿Cuáles son los roles y las relaciones? Cuáles son sus valores y sesgos.
Según («AEIOU Framework | EthnoHub Help», s. f.), el proceso para llevar a cabo el marco
AEIOU es: 1) recolectar los materiales a través de métodos etnográficos: notas, fotos, videos,
entrevistas, observación de campo, etc.; 2) observación de campo, utilizando el marco AEIOU
como lente para observar el entorno, 3) registrar las observaciones bajo los encabezados
apropiados; 4) completar las observaciones directas con fotos o vídeos cuando sea apropiado; 5)
revisar y agrupar las observaciones para difundir temas y patrones de nivel superior. Las hojas de
trabajo del modelo AEIOU, se presentan en la figura 5 .
Figura 5. Hojas de trabajo del marco AEIOU.
59
Procedimiento - Desarrollo de las Entrevistas
Se entrevistó a cinco familias, en dos de las entrevistas solo participó uno de los padres y no se
entrevisto al niño por ser menor de 10 años, en tres de las entrevistas participó el niño
acompañado de los padres, se pidió autorización al niño y al padre para la participación en las
entrevistas, cabe resaltar que la participación de los niños fue voluntaria y con el consentimiento
de los padres. Cuatro de las entrevistas fueron realizadas en Ciudad Juárez y una se realizó vía
video-llamada a la Ciudad de México. La entrevista se presenta en los anexos. En la tabla 1 se
presenta la información de las entrevistas.
Tabla 1
Desarrollo de las entrevistas
Entrevista 1 2 3 4 5
Sexo Femenino Masculino Femenino Masculino Masculino
Edad 12 años 7 años 11 años 10 años 6 años
Ocupación Estudiante de
secundaria
Estudiante de
primaria
Estudiante de
primaria
Estudiante de
primaria
Estudiante de
primaria
Entrevista a Madre e hija Madre Madre e hija Padre e hijo Madre
Ubicación Ciudad Juárez Ciudad Juárez Ciudad Juárez Ciudad de
México Ciudad Juárez
Resultados
La mayoría de los problemas de movilidad y cuidado personal son causados por la talla baja de
los niños con AC que les impide tener el alcance adecuado para realizar por si mismos ciertas
actividades de la vida diaria. El entorno se catalogó según las áreas del hogar; recamara, baño,
cocina, comedor, sala, escaleras y áreas de estudio. En el caso de las interacciones, esta
investigación propone catalogarlas de la siguiente manera interacción dependiente, interacción
independiente e interacción adaptada. Esta investigación considera una interacción dependiente
cuando el usuario depende de otra persona para realizar la interacción con un objeto, un ejemplo
de este tipo de interacción se presenta cuando un adulto levanta a un niño ante un lavabo para que
este pueda alcanzar a lavarse las manos. Una interacción independiente se presenta cuando el
60
usuario interactúa con el objeto sin ningún tipo de ayuda, situación que es la ideal. La interacción
adaptada es cuando el usuario depende de alguna adaptación de cualquier tipo para poder
interactuar con los objetos, un ejemplo de este tipo de interacción es cuando una persona utiliza
un banco para alcanzar la alacena. Los objetos se catalogaron de la siguiente forma, objetos;
fuera de alcance, para escalar y de movilidad. Por su talla baja los niños con acondroplasia
algunas veces no alcanzan o tienen que realizar un mayor esfuerzo para alcanzar objetos que un
niño sin la condición alcanza sin problemas estos objetos son catalogados como objetos fuera de
alcance. Los objetos para escalar son aquellos con los que las personas de talla promedio
interactúan normalmente pero los niños con acondroplasia se trepan, un ejemplo de este tipo de
objetos es una silla. Los objetos de movilidad son aquellos que permiten al niño el
desplazamiento al interior del hogar, por ejemplo una puerta cerrada puede restringir la movilidad
del niño con acondroplasia, si este no logra alcanzar la manija para abrirla. Por último los
usuarios se catalogaron en usuarios directos y usuarios indirectos, el usuario indirecto representa
al niño con acondroplasia y el usuario indirecto son los padres, hermanos y otras personas que
habitan en el hogar del niño con acondroplasia, además de las visitas que también interactúan con
los objetos del hogar. La figura 6 muestra los resultados de la categorización.
Figura 6. Resultados de la categorización mediante el marco AEIOU.
A partir de esta categorización se estableció la relación Usuario – Interacción – Actividad. Se
seleccionó al usuario directo porque es quien está en el centro de la investigación. La interacción
61
adaptada porque es donde se encuentra un área de oportunidad, es donde hace falta la
intervención de un diseñador para el desarrollo de un producto o alguna adaptación para lograr
que el niño con acondroplasia interactúe de forma independiente con los objetos. Esta relación
muestra las áreas de oportunidad de diseño. La figura 7 muestra los resultados de la relación.
Figura 7. Relación usuario-interacción-actividad
La cantidad de objetos y de actividades que se identificaron durante la investigación, pudiera
suponer el desarrollo de varias adaptaciones que pudieran ayudar a realizar las interacciones de
forma correcta. Sin embargo, la mayoría de los problemas de interacción se pueden solventar con
la ayuda de una sola adaptación que permitiera a los niños con acondroplasia tener al alcance los
objetos necesarios. El uso de “bancos” fue reiteradamente mencionado durante las entrevistas
específicamente en la pregunta:
¿Qué adaptaciones realizó en su hogar para estimular la autonomía del niño?
Algunas de las respuestas fueron:
“Lo que optamos es tener dos o tres bancos de los plegables, para que él mismo pudiera
tomarlos y llevarlos hacia donde él quisiera para alcanzar las cosas.”
“Tiene banquitos en el baño uno para la regadera y otro en el escusado.”
Y ante la pregunta:
62
¿Ha comprado alguna adaptación?
Las respuestas fueron:
Pues casi no, pues la escalerita esa, los banquitos esos que para la escuela llevé, esos
que no se mueven que son antiderrapantes. Es que realmente no hemos batallado mucho.
Ella sola ha tratado de buscar la manera para no batallar…
Tiene dos banquitos y tenia uno en el kínder.
Banquito y escalera, esos si los tiene. Para que haga las cosas que ella quiere hacer si.
Tiene la escalera y tiene el banco. El banco de la barra está muy grande, ese no. Pero
unos banquitos y la escalera pues si los usa. O una silla de ella, donde se sienta.
Según (Van Etten, 1988), el banquito proporciona una ayuda cotidiana para personas de talla
baja. Además, durante el proceso de observación, la convivencia con personas adultas con
acondroplasia estas han resaltado la importancia que este tipo de objetos tiene para ellos, porque
también en la vida adulta les permite interactuar con objetos que se encuentran fuera de su
alcance. La figura 8 ejemplo de uso de bancos de personas con AC.
Figura 8. Ejemplos de la utilización de bancos por una persona con acondroplasia. Fotografía de Autor.
El “banco” entonces, permite a las personas con acondroplasia (niños y adultos) reducir
drásticamente la cantidad de adaptaciones que pudieran ser necesarias para interactuar con su
entorno debido a su condición genética que se manifiesta sobre todo en las extremidades cortas.
Las actividades que pueden ser llevadas a cabo utilizando un “banco” son las siguientes:
actividades de movilidad: alcance de manija de puertas, alcanzar apagadores; actividades de
cuidado personal: abrir llaves de la regadera, abrir llaves de lavabo, lavarse las manos, alcance en
63
la mesa, alcance en closet, alcance en el peinador, subirse en las sillas, subirse al escusado,
subirse a la cama.
En apariencia, el diseño de un “banco” puede parecer demasiado simple. Sin embargo, se
convierte en una tarea especializada que cobra demasiada importancia cuando se ve desde la
perspectiva de un niño con acondroplasia. Esto es debido a la cantidad de actividades que un niño
puede realizar de forma independiente.
Un ejemplo de la importancia que tiene un “banco” para las personas con acondroplasia, lo
muestra el conferencista José Manuel Moreno (Ver figura 9). José Manuel menciona como una
sillita lo ayudo en su infancia a ser más independiente, esto debido a que se quedaba solo en casa
durante periodos prolongados y con la “sillita” podía interactuar con objetos que estaban fuera de
su alcance.
Figura 9. Moreno, J., (Septiembre de 2017). "Si lo puedes creer, lo puedes crear". En UAdeC (Universidad
Autónoma de Coahuila), 40 Aniversario de la Facultad de Contaduría y Administración. Congreso llevado a cabo en
Coahuila, México.
La solución que se propone es el diseño de un “banco” que permita a los niños con acondroplasia
interactuar con objetos que están fuera de su alcance, como: apagadores, manijas de puertas,
llaves de lavabo, etc. Y realizar actividades de la vida diaria que representan un reto, como:
64
alcanzar el lavabo, subirse a una cama, subirse a un escusado, subirse a una silla, alcanzar llaves
de la regadera, alcanzar el peinador, abrir puertas, alcanzar el closet, etc.
Necesidades y requerimientos de diseño
Tomando en cuenta la definición de tecnologías de asistencia de (Lueder & Berg Rice, 2007), que
dice que cualquier artículo, pieza de equipo o sistema de producto, ya sea adquirido
comercialmente, modificado o personalizado, que se use para aumentar, mantener o mejorar las
capacidades funcionales de las personas con discapacidades se puede catalogar a un banco como
una tecnología de asistencia. Por lo tanto, es posible aplicar los criterios de selección de
tecnologías de asistencia que establece (Kroemer, 2005). De esta forma se pudieron definir las
necesidades y los requerimientos de diseño. Los más importantes para esta investigación se
exponen en la siguiente tabla.
Tabla 2
Criterios de selección de tecnologías de asistencia y requerimientos de diseño.
Criterio Descripción Necesidades de diseño Requerimientos de
diseño
Seguridad
física
La probabilidad de
que el dispositivo no
cause daño físico al
usuario u otras
personas
Aunque el banquito será
diseñado para niños es
probable que los adultos
hagan uso de él, por lo
tanto, estructuralmente el
banquito deberá ser
resistente y soportar el
peso de un adulto.
El banquito deberá
soportar un peso máximo
de 100 kg.
Las superficies deberán
ser antiderrapantes.
Esquinas redondeadas
con un radio mínimo de
1cm.
Portabilidad La medida en que el
dispositivo puede
transportarse fácil-
mente a diferentes
lugares y operar allí.
El banquito deberá
permitir el despla-
zamiento de manera
sencilla y cómoda,
tomando en cuenta que el
usuario son infantes con
acondroplasia.
El peso máximo deberá
ser de 1 kg.
Se puede considerar el
uso de ruedas de bloqueo
por peso u otro medio
que facilite su transporte,
por ejemplo forma
esférica o cilíndrica.
Acceso al
producto
La medida en que la
compra, el manteni-
miento y la repara-
ción causan dificul-
tades financieras al
usuario
Debido al enfoque social
del proyecto (no se busca
un fin mercantil), se debe
considerar que el banquito
deberá estar al alcance de
todas las clases sociales.
Los planos y la forma de
construcción serán
distribuidos de forma
gratuita.
65
La etapa de bocetaje resultó en varias ideas que están basadas en los requerimientos de diseño, de
los cuales se tomaron en cuenta altura, portabilidad, seguridad. A partir de estos se generaron
trazados exploratorios iniciales del aspecto de la propuesta de diseño, con la finalidad de esbozar
la forma física del producto, sus características y su estética general.
La portabilidad puede conseguirse de varias formas, como se mencionó anteriormente puede
ser mediante el uso de ruedas sin embargo debe tomarse en cuenta que el uso de ruedas puede
afectar la seguridad.
Se generaron varias alternativas para tratar de garantizar la portabilidad. La primera opción
trata de asegurar la portabilidad mediante el plegado del banco. La segunda opción está basada
en la forma. Las formas cilíndricas o esféricas pueden transportarse más fácilmente de un lugar
a otro al ser rodados. Tomando en cuenta que el usuario son los niños con acondroplasia,
cualidades como el peso y las dimensiones deben ser consideradas. La forma semi-esférica no
representa un problema ya que el peso no sería soportado por el niño, además de ser fácilmente
desplazada de un lugar a otro, simplemente rodándolo.
El contrastar las dos ideas tuvo como resultado que la solución más idónea es la del banco semi-
esférico, porque se garantiza la portabilidad. Sin embargo, se modificó la forma y se prototipó de
forma cilíndrica. Esto para que ruede más regularmente al trasladarlo y no pierda el equilibrio y
la dirección. Además, la forma es más estable al momento de pisarlo para subirse. El banco
cilíndrico, no presentó fallos, el funcionamiento fue el esperado y es una solución que promueve
la portabilidad y la seguridad.
Se realizó un modelo de trabajo a escala 1:1 con fines de evaluación, se utilizó poliestireno ex-
truido (XPS) de alta densidad. El prototipo final se muestra en la siguiente figura.
66
Figura 10. Desarrollo del prototipo del banco.
La solución es entonces, un banco cilíndrico de 20 centímetros de altura y 17.5 centímetros de
radio, con esquinas redondeadas a 1 cm. La siguiente figura muestra la solución propuesta por la
investigación.
Figura 11. Modelado en 3D de la solución que se propone.
Conclusiones
Los principales resultados de esta investigación ahora se presentan como respuestas a los obje-
tivos de la investigación.
Identificar el tipo de productos del hogar que estimulan la autonomía de los infantes con AC:
Los objetos que estimulan la autonomía de los infantes con AC fueron identificados mediante
métodos de investigación centrados en la persona específicamente con las entrevistas, la
observación y la taxonomía. En este proyecto de investigación los objetos fueron catalogados de
la siguiente manera:
Objetos fuera de alcance , manijas de puertas, llaves de agua, apagadores, mesa, closet, peinador,
lavabo, fregadero. Objetos para escalar: sillas, sillones, escusado, cama, bancos, objetos de
movilidad, puertas cerradas, escalones
67
Estos objetos son de uso cotidiano y en gran medida son usados para realizar actividades de la
vida diaria, que capacitan al individuo a lograr la independencia en su entorno.
Conocer el contexto donde se desenvuelven los niños(as) con AC e identificar áreas de
oportunidad: El área de oportunidad se determinó mediante el modelo ecológico de
Bronfenbrenner, se estableció que en el hogar se puede insertar una solución de diseño que puede
estimular la autonomía de los niños con AC.
Identificar las principales barreras que los infantes con AC tienen en el hogar: La
identificación de las principales barreras que los niños con AC tienen en el hogar se logró con
métodos de investigación centrados en la persona específicamente mediante la entrevista al
informante cultural, la observación participante y la revisión de literatura propuesta en el método
de Cranz (2016). Las barreras que se identificaron son las siguientes: alcanzar las cerraduras de
las puertas, alcanzar los apagadores, alcanzar el closet, alcanzar el fregadero, alcanzar el lavabo;
además de dificultades para subirse a sillas, camas, escusado, sillones, etc.
Determinar mediante al menos un método de investigación centrado en la persona el área de
oportunidad que se reflejará en el perfil de la solución: La investigación al interior del hogar
del niño con AC se realizó mediante el método etnográfico con una entrevista al informante
cultural y luego creando listas taxonómicas, las cuales fueron realizadas con modelo AEIOU
poniendo especial atención a las actividades, el entorno, las interacciones, los objetos y los
usuarios. De esta forma se determinaron las áreas de oportunidad del proyecto y se pudo obtener
el perfil de la solución.
Desarrollar propuestas de producto que cumplan el objetivo general del proyecto: El desarrollo
de las propuestas de diseño estuvo basado en los resultados de la investigación donde se concluyó
que un “apoyo” puede ayudar a resolver la mayoría de las barreras que los niños con AC tienen al
interior del hogar. En el proceso de observación el usuario del producto manifestó su necesidad
de que la portabilidad, la eficiencia y la seguridad; formarán parte fundamental de la propuesta de
diseño. Con base en esta conclusión se desarrolló un banco cilíndrico el cual fue validado desde
tres puntos de vista, el infante con AC, los padres/ madres y diseñadores. Los resultados de la
validación muestran que el banco cilíndrico es un producto que puede estimular la autonomía de
niños/niñas con AC. Además en entrevistas informales posteriores a la validación adultos con AC
revisaron el banco y lo describieron como un producto útil, ligero y cómodo, y además de subirse
lo utilizaron para sentarse.
68
Discusión
Perspectiva de los padres y madres acerca de la autonomía del niño con AC.
Durante las entrevistas, como respuesta a la pregunta: ¿Considera que su hijo es independiente?
Las respuestas fueron:
Mamá 1: Si
Mamá 2: Si
Mamá 3: Si
Papá 1: Si es independiente
Mamá 4: Para algunas actividades si, para otras pide ayuda.
Cuando se les cuestionó:
¿Por qué si? ¿Por qué no?
Sus comentarios fueron:
Mamá 1: Ella sola hace, a veces todas sus cosas, no necesitamos ayudarle.
Mamá 2: El busca la manera de hacer las cosas
Mamá 3: Porque la mayoría de las cosas ella sola las puede realizar
Papá 1: El puede moverse libremente, toma sus decisiones, por su misma condición de
acondroplasia tiene que tener cierto tipo de ayuda, por ejemplo, para alcanzar algunas cosas, un
banco por ejemplo. Pero fuera de esto, el desarrolla su vida de forma independiente, va a la
escuela, se desarrolla bien, convive con sus compañeros, ayuda en la casa, convive con amigos,
en lugares públicos, se desarrolla bien socialmente.
Los padres y madres de niños con AC, consideran que sus hijos son independientes porque ellos
“buscan la forma de hacer las cosas”. Sin embargo (González & Hernández, 2001) indican que
los niños con AC tienen plena conciencia de que necesitan ayuda y manifiestan que el entorno
físico es incómodo, cuando no hostil, y que el ambiente limita su autonomía. En entrevistas
informales que se realizaron durante el proceso de investigación, adultos con AC manifestaron
que el entorno les puede resultar incomodo, sobre todo en los lugares públicos donde no cuentan
con las adaptaciones que tienen al interior del hogar. El padre o madre del niño con AC podría no
ser consciente de la necesidad de autonomía e independencia del niño por dos razones, la primera
es que el niño realiza por sí mismo, aquellas actividades en las que no se le presenta una barrera y
la segunda es que al momento de tener una barrera en el entorno el padre o a madre tiende a
asistir al niño con AC creando un entorno de dependencia familiar.
69
Los riesgos en el hogar
Los padres y madres de niños con AC, no dejan o no les gusta que sus hijos cocinen, porque
consideran que es una actividad de alto riesgo para los niños y pero también por la condición de
los niños. Consideran que el riesgo aumenta debido a la condición de los niños. Sin embargo, no
consideran riesgosas otras actividades que los niños realizan como trepar closets. En una de las
entrevistas una niña con AC, expuso lo siguiente:
Margarita: En el closet hay dos escalones para poner… tres (los escalones que se mencionan aquí
son los cajones, Margarita los abre y los utiliza como escalones), allí me subo yo bajo
(refiriéndose a la ropa), los aviento a la cama, yo también me bajo y ya los agarro.
Este es un ejemplo de cómo los niños con AC se ponen en riesgo. Pero este tipo de situaciones no
son vistas como riesgosas por los padres y las madres de los niños. La investigación no pudo
determinar la razón por la que aunque las dos actividades son riesgosas, los padres y madres solo
consideran que el cocinar es una actividad de riesgo.
Contribuciones
Se realizó una investigación novedosa con métodos de investigación centrada en la persona. Se
seleccionó un tema social como es propuesto por autores como (Papanek & Fuller, 1971).
Comúnmente la AC es investigada desde el punto de vista médico, la investigación de la AC
desde el punto de vista social es escasa, y se ha desarrollado sobre todo en países europeos como
España e Inglaterra. En México se han dado movimientos sociales que exigen respeto e igualdad
para personas con AC impulsados por asociaciones civiles como: Fundación de la Cabeza al
Cielo A.C.; Gran Gente Pequeña de México A.C. y el Consejo Nacional de Gente Pequeña de
México.
Relación entre la AC y la falta de autonomía
Además de las consecuencias médicas o físicas que son propias de la condición, se señalaron
otras consecuencias de la acondroplasia como por ejemplo, retrasos en la aparición de habilidades
del cuidado personal, incluyendo lavarse, cuidar partes del cuerpo, ir al baño, vestirse, comer y
beber; la movilidad, incluido el traslado, caminar y moverse. Por medio de la literatura, se expuso
que estas consecuencias están ligadas a las actividades de la vida diaria y de que forma, están
relacionadas con la discapacidad y la falta de autonomía.
Propuesta de tipos de interacción de personas con discapacidad
70
La observación mediante el modelo AEIOU de las interacciones de los niños con AC, en el
entorno del hogar, se proponen tres tipos de interacción que son adaptada, dependiente e
independiente, estos tipos de interacción pueden ser utilizadas para describir las interacciones de
cualquier persona con discapacidad en relación al entorno, objetos y otros usuarios. Estas
interacciones propuestas pueden ser analizadas en futuros proyectos de investigación que tengan
el mismo enfoque.
Identificación de barreras de los niños con AC
La identificación de las barreras que los niños con AC tienen en el hogar, que también pueden
significar barreras para personas con otras discapacidades. Estas barreras pueden representar
áreas de oportunidad para futuros proyectos de diseño que estén enfocados en la discapacidad y
en el entorno del hogar.
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72
DISEÑO DE UN PROTOTIPO DE GRÚA PARA TRASLADAR PERSONAS
CON DISCAPACIDAD MOTRIZ
María José Solache González Emmanuel Castañeda Durán Juan Javier Guillen Arroyo
[email protected] [email protected] mariajose_solacheoutlook.com
Instituto Tecnológico Superior de Ciudad Hidalgo
Resumen
Gracias a la tecnología se han podido desarrollar diversos métodos para transportar a personas de un
lugar a otro con alguna discapacidad motora, solo que los costos son cada vez más elevados y
requieren modificaciones en el lugar que se implementan así mismo no pueden ser portátiles por su
dimensión.
Se pretende que la grúa permita subir personas con problemas de movilidad reducida por una lesión,
enfermedad física o psicológica a vehículos; la cual es manipulada por un panel de control que
controla el desplazamiento y puede ser usado por el usuario o ayudante, debido a que su diseño tiene
un actuador electromecánico se reduce el esfuerzo al abordar, además de que puede adaptarse a las
diferentes características de las personas tales como son: talla, altura, peso y edad.
La grúa brinda comodidad y seguridad al usuario además de que su implementación no ocasiona
modificaciones ni daños al vehículo ya que se coloca en las bisagras de la puerta y es desmontable,
tendrá un bajo costo para personas de bajo recursos económicos. Para llevar a cabo este proyecto se
realizó un estudio sobre las personas con alguna discapacidad que requieren de un transporte público
para trasladarse de un lugar a otro la mayoría de estas personas sufren de molestias.
Con el fin garantizar su correcto funcionamiento y durabilidad se realizaron diversos análisis
matemáticos y simulaciones de la estructura teniendo en cuenta la capacidad de carga máxima que
podrá soportar.
Las principales ventajas que proporciona el diseño de la grúa es que puede montarse en cualquier
vehículo solo modificando la base de la grúa de acuerdo a las distancias entre la bisagra de la puerta,
no requiere de una fuente de alimentación externa ya que puede conectarse a la batería del mismo, sus
dimensiones son adecuadas para poder guardarse en la cajuela.
Con la grúa se desea cubrir las necesidades particulares de cada usuario proporcionando ergonomía,
calidad y seguridad.
Palabras clave. Discapacidad motriz, diseño industrial, grúa, movilidad y núcleos urbanos.
73
Introducción
Las personas que padecen una discapacidad motriz en México representaban en el año 2014 casi 7%
de la población según cifras estimadas en el “Diagnóstico sobre la situación de las personas con
discapacidad en México” y de ese casi 7% gran parte eran adultos mayores. Lejos de considerar que
esa tendencia ha ido a la baja, se estima que ese 7% ronde 10% debido al incremento de la población.
La inclusión de las personas que padecen una discapacidad motriz se vuelve compleja teniendo en
cuenta las actividades que deben realizar y es por ello que se buscan alternativas de solución a los
problemas de accesibilidad y movilidad.
Por ello se deben analizar varios factores para equiparar e igualar las oportunidades de traslado, de
forma que no se tenga ninguna limitación por padecer una discapacidad y así mismo brindar un
traslado seguro.
Las personas con discapacidad se identifican por las limitaciones para llevar a cabo una o varias
funciones corporales. La importancia de implementar acciones afirmativas para este grupo de
personas es con el fin de situarles un ámbito de igualdad y equidad en el sentido de contar con las
mismas condiciones de desarrollo en la sociedad, respecto a la población que no presenta
discapacidad.
En el presente proyecto se presentará una propuesta sobre la realización e implementación de una
grúa que satisfaga la necesidad de subir a una persona discapacitada a un automóvil, sin que sufra
ninguna modificación y que la persona tenga la seguridad que proporciona el automóvil.
Justificación
Impacto social: Contribuir a la inclusión de las personas discapacitadas en el transporte, así cualquier
persona podrá ser transportada sin importar su condición física de forma más cómoda y segura.
Impacto tecnológico: La grúa transportara personas discapacitadas, implementando la utilización de
un mecanismo (grúa) que utiliza un pistón electromecánico, se podrá implementar en cualquier
vehículo sin modificar o perforar su estructura.
Impacto económico: El diseño de la grúa para personas discapacitadas se estima que reducirá el costo
del pasaje ya que disminuye el desgaste en la parte trasera del vehículo y el esfuerzo que realiza el
chofer es mínimo.
74
Impacto ambiental: La grúa será alimentada por una fuente externa de 12v la cual se tomará del
automóvil. Esta se carga a menudo que el vehículo este encendido.
Problema
Hoy en día existe una gran variedad de necesidades en personas discapacitadas una de ellas es el
trasporte público en la ciudad ya que no existen acciones afirmativas para ellas, por su estado físico
del mismo y por lo tanto es muy difícil y peligroso transportarse ya sea que no se encuentra
equipado o la persona no se encuentra capacitada para subir y bajar a la persona discapacitada o la
posición que toma dentro del medio de transporte puede ser muy peligrosa durante el traslado, por
ello surge la necesidad de implementar un sistema llamado “grúa”, que será útil para transportar en un
taxi a personas discapacitadas asiéndole más fácil el acenso y descenso de la persona así mismo la
persona discapacitada tendrá la seguridad que ofrece el vehículo, este arnés podrá montarse y
desmontarse asiéndolo de gran ayuda para dicha problemática, la persona discapacitada viajara en la
parte delantera del vehículo, el vehículo en el que se llevara a cabo la instalación de la grúa será en
un taxi TOYOTA AVANZA 2008 (con numero de unidad 06, de ciudad hidalgo Michoacán), el
dueño del taxi es el Sr. Ricardo Quintero S.
El trasporta a las personas discapacitadas del municipio de hidalgo colocándolas en la parte de atrás
del automóvil junto con la silla de ruedas de la persona, de esta manera será una posición incómoda
ya que la persona viajara con la cabeza inclinada hacia el suelo para que no pegue en la parte de
arriba del vehículo, cabe destacar que tendrá un viaje incómodo y peligroso, por cual motivo se
realizara la implementación de la Grúa en dicho vehículo.
Hipótesis.
Con el empleo de la grúa se logrará trasladar a personas discapacitadas.
Objetivos
General:
Diseñar y construir un prototipo de grúa para trasladarar personas con discapacidad motriz en un
vehículo.
Específicos:
Determinar las necesidades de las personas con discapacidad motriz al abordar un vehículo.
Definir características del prototipo
Realizar y aplicar el prototipo a escala.
75
Estado del arte
Año de
publicación
Autor(es) Titulo Descripción de
investigación
Aportación
Septiembre del
2012
Salinero Antón,
Cristina
DISEÑO,
ANÁLISIS Y
ESTUDIO DE
TRES GRÚAS
ORTOPÉDICAS
MEDIANTE
HERRAMIENTAS
DE
SOLIDWORKS
Memoria Análisis
matemático en
la estructura
Julio del 2013 Moisés Arriata
Méndez
Diseño sustentable
de un dispositivo
para traslado de
pacientes
Tesis Considerar
aspectos
importantes en
el diseño y
fabricación del
dispositivo.
Enero del 2017 ING. Carlos
Eduardo
Legorreta
Correa
ANÁLISIS
NUMÉRICO-
EXPERIMENTAL
DE UNA GRÚA
AUXILIAR EN
EL
TRANSPORTE
DE PACIENTES
CON
PROBLEMAS DE
MOVILIDAD
Tesis Definir posibles
estructuras que
puedan ser de
utilidad al
proyecto así
como tomar
consideraciones
importantes
sobre el análisis
estructural
(Salinero, Méndez, Correa, 2019)
76
Desarrollo
Método
Basándonos en la metodología proyectual propuesta por un teórico del diseño, hemos establecido la
siguiente:
1. Definir y analizar el problema
Investigar acerca de un problema que exista de acuerdo a las necesidades de las
personas discapacitadas.
2. Recopilación y análisis de los datos
Realizar un censo sobre las personas que necesitan un servicio de traslado para
conocer de ellas edad, peso, talla, altura, tipo de discapacidad y dificultad para subir a
un vehículo.
3. Aplicación de la creatividad
Generar una lluvia de ideas en posibles soluciones.
4. Propuesta de materiales y tecnologías
Determinar el material que será utilizado y el actuador lineal
5. Experimentación y verificación de la propuesta conceptual
Elaborar la grúa a pequeña escala tomando en cuenta una escala de un auto real.
Procedimiento
Para plantear el problema que presentan las personas discapacitadas al subir a un vehículo se realizó
una investigación sobre como son trasladadas, como se puede ver a continuación.
77
Ilustración 1 Forma de subir a las personas al vehículo.
Ilustración 2 Forma de subir a una persona con discapacidad al vehículo.
78
Ilustración 3 Posición en la que viajan las personas discapacitadas.
Con el fin conocer el tipo de discapacidad que presentan las personas que requieren el trasporte
público para trasladarse de un lugar a otro y sus características como son el peso y talla para se utilizó
el método de las “encuestas”, con estos datos obtenidos se planteó cual es el peso que debe de
soportar la grúa, los grados de libertad que debe de tener así como también el material con que se
puede elabora a una escala real, para analizar los datos se optó por la graficacion de los mismo como
se muestra a continuación.
Tabla 1 Se demostró que una gran mayoría de personas con algún tipo de discapacidad motriz
requieren del trasporte público para transportarse de un lugar a otro y lo necesitan más de 3 veces al
mes.
0
2
4
6
8
Transporte privado Trasnporte publico Otros
Per
son
as e
stre
vist
adas
Tipo de trasporte utilizado
¿Cuantas veces al mes requieren de la utilizacion de transporte?
1 a 2 veces 3 a 6 veces mas de 6 veces
79
Tabla 2 El 50 % de las personas entrevistadas afirma que los principales problemas que tiene al
viajar en transporte es la falta de disponibilidad del conductor.
Tabla 3 Un 60 % de las personas entrevistadas se encuentran en sillas de ruedas, lo que le da mayor
dificultar para subir a un vehículo por si mismos.
0
2
4
6
8
10
12
Incomodidad viajes turbulentos Falta de disposición delas personas
Per
osn
as e
ntr
evis
tad
as
Tipo de problemas
Tipo de problemas que tienen durante su transporte
0
2
4
6
8
10
12
14
Personas en silla deruedas
Adultos mayores Otras
Per
son
as e
ntr
evis
tad
as
Tipos de discapacidad
Tipos de discapacidades mas comunes
80
Tabla 4 Un 50 % de las personas con discapacidad tiene un peso de entre 70 y 80 Kg lo
que representa mayor esfuerzo si alguien lo carga para subirlo a un vehículo.
Tabla 5 Una gran mayoría de las personas no conoce un dispositivo para subir a un
vehículo, algunos mencionaron las rampas.
0
2
4
6
8
10
12
50 a 70 Kg 70 a 80 KG mas de 80 Kg
Per
son
as e
ntr
evis
tad
as
Peso en Kg
Peso común de las personas con algun tipo de discapacidad
0
2
4
6
8
10
12
14
Si No Rampa
Per
on
as e
ntr
evis
tad
ds
Dispositivo para subir a un vehículo
Conoce algun dispositivo para subir a un vehículo
81
Otro paso muy importante en la realización del trabajo fue conocer el vehículo en este caso
del taxi de Sr. Ricardo Quintero S. para tomar las medidas necesarias como son el asiento,
las puertas, la medida del asiento al tablero, etc.
Se buscaron algunas medidas en la hoja de datos técnica del modelo del vehículo obtenerlas
más exactas.
Ilustración 4. Vehículo donde será instalada la grúa.
Ilustración 5 Interior del vehículo donde será instalada la grúa.
82
Ilustración 6 Interior de la puerta donde se implementará la grúa.
Ilustración 7 Vista Trasera del vehículo.
83
Ilustración 8 Vista frontal del vehículo.
Ilustración 9 Vista lateral del vehículo.
Después de recolectar datos se elaboró a escala 1-4 la grúa utilizando un programa CAD e
imprimió en 3D como un prototipo para demostrar su funcionalidad.
84
Ilustración 10 simulación de la grúa en CAD
Resultados
Los resultados que se tienen hasta el momento son significativos en el sentido de que se ha
logrado desarrollar una propuesta conceptual y un prototipo a escala elaborado mediante
impresión 3D, el siguiente paso que se tiene es elaboración de un prototipo a tamaño real el
cual pueda ser susceptible de mediciones y valoraciones necesarias para evaluar la
pertinencia del prototipo.
Conclusiones
Las conclusiones que se tienen han permitido comprobar su funcionalidad y evaluar
algunos aspectos de diseño propiciando que identifiquemos estrategias de mejora para el
prototipo así mismo los datos obtenidos ayudan a tener un promedio de la carga que debe
soportar y garantizar, la grúa tiene una proyección futurista donde se podrá utilizar en
diferentes áreas como es en el hogar o en hospitales para diferentes usos en ellos.
Con el prototipo realizado se comprueba la funcionalidad de la grúa, además de podrá ser
utilizado en cualquier vehículo y manejado por la persona discapacitada sin depender de
alguien más. Se está trabajando en el costo de la grúa a tamaño real.
85
1 Bibliografía
Correa, I. C. (03 de Marzo de 2019). Análisis numérico-experimental de una grúa auxiliar
en el transporte de pacientes con problemas de movilidad. obtenido de análisis
numérico-experimental de una grúa auxiliar en el transporte de pacientes con
problemas de movilidad:
https://tesis.ipn.mx/bitstream/handle/123456789/21838/AN%C3%81LISIS%20NUM
%C3%89RICO%E2%80%93EXPERIMENTAL%20DE%20UNA%20GR%C3%9A
A%20AUXILIAR%20EN%20EL%20TRANSPORTE%20DE%20PACIENTES%20
CON%20PROBLEMAS%20DE%20MOVILIDAD.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Méndez, M. A. (09 de Marzo de 2019). Diseño sustentable de un prototipo de dispositivo
para traslado de pasientes. Obtenido de DISEÑO SUSTENTABLE DE UN
PROTOTIPO DE DISPOSITIVO PARA TRASLADO DE PASIENTES:
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/jspui/bitstream/132.248.52.100/5860/1/Tesis.pd
f
Salinero Antón, C. (03 de Marzo de 2019). Diseño, análisis y estudio de tres grúas
ortopédicas mediante herramiientas de solidworks. obtenido de diseño, análisis y
estudio de tres grúas ortopédicas mediante herramiientas de solidworks:
https://zaguan.unizar.es/record/8714/files/TAZ-PFC-2012-475.pdf
Toyota. (21 de Semptiembre de 2017). Obtenido de TOYOTA MX/Avanza:
https:www.toyota.mx/avanza
86
EASYHOME
Alberto González Vázquez, [email protected] ; Kenia Edith Pérez Contreras,
[email protected]; Ricardo Bladimir Pérez Silva, [email protected]; Fernando
Aparicio Ponce, [email protected]
Instituto Tecnológico Superior de Pátzcuaro.
Resumen:
Un edificio domótizado es aquel que nos permite obtener una mejor calidad de vida, reducción
en el trabajo doméstico, y aumentar la seguridad de sus habitantes por medio de la tecnología; en
este ambiente coexisten agrupaciones automatizadas de equipos, que normalmente se encuentran
asociadas a diferentes funciones, dándoles la capacidad de comunicarse interactivamente entre
ellas. Esta tecnología provee de nuevas herramientas a las personas discapacitadas, que facilitan
y mejoran su integración en cualquier tipo de ámbito social. Estos productos y servicios proveen
al colectivo de nuevas herramientas en las que se detalla cómo facilitan y mejoran su integración
en cualquier ámbito familiar, educativo, laboral o social. En este escrito se propone un sistema
domótica activado a través de la detección de los movimientos de cabeza. El prototipo propuesto
fue desarrollado utilizando un dispositivo wearable que consiste de un microcontrolador que
envía las señales de un acelerómetro vía bluetooth, a una computadora, la computadora a su vez
por medio de un algoritmo de machine learning es capaz de reconocer patrones de movimiento
para la activación de dispositivos dentro de un edificio.
Palabras clave: Domótica, KNN, wearable, movimiento, discapacidad física
Introducción
Podemos definir a la discapacidad como la limitación o falta de alguna facultad física o mental
que imposibilita a las personas a realizar actividades de manera autónoma. Esta problemática a
adquirido relevancia en las décadas pasadas. En México el 4.2% de la población cuenta con algún
tipo de discapacidad, siendo la perdida de movilidad la principal de estas con 2.2% de la
población total (INEGI, n.d.). Las personas con discapacidad motora y cognitiva presentan
87
grandes inconvenientes en el desarrollo de sus tareas diarias y desenvolvimiento social, debido a
esta condición estas personas requieren de la asistencia permanente de un especialista. Los
pacientes cuadripléjicos se limitan el uso independiente de herramientas tecnológicas debido a su
poca capacidad motora, por lo que se ve afectado seriamente su desarrollo e integridad como
persona.
Entre sus necesidades para poder llevar una vida activa e independiente se pueden citarse:
cuidados de larga duración, autocuidados o cuidados a distancia, servicios que faciliten su vida
independiente, entornos domésticos acondicionados, etc (Recuero, 1999). Por lo que se denota
que es necesaria una solución multidisciplinaria para intentar solucionar sus necesidades, donde
la domótica tiene un rol importante en ello (García Bilbao, 2000,).
Con el avance de la microelectrónica, optoelectrónica, el desarrollo de nuevos materiales,
ingeniería mecánica, medios de transmisión de datos, y con las tecnologías de la información. Es
que las personas con discapacidad pueden hacer uso de las nuevas tecnologías a partir de diseño
especialmente adaptados a sus necesidades.
Para el desarrollo de dispositivos asistidos para controlar sistemas domóticos centrado en las
personas con pérdida de la movilidad de miembros tanto inferiores como superiores, se centran
en las biopotenciales que se pueden obtener de la cabeza como el electroencefalograma (eeg)
(Hornero R, 2013) (Garzón, 2013)y el electoculograma (eog) (S. Venkataramanan, 2005), sin
embargo para personas con afectaciones menos severas se pueden encontrar activación por medio
de los movimientos de los miembros funcionales, como las manos (Sidek, 2014) (A. Nelson,
2013).
Se presenta el diseño y el desarrollo de un sistema asistido que permita controlar por diferentes
movimientos de la cabeza diferentes dispositivos electrónicos presentes habitualmente dentro de
los edificios de manera inalámbrica. El sistema propone un dispositivo wearable para la detección
de movimientos. En específico hemos diseñado una banda que consiste en un microcontrolador,
un acelerómetro y módulo Bluetooth que nos permita capturar y trasmitir los movimientos de la
cabeza.
88
Para poder entender la intención del usuario a partir del movimiento de su cabeza es necesario
pasar por diferentes etapas: obtención de los datos, la selección de características y finalmente la
clasificación de la información. Las características seleccionadas fueron características
temporales de la señal de cada uno de los ejes del acelerómetro basadas en los movimientos que
deseados. Los algoritmos de clasificación se basan de diferentes modelos probabilísticos para
determinar la orden que se busca llevar a cabo. La clasificación de la información fue llevado a
cabo con el algoritmo de machine learning de los k vecinos cercanos (kNN) el cual es uno de los
más usados para la clasificación de actividades.
Con el desarrollo de este dispositivo se pretende aumentar la calidad de vida y la independencia
de la persona con discapacidades motoras de miembros tanto inferior como superior. Para esto, el
dispositivo debe de cumplir con las diferentes necesidades de los usuarios, como ser discreto,
cómodo y que permita una buena movilidad. El dispositivo implementado fue validado por
5 estudiantes de entre 18 y 22 años, dos hombres y tres mujeres del Instituto Tecnológico
Superior de Pátzcuaro.
Materiales y Métodos
En la siguiente sección será presentado una explicación de los componentes y el algoritmo
desarrollado para el dispositivo (figura 1).
89
Figura 1. Diagrama a bloques del sistema domotico.
Banda Wearable
La banda Wearable consistió de un acelerómetro + Magnetómetro LSM 303 , el cual cuenta con
rangos ±2g/±4g/±8g/±16g para la aceleración; para el uso dentro del dispositivo solo se utilizó la
información proveniente del acelerómetro seleccionándose el rango de ±2g , ya que se deben de
detectar cambios sutiles de la aceleración cuando se mueva la cabeza, debido que movimientos
bruscos de cabeza pueden ocasionar lesiones. El acelerómetro se comunicó por medio de
comunicación serial I2C con un microcontrolador Arduino Micro y este a su vez se conectó a un
módulo Bluettooth 2.0 para la transmisión de datos (figura 2).
Banda
Wearable
Acelerómetro
LSM303
Microcontrolador
Arduino Micro
Modulo
Bluetooth 2.0 Celula
r
Computadora
Bluetooth
Cable
USB
90
Figura 2. Banda Wearable usada en el proyecto, arduino Micro conectado al acelerómetro
LSM 303
Transferencia y almacenamiento de los datos
Para la adquisición de los datos se utilizó un celular con la aplicación Blueterm instalado en este,
esto permitió utilizar el celular como un data logger, para posteriormente transferir esta
información a un computador donde se llevó a cabo el proceso de análisis de los datos.
Registro de los datos del acelerómetro
La banda Wearable siempre se colocó con la misma orientación para que los ejes del sensor
siempre correspondan, y así saber en qué dirección ocurren estos, para mayor comodidad de la
persona se decidió poner del lado izquierdo de la cabeza de la persona. Quedando el eje x del
sensor alineado con el eje vertical de la persona, el eje y del sensor en el eje anterio posterior de
la persona, y finalmente el eje z del sensor alineado con el eje transversal de la persona. (figura
3). El arduino utiliza una frecuencia de muestreo de 100Hz.
91
Figura 3. Orientacion del acelerómetro con relación a los ejes del cuerpo humano.
Clasificación de actividades
El reconocimiento de actividades es visto como un problema de clasificación. Para nuestro caso
de estudio nosotros consideraremos las siguientes actividades, mover la cabeza hacia en frente,
hacia el lado derecho, hacia el lado izquierdo y cuando la cabeza se mantiene estática. Estos
movimientos fueron seleccionados por su simplicidad para ser repetidos.
Para poder clasificar los movimientos y poder relacionarlos con cierta actividad, primero es
necesario caracterizar la señal proveniente del acelerómetro debido a los movimientos, estás
pueden ser características temporales o de frecuencia. En este caso solo se utilizaron
características temporales, las cueles fueron: la señal promedio, el máximo y el mínimo de cada
uno de los ejes (Shoaib, 2015) (Kaghyan, 2012). Estas características se obtuvieron de pequeñas
ventanas de n muestras de la señal con las que se alimentara al algoritmo de clasificación de
actividades.
Existen varios clasificadores que pueden ser implementados. Los clasificadores mayormente
usados para el reconocimiento de actividades son los arboles de decisión, máquinas de soporte
vectorial (SVM por sus siglas en ingles), k vecinos cercanos (KNN, por sus siglas en ingles) y
redes bayesianas.
Eje vertical
Eje
Anterior-posterior Eje
transversal
Y Z
X
92
Figura 4. Scatterplot, de los differentes promedios de las señales en cada uno de los ejes,
dependiendo de la actividad realizada.
El algoritmo de clasificación que se utilizo es el algoritmo de los K-vecinos cercanos (KNN), el
cual es un método no paramétrico para clasificar los objetos basado en las muestras de
entrenamiento más cercanas. KNN es un método de aprendizaje basado en memoria. El algoritmo
de KNN está dentro de los mas sencillo dentro de los algoritmos de machine learning; en este un
objeto es clasificado por la mayoría de votos de sus vecinos, donde el objeto es asignado al
conjunto con más vecinos cercanos (k es un numero entero positivo). En la fase de clasificación
de actividades, k es definido por el usuario como una constante, y un vector de objetos sin
etiquetar es etiquetado en comparación a las etiquetas más frecuentes asignadas por las muestras
de prueba.
Para este algoritmo usualmente se utiliza la distancia euclidiana como la métrica de distancia
entre las variables.
𝑑 = √∑(𝑥𝑖 − 𝑦𝑖)2𝑘
𝑖=1
La precisión del algoritmo KNN se puede ver degradada por la presencia de características
irrelevantes, o si las escalas de las características no son consistentes con su importancia. Para
93
evitar este tipo de errores normalmente cada una de las características se normaliza para que
todas tengan un mismo peso a la hora de hacer una selección.
Recolección de datos de entrenamiento
Para el entrenamiento del algoritmo de clasificación KNN, se tomaron muestras de 10 jóvenes
sanos de entre 18-22 años del Instituto Tecnológico de Pátzcuaro realizando los 4 movimientos
propuestos, primero se recolecto la información de las personas en reposo, después el
movimiento de la cabeza hacia adelante, posteriormente mover la cabeza hacia la derecha y
finalmente el movimiento de la cabeza hacia la izquierda, cada movimiento se realizó durante 30
segundo continuos.
Los datos fueron mandados en una cadena de caracteres que nos indicaba que valor presentaba
cada eje, por lo que se tuvo que procesar la información para que solo nos mostrara los valores de
x, y z (figura 5).
Figura 5. Información proveniente del acelerómetro
94
a)
b)
c)
95
d)
Figura 6. Señales provenientes del acelerómetro para el entrenamiento del clasificador, a)
ningún movimiento, b) movimiento de la cabeza hacia enfrente, c) movimiento de la
cabeza hacia la izquierda, d) movimiento de la cabeza hacia la derecha.
Para obtener las características temporales de la señal (promedio del valor, máximo y mínimo en
cada eje), se evaluaron ventanas de 50 muestras, de cada una de las señales de prueba. Se
eligieron ventanas de 50 muestras después de un proceso de .prueba y error para encontrar el
número de muestras óptimas para cada ventana.
Con este tamaño de ventanas las características temporales que se encontraron en promedio para
cada grupo fue el siguiente (Tabla 1):
Tabla 1
Promedios de las características temporales de cada actividad
Actividad Promedio
Eje x
Promedio
Eje y
Promedio
Eje z
Max.
Eje x
Min.
Eje x
Max.
Eje y
Min.
Eje y
Max.
Eje z
Min.
Eje z
Descanso 899.13 138.76 -350.85 960 852 216 68 -308 -412
Frente 928.01 -129.02 84.18 1020 752 392 -884 296 -96
Izquierda 886.64 180.21 -244.10 996 732 376 8 340 -856
Derecha 919.99 119.02 158.44 1096 524 404 -188 764 -508
96
IIf. Entrenamiento del algoritmo KNN
Siguiendo las normativas de el entrenamiento de algoritmos de machine learning el conjunto de
datos de entrenamiento se reagrupo en 2 subconjuntos mas pequeños, el subconjunto de
entrenamiento y el subconjunto de prueba, en una relación 80 % a 20% respectivamente.
Al ser un algoritmo de aprendizaje supervisado, a cada subconjunto de características espaciales
se le asignó una etiqueta numérica que estaba relacionada con la actividad que se realizó, ya que
este tipo de algoritmos les es más fácil interpretar valores numéricos que cadenas de caracteres. A
cada etiqueta se le dio un valor numérico 0 para la actividad de descanso, 1 para la actividad de
mover la cabeza hacia en frente, 2 para el movimiento de la cabeza a la derecha, y 3 para el
movimiento de la cabeza hacia la izquierda.
La implementación del algoritmo de KNN se llevó a cabo en el lenguaje de programación Python
utilizando la librería ‘sklearn’, la cual cuenta con la implementación del algoritmo KNN, esta
misma librería cuenta con un método para dividir el conjunto de datos de manera aleatoria en la
proporción 80-20 antes descrita con la función “cross_validation.train_test_split”, la cual tiene
como parámetros de entrada el conjunto de datos de entrenamiento, el conjunto de las etiquetas
relacionadas con las actividades relacionadas, y el tamaño que se le desea dar al subconjunto de
datos de prueba. Después se crea un objeto clasificador con “neighbors.KNeighborsClassifier()”.
Ya con el objeto creado se entrena con la función “fit()”, la cual tiene como parámetros de
entrada el subconjunto de datos de entrenamiento y el subconjunto de los datos con las etiquetas
relacionadas a las actividades. Para el entrenamiento del modelo se utilizaron los valores
predeterminados de la función, quedando el número de k vecinos cercanos igual a 5, y la métrica
de la distancia la euclidiana, aquí se muestra parte del código utilizado para el entrenamiento del
algoritmo clasificador KNN(figura 7).
97
Figura7. Parte de código responsable del entrenamiento del algoritmo KNN
Con los valores predeterminados de la paquetería, sklearnt, se obtuvieron resultados buenos ya
que con la parte del subconjunto de datos de prueba, se realizó una comprobación de su precisión
y esta predijo el 100% de las clasificaciones. Si embargo se decidió tomar k=10, el cual no es un
número tan grande, y demostró tener mayor precisión que con el k predefinido de 5, el numero k
se selección después de varias pruebas para encontrar que numero proporcionaba los mejores
resultados. Con k=10 es aun un numero bajo que nos permite hacer las operaciones de manera
rápida ahorrando tiempo computacional y recursos, debido a que esta solución está pensada para
correrse dentro una minicomputadora, en tiempo real.
Figura 8. Parte de código que nos devuelve la precisión del código, en referencia al
subconjunto de prueba.
Pruebas al sistema con el algoritmo KNN
Para la realización de las pruebas se recolecto información de 4 estudiantes del Instituto
Tecnológico Superior de Pátzcuaro con edades de entre 18-22 años, 2 mujeres y 2 hombres. El
ejercicio de prueba consistía en empezar por 5 segundos en estado de reposo, a continuación
mover la cabeza hacia adelante 3 veces, regresar al reposo, mover la cabeza hacia el lado
izquierdo 3 veces, regresar a reposo, mover la cabeza al lado derecho 3 veces y finalmente
regresar al reposo.
98
Resultados y Conclusiones
Reconocimiento de los movimientos asignados: Utilizando el protocolo de prueba, se pueden
detectar 3 diferentes actividades, mover así enfrente la cabeza, o hacia alguno de los dos lados, ya
sea el izquierdo o el derecho, esto nos da l posibilidad de controlar al menos 3 dispositivos dentro
de un ambiente demótico. Los resultados de las cuatro pruebas varían siendo la actividad de
movimiento de cabeza hacia en frente la que mejor se pudo detectar esto es debido a que es la
única actividad que tenemos sobre ese eje, mientras que las activadas de derecha o izquierda se
detectaron correctamente en una menor frecuencia además de que varias veces el algoritmo
clasifico a alguna de estas actividades como si fuera la otra. Tenemos un precisión del 50% si
tomamos como referencia los puntos acertados y herrados.
a)
b)
99
c)
d)
Figura 9 Señales de prueba de los cuatro sujetos evaluados, para observar el
funcionamiento del sistema, las estrellas rojas marcan el estado inactivo, estrellas negras
movimiento hacia adelante, círculos azules, movimiento izquierda, y las cruces negras el
movimiento al lado derecho.
Conclusiones
Se logró generar un algoritmo para controlar un dispositivo que controle de manera automática
diferentes funciones de una casa, dependiendo del movimiento que se haga con la cabeza, en
nuestro algoritmo nos da un total de tres dispositivos a controlar con comandos vascos de
100
encendido y apagado. Esto se logró por medio de la implementación de un algoritmo KNN que
ayuda a clasificar la actividad dependiendo del movimiento hecho por el usuario.
Para tener un mejor rendimiento del sistema es necesario colocar la banda wearable en la misma
posición siempre, ya que si se coloca de manera diferente el vector gravedad afecta las
mediciones, ya que es un aceleración parasita del dispositivo, y esta se presentara en diferente
proporción en los ejes dependiendo de la orientación del sensor.
Trabajo a futuro
Se planea implementar el algoritmo dentro de una raspberry pi, que reciba en tiempo real la
información proveniente de la banda wearable que contiene el acelerómetro, y de esta manera
poder activar al instante los dispositivos dentro de la vivienda de una persona.
Analizar las características elegidas para el entrenamiento de nuestro algoritmo de detección de
actividades, o cambiar el algoritmo por algún otro como una máquina de soporte vectorial.
Implementar un algoritmo que nos permita reducir el impacto de la orientación del acelerómetro
al principio de las lecturas.
Bibliografía
A. Nelson. (2013). Wearable Multi-sensor Gesture Recognition for Paralysis Patients. Sensors.
García Bilbao, Á. (2000,). Nuevas tecnologías y personas con discapacidad. Psychosocial
Intervention, 283-296.
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Bandung, Indonesia.
102
ERGONOMÍA APLICADA AL DISEÑO DE UNA SILLA DE RUEDAS
Diego Armando Mejía Velasco [email protected]
Gandhi David Ruiz García [email protected]
Víctor Miguel Luna Santos [email protected]
Alfredo Nieto Nieto [email protected]
Instituto Tecnológico Superior de Ciudad Hidalgo
Ponencia oral - Ingeniería accesibilidad y movilidad
Introducción
Según datos del INEGI en 2014 el 7 % de la población en México, representaba a personas con
algún tipo discapacidad, de las cuales 44.18 % sufrían una discapacidad motriz, se estima que
esta cifra ha ido incrementando en el transcurso de estos últimos 5 años. Según testimonios de la
mayoría de las personas que usan silla de ruedas hoy en día, sufren de molestias debido a la falta
de ergonomía en el diseño de sus sillas.
Objetivos
General:
Aplicar principios ergonómicos al diseño de una silla de ruedas.
Específicos:
Determinar las necesidades de las personas con discapacidad motriz durante el uso de silla de
ruedas.
Analizar los modelos de sillas de ruedas.
Elaborar un prototipo funcional para su experimentación.
Método
De acuerdo con la metodología aplicada a proyectos se ha optado por lo siguiente:
Definir y analizar el problema.
Recopilación y análisis de los datos.
Diseño y simulación en software.
Análisis de materiales y tecnologías más económicos.
Experimentación y verificación del nuevo diseño ergonómico.
Resultados
103
Los resultados que se tienen hasta el momento son favorables de modo que se ha desarrollado un
primer modelo de propuesta mediante el uso de software (SolidWorks). El siguiente paso que se
tiene es la elaboración de un prototipo a escala elaborado mediante la impresión 3D.
Conclusiones
Se ha llegado a la conclusión de que un diseño ergonómico permite una mayor comodidad para el
usuario y estabilidad durante su uso diario, además permitiendo una mejor movilidad para el
mismo.
Palabras clave
Discapacidad motriz, diseño industrial, diseño libre, ergonomía aplicada y diseño mecánico.
Introducción
Ante la inminente cantidad de personas con discapacidad motriz México ocupa el 12vo lugar
según la OCDE. Debido a estos datos se estima que estos números incrementaran en los
próximos años.
Resulta de especial interés conocer cuáles son las necesidades primordiales de las personas con
este problema, así como las principales molestias al usar las sillas de ruedas, y a partir de ahí
elaborar un diseño el cual nos permita cubrir tantas necesidades como sea posible y mejorar la
calidad de vida de dichas personas.
La presente investigación surge debido a la necesidad de analizar los principales problemas a los
que se enfrentan todos los días las personas con discapacidad motriz en todo el país, con el
propósito de aplicar ingeniería para llevar a cabo un diseño de silla de ruedas lo más ergonómico
posible.
Como parte primordial para la elaboración de esta investigación contamos con datos oficiales del
INEGI acerca de las personas con discapacidad motriz:
En 2010 el 7 % de la población en México, representaba a personas con algún tipo discapacidad,
de las cuales 44.18 % sufrían una discapacidad motriz, se estima que esta cifra ha ido
incrementando en el transcurso de estos últimos 5 años. (INEGI, 2010)
Estos datos nos muestran que se trata de un problema grave, que está afectando a la mayoría de
familias en el país. Debido a esto es que se debe hacer algo por ayudar a las personas a tener una
mejor calidad de vida.
104
Gráfica 1. Incremento de población cada 5 años (INEGI)
Debemos entender que mientras más aumente la población en el país, de igual manera el número
de personas con discapacidad motriz aumentará.
Como se puede observar en la gráfica 1 el aumento de población es significativo en intervalos de
5 años, además datos del INEGI arrojan que la población en México tiene una tasa de incremento
media anual del 1.4%. Debemos entender que mientras más aumente la población en el país, de
igual manera el número de personas con discapacidad motriz aumentara.
Es una realidad que las personas con discapacidad motriz van a padecer más que el resto de la
población, pero el aplicar principios ergonómicos a una silla de ruedas, se logrará crear un diseño
que cuente con características apropiadas para las personas que requieran hacer uso de esta
herramienta sin tener molestias excesivas que provoquen aún más malestares, tanto físicos como
psicológicos.
Desarrollo
Basándonos en los rangos de dimensión para las sillas de ruedas básicas para adultos de los
principales fabricantes de EE. UU. En la figura 1 se expresan las dimensiones de este tipo de
105
sillas. No obstante, es necesario tener en cuenta otras consideraciones como lo son el tipo de
material, el peso, el uso a la que será sometida, los arreglos en los asientos, entre otras.
Al dimensionar correctamente la extensión, holgura y demás parámetros es preciso englobar el
conjunto individuo-silla de ruedas, planteamiento que exige conocimientos acerca de las
peculiaridades de esta última, algunas de las cuales, básicas y útiles (Zelnik, 1996 ).
Figura 1. Rangos de dimensiones para las sillas de ruedas básicas para adultos de las principales
fábricas de los EE.
UU. a) Altura total: 36- 37 "; b) profundidad del asiento: 16-17”; c) soporte de los reposapiés
(rango de ajuste): 16
½ - 22 "; d) altura del reposabrazos desde el riel (rango de ajuste): 5-12; e) altura del asiento
desde el piso: 19 ½ - 20 ½”; f) ancho del asiento y respaldo: 14 - 22 "; g) Altura del respaldo del
riel del asiento: esencialmente según sea necesario.
Para crear un diseño ergonómico de una silla de ruedas, se requiere conocer las características
básicas y sus dimensiones correspondientes. Principalmente en zonas donde el paciente está en
contacto directo tales como:
El asiento.
Respaldo.
Reposabrazos.
106
Anchura y profundidad del asiento.
Comercialmente existen modelos con medidas tales como anchos que van de 10-22 pulgadas, en
incrementos de 2 pulgadas. Están disponibles sillas de 24 pulgadas, pero tienen la desventaja de
no ser plegables. Es importante que el paciente este en un asiento equilibrado con respecto a la
achura, para mantener su comodidad y estabilidad.
Un asiento muy estrecho puede ocasionar incomodidad con la posibilidad de aumentar el
desarrollo de ulceras debido al incremento de la presión, sin contar que puede cuásar dificultad el
ingreso a la silla. Un asiento demasiado ancho puede ocasionarle escoliosis al usuario debido a
que tendrá demasiada libertad en su espalda, además del aumento de presión en los glúteos por
una postura de lado.
Con respecto a la profundidad, un asiento poco profundo puede generar aumento de presión sobre
los tejidos blandos debido al poco contacto con el mismo, teniendo en cuenta que el reposapiés
no está en condición de mantener adecuadamente equilibrados los pies y las piernas, pudiendo
causar un desequilibrio, mientras que un asiento demasiado profundo puede restringir una buena
circulación en las piernas y llevar al paciente a deslizarse hacia delante y estirar las piernas.
Debido a estos defectos y medidas las cuales tomamos en consideración al momento de elaborar
un diseño con ayuda de software (SolidWorks), corrigiendo lo más posible estas desventajas de
dichas medidas.
Tipo de asiento
Comúnmente los asientos son fabricados de materiales flexibles tales como hamacas o eslingas y
asientos solidos que pueden ser removibles.
Los usos diferentes de sillas y asientos, y las dimensiones individuales requieren de diseños
específicos, no obstante, hay determinadas líneas generales que pueden ayudar a elegir diseños
convenientes al trabajo a realizar (Cosar, s.f.).
Es importante tomar estas consideraciones sobre los asientos para el diseño de las llamadas sillas
plegables. Para aquellos pacientes que tienen falta sensibilidad en glúteos y piernas es
conveniente adaptar asientos sólidos, cojines o inserciones específicas.
107
Tabla 1. Medidas de sillas estándares para personas de diferentes edades (expresadas en
pulgadas).
Altura desde el suelo Anchura Profundidad Descripción
191⁄2 10 8 Preescolar
191⁄2 12 10-11⁄ Niño o niña, alto
161⁄2 12 10-11⁄ Infantil baja
21 14⁄-14⁄ 11⁄ Niño en desarrollo
171⁄2-201⁄2 14-16 11-13 Joven en desarrollo
181⁄2 161 14 Adulto junior o
delgado
191⁄2 16⁄-16⁄ 16-17 Adulto estrecho
191⁄2-201⁄2 182 16 Adulto
17 Adulto alto
191⁄2-201⁄2 20-22 16 Adulto ancho
Respaldo
Basándonos en respaldo de la silla básica el cual está hecho de un material flexible estirado entre
los dos marcos laterales que se fijan con respecto al asiento. Normalmente la altura del respaldo
con respecto al asiento varia de 16 –16 ½ pulgadas.
Contando con los datos anteriores, el respaldo debe ser suficientemente alto para no impedir el
movimiento, pero no tan pequeño, para que la pueda sostenerse sobre el respaldo y evitar
molestias.
Para pacientes que tienen que ingresar a la silla mediante la parte trasera, es importante que los
respaldos cuenten con una fácil apertura (cierres de presión o cremalleras). En los respaldos
también podemos encontrar inserciones solidas o cojines para soportar el área lumbar. Existen
casos en que los pacientes necesitan una inclinación del respaldo debido a su discapacidad motriz
o por el hecho que algunos necesitan respiradores, para esto los fabricantes han desarrollado
modelos que pueden inclinarse 30 grados con respecto a la vertical e incluso 90 grados con
108
respecto a la vertical para aquellos pacientes que lo necesiten. Una característica importante sobre
la inclinación total es que puede transferirse a la persona de la silla a una cama o viceversa.
Reposabrazos
Un factor primordial en la prescripción de las sillas de ruedas es la transferencia desde y hacia la
silla de ruedas, primordialmente cuando la persona no puede mantenerse parada por mucho
tiempo. Debido a esto, muchos pacientes requieren que las sillas cuenten con brazos que puedan
extraerse con facilidad. Las sillas más ligeras presentan la desventaja de tener brazos fijos o el no
contar con ellos, esto afectaría a la persona ya que le generara molestias durante el uso.
Los brazos de la silla no solo brindan apoyo para los brazos del paciente en posición de reposo,
sino que también brindan apoyo lateral y un punto de reacción para las manos cuando el paciente
sensible eleva su cuerpo a intervalos regulares para evitar la restricción de la circulación y, por lo
tanto, las úlceras por presión. (A. Bennett Wilson, 1986)
Sin embargo, los brazos removibles y fijos están disponibles en modelos completos y de
escritorio. Ambos modelos cuentan con una altura ajustable, siendo la altura sobre el asiento de
una silla básica para adultos de 9 pulgadas generalmente algunos mayores o inferiores, variando
en intervalos de 1 pulgada.
El modelo de escritorio es aquel en el que los brazos están recortados para permitir al paciente
acercarse a lugares como mesas y escritorios. Mientras que los brazos completos son diseñados
para usuarios con factores físicos como la obesidad o lordosis, de la misma forma son utilizados
para que puedan levantarse con menos dificultad de la silla. Los reposabrazos se encuentran
acolchonados y tapizados en la mayoría de los casos, encontrando características personalizadas
en modelos más caros.
En la figura 2 se muestran distintos tipos de sillas que existen, nuestro proyecto se enfocará en
solo sillas de ruedas básicas, diseñadas para personas con discapacidad motriz.
109
Figura 2. Vista lateral del esquema que muestra las diferencias entre: a) silla básica; b) silla
amputada; c) silla de tracción; d) silla de interior.
Para el estudio de la problemática con las sillas de ruedas, llevamos a cabo la realización de una
encuesta a 10 personas con discapacidad motriz en nuestro campo de estudio. Para ello
elaboramos una serie de preguntas con las cuales pretendemos recabar información necesaria
para la elaboración de nuestro diseño.
Encuesta
¿Cuál es la principal molestia al usar su silla?
Dolor b) Sudoración c) incomodidad
110
¿Qué parte de su silla resulta más incómoda?
Reposabrazos b) Asiento c) Respaldo d) Todas las anteriores ¿Por qué?
_________________________________
¿cree que la silla es adecuada a su tamaño?
SI b) NO
¿La silla se adapta a sus necesidades?
SI b) NO
La primera pregunta que realizamos fue: ¿Cuál es la principal molestia al usar su silla?
Esta es una pregunta que la mayoría de las personas nos hacemos cuando vemos a alguien usando
una silla de ruedas. Los resultados que obtuvimos fueron los siguientes:
Gráfica 2. Principal molestia al usar una silla de ruedas.
Como podemos observar en la gráfica 2 existe mayor molestia por incomodidad.
Otra pregunta importante ¿Qué parte de la silla resulta más incómoda? En esta pregunta nos
basamos principalmente en algunas partes las cuales están en contacto directo con el usuario,
tales como reposabrazos, asiento y respaldo.
Los resultados los mostramos en la siguiente gráfica:
3
2
5
Principal molestia al usar la silla de ruedas
Dolor Sudoración Incomodidad
111
Gráfica 3. Partes de la silla que se consideran más incomodas.
Los resultados en la gráfica 3 nos muestran que las tres partes primordiales de la silla de ruedas
tienen problemas de ergonomía. Lo cual nos sirve para la elaboración del diseño.
Incluso si ambos problemas anteriores no se presentaran, existe otro problema el cual implica el
tamaño de la silla. Les hicimos la pregunta acerca de si el tamaño de la silla era el adecuado.
Obteniendo los siguientes resultados:
Gráfica 4. Número de personas conformes con el tamaño de la silla de ruedas.
2
1
1
6
¿Que parte de la silla consideran mas incomoda?
reposabrazos asiento respaldo todas
2
8
Personas conformes con el tamaño de la silla de ruedas
si no
112
Es preocupante el número de personas que no están conformes con el tamaño de su silla de
ruedas (gráfica 4).
Por ultimo realizamos una pregunta más general, ¿La silla de ruedas se adapta a sus necesidades?
De esta manera nos damos cuenta si realmente la silla es funcional no solo como medio de
transporte, sino también saber si permite al usuario realizar necesidades básicas, tal como pasar
de la silla a la cama sin que la propia silla signifique un obstáculo.
Gráfica 5. Número de personas que opinan que la silla de ruedas se adapta a sus necesidades.
Como se observa en la gráfica 5, Nos podemos dar cuenta que la mayoría de las personas
encuestadas, tiene una dificultad al momento de hacer sus necesidades básicas. Esto significa que
en el transcurso del día tengan como obstáculo la silla de ruedas.
Aplicando ergonomía al diseño del asiento, respaldo y reposabrazos
Tomando en cuenta los resultados de la encuesta, procedimos a realizar un primer diseño
mediante la utilización del software (SolidWorks) tratando de corregir las incomodidades que
presentan los pacientes.
Para lo que es el respaldo hemos desarrollado un diseño a partir de la estructura ósea de la
columna vertebral de tal manera que el respaldo se adapte a la espalda de la persona y no de
forma contraria.
Su estructura cuenta con las siguientes características:
Cuenta con una curvatura que está en contacto con la espalda baja.
3
7
¿La silla se adapta a sus necesidades?
Si No
113
Se modificó la altura del respaldo, con el propósito de brindar soporte a la espalda alta
Tiene un ajuste angular de 8 grados con respecto a la vertical, inclinado hacia la parte posterior
Con respecto al asiento realizamos un cambio en la parte frontal, el cual consta de un redondeo
que mejora la distribución de presión en las zonas blandas, así como, una modificación para
adaptarse a la forma de los glúteos. En la siguiente figura 3, se pueden observar los cambios
mencionados anteriormente.
Figura 3. Diseño de asiento y respaldo.
Se rediseño el modelo de reposabrazos con el fin de mejorar la comodidad del usuario mediante
la una modificación de curvatura que permite colocar los brazos en una posición de descanso,
como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Diseño de reposabrazos.
114
Discusión y conclusiones
Hasta el momento se cuenta con un primer modelo con ayuda del software de diseño
(SolidWorks) mediante el uso de las medidas estándar para corregir algunas incomodidades que
tenían y tratando siempre de realizar un diseño ergonómico.
Ventajas
Se ha obtenido un modelo más cómodo
Mejor distribución del peso del usuario
Menor tiempo de adaptación (personas que utilizan por primera vez la silla de ruedas)
Desventajas
Poco compacto
Aumento de peso de la silla
No se cuenta con modelo físico
En la figura 5, se muestra el diseño que se prende tener en el diseño en 3D.
Figura 5. Diseño completo haciendo énfasis en donde se manifiestan más problemas.
Conclusión
Dentro del análisis expuesto, podemos decir que es difícil contar con un diseño universal, debido
al peso, estatura y diferente clase social de cada persona, sin embargo, se pretende continuar con
este proyecto para mejorar todos los aspectos posibles.
Nuestro principal objetivo a futuro es construir un modelo en físico a escala a través de la
impresión 3D, para revisar el funcionamiento y poder observar los detalles e imperfecciones que
se presenten para posteriormente realizar correcciones en caso de ser necesario.
Procedentemente hacer un modelo a escala real y determinar su viabilidad, ya que lo presentado
es puramente “teórico”.
115
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116
DISEÑO DE SENSORES CON APLICACIÓN EN DOMÓTICA
Daniela Sandoval Garfias [email protected]
Isaac Alejandro Ambrosio Flores [email protected]
Juan de Dios Blancas López [email protected]
Alan Gerardo Blancas Contreras [email protected]
INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE CIUDAD HIDALGO.
Resumen.
Este extenso redacta el desarrollo de un proyecto de diseño de sensor para aplicación domótica,
que, gracias a la comunicación de movimiento y red eléctrica, brindaran a adultos mayores una
mejor calidad de vida; brindando tranquilidad, independencia y así mismo brindara tranquilidad a
los familiares.
El proyecto inicializo en el Instituto Tecnológico Superior de Ciudad Hidalgo y se seguirá
llevando hasta lograr su finalización y cumplir los objetivos propuestos.
Dentro de los objetos que se han diseñado se encuentran detectores de movimiento, algunos
sensores de voz, comando de voz etc. Así dentro del área de sensores, podemos ver sensores
piezoeléctricos, eléctricos y controladores.
El principal objetivo del equipo es poder generar una propuesta aceptable para el diseño de sensor
con aplicación domótica, la cual pueda brindar a los usuarios una referencia visual y teórica. Se
busca diseñar para usuarios y escenarios específicos. Con ello es que se llegó a la propuesta de
“Diseño de sensores con aplicación domótica”.
Palabras clave
Discapacidad.
Diseño mecatrónico.
Sensor.
Domótica.
Ergonómico.
117
Introducción.
“El crecimiento es algo progresivo e invisible, pero también lo es el hábito de ser corriente y
mediocre, (…). De manera que dedícate en cuerpo y alma a reinventar las cosas y mejorarlas
constantemente. Sin innovación, la vida es muerte”.
-ROBIN SHARMA
En la actualidad la mayoría de los pobladores están en un rango de 65 años o más, para este tipo
de personas se esta trabajando en el proyecto. Para poder brindar a estos usuarios una mejor
calidad de vida se llevó a cabo un estudio el cual no ayudará a obtener un diseño sistemático de
un sensor domótico, es decir introducir tecnología de vanguardia a los lugares donde nuestra
gente mayor o con discapacidad se desarrolle cada día.
Este tipo de estudios conlleva no solo a buscar bases teóricas, si no a indagar en proyectos
realizados casas domóticas e investigaciones frecuentes. Cada uno de estos se verá reflejado en
las páginas siguientes.
Objetivo General:
- Diseñar circuitos de detección de movimiento y control de luminosidad para personas que
presenten problemas para desempeñarse en su entorno.
Específicos:
- Determinar las necesidades de las personas que presenten algún problema que limite sus
capacidades para controlar la luz en casa.
- Definir características del prototipo.
- Realizar y aplicar el prototipo a escala.
Las personas que padecen algún tipo de enfermedad en México, relacionada a la incapacidad de
desempeñar algún tipo de acción en concreto representan un 5.1% de la población según cifras
estimadas en el “Diagnóstico sobre la situación de las personas con discapacidad en México” y en
gran parte son adultos mayores y niños.
118
La importancia que tiene el desarrollar diseños en el área de la domótica para personas que
presentan esta situación, servirá para brindar una mejor calidad de vida, para que sientan una
inclusión con su entorno.
La problemática a resolver se basó en una investigación experimental en casas de familiares de
alguno de los autores del proyecto, los futuros usuarios de este proyecto contaban con una
deficiencia en particular, la falta de organización para el encendido y apagado de la energía
dentro de sus hogares, lo cual nos llevó a una investigación más a fondo de la problemática y de
algunas soluciones presentadas por empresas o autores para este tipo de deficiencias.
En esta investigación son muchos los factores que se verán intervenidos durante el proceso;
factores que se tienen que tomar en cuenta en cualquier momento mientras se pretenda hacer algo
diferente o novedoso dentro de “Diseño De Sensores Con Aplicación Domótica”, ya que de ser
ignorados pueden llevar a el fracaso de lo propuesto. Esto necesita de la investigación, pero desde
la práctica, en los hogares, comunidad y en forma más general desde la realidad social en la cual
los usuarios se encuentran inmersos, solo así se podría llegar a la finalidad propuesta.
El diseño propuesto debe basarse con la realidad social, con el contexto dentro de los hogares, la
individualidad de las personas mayores, el tiempo que se dispone para llevarlas a cabo, de lo
contrario no se obtendrá el resultado esperado.
¿Quiénes son los principales usuarios del proyecto? ¿La problemática es relevante? ¿Cuáles con
los materiales adecuado para la realización? ¿El proyecto es bueno? ¿Qué es la mejora de calidad
de vida? ¿Qué tipo de sensores se han desarrollado?
Desarrollo.
Basando la metodología a seguir en la propuesta por la parte teórica del diseño, se establecido lo
siguiente:
6. Definir y analizar el problema.
7. Propuesta de materiales.
119
8. Recopilación y análisis de los datos.
9. Creatividad.
10. Experimentación y verificación del prototipo.
Problemática: Se basa en el exceso de iluminación dentro de los hogares por falta de control en
las redes eléctricas. Al ser analizada la problemática obtuvimos dos principales puntos para partir
con la investigación y el desarrollo del proyecto, el primero es el apagado de luces debido a la
falta de movilidad o de memoria, el otro es el encendido de las mismas, muchas de las personas
mayores cuentan con estos problemas, ya que muchos de ellos tienen poca movilidad o
simplemente la edad no les deja recordar las acciones que deben de seguir para poder controlar la
luz eléctrica dentro de los hogares. Actualmente la tecnología no cuenta con un gran avance con
respecto a asistencia domótica, teniendo en cuenta que la gran mayoría de las personas no son
susceptibles a los cambios que se van presentando actualmente tecnológicamente hablando.
Con la finalidad de hacer continuidad a la tecnología y sus aplicaciones en domótica dentro de los
hogares, específicamente en la contribución del ahorro energético, se es necesario el desarrollo de
un sensor domótico innovador el cual tenga una implementación de lo viejo con la parte actual,
para con ello lograr tener un mejor control de la luminaria tradicional en casas, adaptando el
sensor a las nuevas tendencias de domótica.
Dentro del Instituto Tecnológico Superior De Ciudad Hidalgo se empezó el desarrollo del
proyecto “Diseño De Sensores Con Aplicación Domótica” en la materia de Taller de
Investigación II, llevándose a cabo por los estudiantes, Isaac Alejandro Ambrosio Flores, Alan
Gerardo Blancas López, Daniela Sandoval Garfias y Juan de Dios Blancas López. Teniendo
como asesor del mismo al MDI. Juan Javier Guillén Arroyo.
Las técnicas utilizadas dentro del proyecto son: investigación de campo, encuestas, investigación
teórica, e investigación cualitativa.
Dentro de la investigación de campo, se encontraron las diferentes dificultades que presenta una
persona mayor para tener movilidad dentro de su casa, y a su vez, poder tener un buen desarrollo
con su entorno. Basándonos en la información obtenida se encontró que las dificultades
presentadas fueron las siguientes:
120
1.- El control sobre el sistema de luminosidad.
2.- Accesibilidad del dispositivo del control de luminosidad dependiendo del espacio en el que se
encuentre.
3.- Alcance de los dispositivos controladores de la luminosidad.
Sabemos que hay otros tipos de dificultades que presentan las personas mayores, pero nos
concentraremos inicialmente a estos 3 puntos.
En las encuestas hechas se realizaron las siguientes preguntas:
1.- ¿Conoce el termino domótica?
2.- ¿Conoce las limitaciones de una persona mayor?
3.- Si tuviera la oportunidad de ayudarlo ¿lo haría?
4.- ¿Tiene algún familiar que se encuentre en la necesidad de ayuda de algún tipo de limitante?
5.- ¿Está de acuerdo en el uso de la tecnología para solucionar esta limitante?
121
Gráfica 1.
Gráfica 2.
64%
36%
¿CONOCE EL TÉRMINO DOMÓTICA?
si no
82%
18%
¿CONOCE LAS LIMITACIONES DE UNA PERSONA MAYOR?
si no
122
Gráfica 3.
Gráfica 4.
54%
46%
¿LO AYUDARÍA?
si no
68%
32%
¿TIENE ALGÚN FAMILIAR QUE NECESITE AYUDA POR
ALGUNA SITUACION QUE LO INCAPACITE?
si no
123
Gráfica 5.
Componentes para el diseño del sensor.
En el sistema se utilizaron diferentes elementos, cada elemento o debe tener adaptación para dar
solución para dar solución a los diferentes problemas a los que se enfrenta nuestro sistema y a la
aplicación para la cual están destinados.
Si bien los componentes de un sistema domótico pueden variar en cada caso, diferenciar algunos
generales usados con más frecuencia.
Figura 1 Componentes del sistema domótico.
86%
14%
¿ESTA DE ACUERDO CON EL USO DE LA TECNOLOGIA PARA
RESOLVER ESTA LIMITANTE?
Si No 3er trim.
124
Central de gestión o controlador: Gestiona la información que reciben por parte de los sensores
y70 del usuario y “deciden” que hacer según su programación. Puede haber uno o más
controladores en el sistema según el tipo de arquitectura del sistema.
Actuadores: Ejecuta una orden que recibe desde el sistema de control para realizar una acción
sobre un sistema o aparatos terminales a controlar cambiando las características del entorno
(encendido/ apagado/ apertura/ cierre, subida/ bajada, etc.).
Soportes de comunicador: Es la estructura de comunicación que se usa el sistema para
comunicarse (Bus de comunicación) entre los distintos dispositivos, ya sea por una red propia, o
por redes de otros sistemas (red eléctrica, telefónica o de datos), también puede comunicación
inalámbrica Sensor de luminosidad: Este tipo de sensor permite un control total automático de los
circuitos de iluminación en función de la luz natural de la estancia.
El equipo dispone de un sensor de presencia para adaptar el nivel de iluminación en función de la
ocupación de la zona a controlar. (Valdez, 2015)
Sensores: Monitoriza el entorno recolectado información que transmite hacia al sistema de
control8 sensor de agua, gas, humo, temperatura, presencia, lluvia, iluminación, humedad, etc.).
Interfaz: la interfaz son los dispositivos (pantallas, móvil, internet, interruptores) en que se
muestra la información del sistema para los usuarios y donde ellos mismos pueden interactuar
con el sistema. (Areny, 1989).
125
Procedimiento.
Para la recolección de información se realizo un estudio de campo para tener una visión más
amplia de la problemática presentada con anterioridad de la cual se tomaron datos y se analizaron
las redes eléctricas y la forma de poder proporcionar al usuario una mejora dentro de su entorno.
Este estudio arrojo datos que se usaron y a continuación se presentara los lugares donde el
proyecto pretende establecerse.
Figura 2. Primer entorno a analizar.
Figura 3. Segundo entorno a analizar.
126
Los entornos arrojaron datos que nos ayudaron a ver la importancia del desarrollo de este tipo de
investigaciones y proyectos para poder brindar a las personas de tercera edad a poder ser mas
independientes, muchos de los entornos no se adaptan a las necesidades que los usuarios tienen ,
la capacidad que tendrá el diseñar el sensor, brindara a los entornos antes mostrados un mejor
control para la iluminación, también ayudara a el usuario a poder tener movilidad sin tener que
preocuparse por olvidar prender o apagar la iluminación, dentro de los diferentes entornos dentro
de un hogar.
Desarrollo del diseño: para el desarrollo del diseño se usaran sensores de movimiento, los cuales
nos ayudaran a cuando la persona se encuentra en movimiento las luces se enciendan y cuando la
persona se encuentre inmóvil las luces se mantengan a pagadas, a este tipo de sensores también se
le adaptara un sensor de luz, el cual proporcionara que durante el día las luces se mantengan
apagadas y no genere un gasto excesivo, sin embargo su sensibilidad debe estar en bajo debido a
que si dentro de algunos de los entornos la luz es baja necesitara que estén las luces encendidas.
Estos sensores tendrán una interfaz con un dispositivo que tenga una relación con la conexión de
luminaria para que con esto se tenga un buen control sobre la misma.
Teniendo en cuenta todo lo anterior mencionado se ha desarrollado una amplia investigación para
que este tipo de diseño no se contraponga a la vida cotidiana del usuario. Si que ayudaran a la
mejora.
En este proyecto se optó por hacer uso de la tecnología de microcontroladores como cerebro o
parte de control del proceso ya que este nos permite controlar de una forma más sencilla y
practica las variables dele entorno, así como también nos facilita el agregar más componentes en
un futuro para ir mejorando cada vez más nuestro prototipo.
Primeramente analizamos las variables de nuestro entorno y concluimos que sería óptimo
implementar sensores tanto infrarrojo como detectores de luz para detectar cuando una persona
entrara a determinada habitación así como cuando saliera de la misma y posteriormente comparar
esta acción con la cantidad de luz que ya hay en la habitación y valorar para así hacer uso de la
lógica de programación y ya sea encender o desactivar una bombilla eléctrica , para lo cual
127
llegamos a dos circuitos equivalentes para generar señales a partir de cada una de las condiciones
mencionadas:
Figura 4. Sensores de luminosidad y presencia.
Acto seguido nos dimos a la tarea de buscar formas para controlar dichas señales con lo que nos
encontramos con los microcontroladores, un dispositivo que recibe varios datos de entrada y en
base a las necesidades que tengamos podremos darle las instrucciones para efectuar un control
sobre las variables de entrada y decidir sobre las posibles acciones a tomar.
Estos dispositivos trabajan con señales no mayores a 5-7v por lo que necesitamos una fuente de
alimentación para el mismo, dando solución a esta problemática usaremos un simple cargador de
celular con tierra conmutada para energizar tanto nuestros circuitos como la parte de control.
Como anteriormente se mencionó, las bombillas eléctricas domésticas trabajan con corriente
alterna (127-220v CA) por lo cual recurrimos a un relé, componente que nos permite controlar las
elevadas tensiones de la red con voltajes mucho más pequeños (5-12v en este caso), con lo cual
llegamos al siguiente circuito que combina las partes de control y salida de la señal. (Rashiid).
128
Figura 5. Microcontrolador e interfaz con corriente alterna.
Discusión y conclusiones.
Se desarrollo teóricamente y digital un sistema, que tiene la capacidad de tener un control sobre
el sistema de luminosidad en cierto entorno del hogar para poder llegar al objetivo de poder
facilitar la vida diaria de una persona que ya no tiene esa facilidad de poder controlar en su
totalidad su entorno, para ello se implementara el circuito, la comunicación entre el sensor y el
controlador deberá ser lo más fiable posible, es decir, la exactitud de la fase del emisor tendrá que
ser confiable para que todo el sistema sea controlado de la manera adecuada dando como
resultado, que el objetivo cumpla con su función, las variables a considerar para seguir
ramificando sobre el tema dependen de que tan lejos se quiera llegar sobre este, las posibilidades
podrían no ser infinitas, pero la variedad es increíble.
Después de realizar las preguntas, nos percatamos que las personas no están en contra (en la
mayoría de ellos) a los cambios tecnológicos en un hogar, quieren que la vida de sus familiares y
conocidos sea más cómoda, siempre y cuando, se mantenga la esencia a casa que ellos ya tienen
en ese lugar tan preciado para ellos, por lo tanto se puede llegar a una conclusión satisfactoria que
lo que queremos hacer no perjudica a la vida diaria de la persona, no es cambiar su entorno sino
tener la finalidad de que sus vidas puedan ser más placentero, y ese es el objetivo en este
proyecto, darle agilidad y seguridad a la vida de esas personas mayores que queremos tanto y
129
como se observó, la mayoría quiere ver a sus familiares en un ambiente pacífico en el cual se
pueda relajar sin llegar a preocuparlos por trabajos ordinarias.
Referencias.
Bibliografía
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Barcelona LED. (25 de enero de 2017). barcelona led. Obtenido de barcelona led:
https://www.barcelonaled.com/blog/informacion-led/iluminacion-con-sensores-seguridad-
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Barcelona LED. (25 de enero de 2017). iluminacion con sensores.seguridad y comodidad.
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interruptor normal conectados simultáneamente?:
https://www.todoexpertos.com/categorias/casa-y-jardin/electricidad-del-
hogar/respuestas/jjw9xd85axt4r/detector-de-movimiento-e-interruptor-normal-conectados-
simultaneamente.
Rashiid, M. H. (s.f.). ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Pearson Educación.
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por un detector de presencia: https://bricoladores.simonelectric.com/como-cambiar-un-
interruptor-de-luz-por-un-detector-de-presencia.
Tecbolivia.com. (10 de Marzo de 2019). Tecnologia en bolivia. Obtenido de Luz Automática con
Sensor de Movimiento: tecbolivia.com/index.php/articulos-y-tutoriales-
microcontoladores/8-luz-automatica-con-sensor-de-movimiento.
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Codigo Abierto. Nezahualcoyotl, Estado de Mexico.
130
SMARTCHAIR PCI SILLA DE RUEDAS AUTOMATIZADA PARA
PARÁLISIS CEREBRAL INFANTIL
DR. Felipe Rodríguez Ramírez ([email protected]),
DRA. Irene García Ortega ([email protected]),
M.E. Saira Antonieta Vásquez Gamboa ([email protected]),
M.T.I. Eduardo Vásquez Zayas ([email protected]),
M.C. Liliana Elena Olguín Gil (lolguing@ ittehuacan.edu.mx),
Eduardo Santos Díaz ([email protected])
Tecnológico Nacional de México-Instituto Tecnológico de Tehuacán
Resumen
La parálisis cerebral es un grupo de alteraciones que se presenta a nivel mundial. En
México hay alrededor de 500 mil personas con parálisis cerebral y cada año se reportan
cerca de 12 mil casos nuevos (Debayle, 2017). Es importante el atender a estos grupos de
personas y apoyar con estrategias que les permitan favorecer su calidad de vida y si es
posible su inclusión en la sociedad y en las instituciones educativas.
Una manera de dar atención a niños con parálisis cerebral infantil moderada y favorecer su
independencia e inclusión en la sociedad, es el desarrollo del prototipo “SMART CHAIR
PCI silla de ruedas automatizada para parálisis cerebral infantil”, el cual incorpora el
control de movimiento de manera automatizada a una silla de ruedas convencional,
para ayudarle al niño a trasladarse en un espacio adecuado sin depender de manera
directa de la asistencia de otra persona, además el sistema desarrollado le permite
realizar movimientos constantes con la extremidad superior derecha, con la finalidad
de apoyarle en su proceso de rehabilitación y en consecuencia mejorar su calidad de
vida. Este proyecto busca favorecer a los niños con parálisis cerebral leve donde es
posible su escolarización, ya que en su mayoría son personas inteligentes y capaces
de adquirir una cierta autonomía (Ortega & Tapia, 2014).
Palabras clave: parálisis cerebral, inclusión, automatización.
131
Introducción
De acuerdo a una publicación realizada por Debayle (2017) en México hay alrededor de
500 mil personas con parálisis cerebral y cada año se reportan cerca de 12 mil casos
nuevos. Respecto a cómo se define la parálisis cerebral para el especialista Martínez
(2015), explica “ la parálisis cerebral es un trastorno del cerebro que afecta el tono
muscular de una persona y la capacidad para coordinar los movimientos de su cuerpo”.
Para la American Academy for Cerebral Palsy Developmental Medicine (AACPDM) la
parálisis cerebral la describe como “un grupo de alteraciones del movimiento y la postura,
con limitación de la actividad muscular, atribuida a un problema no progresivo ocurrido
durante el desarrollo fetal o en el cerebro infantil” (CCEM, 2017).
Estas alteraciones generan deficiencias fisiológicas en las personas y limitaciones en cuanto
al movimiento que se tiene de manera normal asociada con reflejos involuntarios,
alteraciones del tono como flacidez o en ocasiones rigidez de las extremidades, falta de
coordinación y equilibrio estático y dinámico.
Una de las políticas a nivel nacional ha sido y es hacer un México justo e incluyente y se
han realizado acciones en búsqueda de mejorar la situación de los niños y las niñas y de sus
familias (UNICEF, 2013), sin embargo siguen haciendo frente a obstáculos que les impide
su participación. Muchos niños que presentan parálisis cerebral infantil, necesitan de una
silla de ruedas y de un asistente que los acompañé y los guie todo el tiempo careciendo de
independencia y creando en ellos incomodidad y pérdida de autoestima.
En el Instituto Tecnológico de Tehuacán se realizan esfuerzos por contribuir con proyectos
que favorezcan la inclusión y la equidad educativa. Como parte de estos esfuerzos se
presenta el proyecto: SMART CHAIR PCI silla de ruedas automatizada para parálisis
cerebral infantil, con el objetivo de realizar un prototipo para la automatización de una silla
de ruedas, a través de la implementación de un motor y neumáticos controlado con
Arduino, así como una aplicación móvil que funcione como un apoyo para el monitoreo de
la silla ya que indica la ubicación y el porcentaje de carga de la batería, favoreciendo de
132
esta manera la independencia e inclusión del niño con parálisis cerebral infantil moderada a
su rol social, permitiéndole desplazarse independientemente sin un asistente o acompañante
directo en su casa y en la escuela, a fin de que participen y gocen de los mismos beneficios
sociales de los demás niños y donde sean susceptibles de formarse para contribuir al
desarrollo de su país.
“La Parálisis Cerebral no se pude curar. Pero cuando los niños reciben una atención
adecuada que le ayude a mejorar sus movimientos y que le estimule, podrá alcanzar
mayores logros y destrezas motoras que supondrán una repercusión importante en su
calidad de vida” (ProAlive, 2018).
Existen sillas eléctricas en el mercado que también permiten la movilidad de los niños, pero
el inconveniente es que presentan altos costos, y en general se basan en un control que no le
permite al niño realizar movimientos que le apoyen también en un proceso de
rehabilitación.
Preguntas de investigación
¿Contar con una silla de ruedas automatizada favorece la inclusión de un niño con Parálisis
Cerebral Infantil?
¿Una silla automatizada permite independencia a un niño con Parálisis Cerebral Infantil?
Desarrollo
La investigación se desarrolló utilizando una metodología cualitativa con un estudio de
caso, utilizando las técnicas de la observación y el cuestionario.
Con respecto al estudio de caso se contó con la participación de un niño que presenta
parálisis cerebral infantil (PCI) moderada, es un estudio de caso porque se analizó a este
caso en particular con la intención de conocer si el diseño de una silla automatizada para un
niño con estas características favorece su autonomía y su inclusión en los espacios
educativos.
133
Metodología para el desarrollo del prototipo
La metodología utilizada para el desarrollo del prototipo presenta las fases que se muestran
en la Figura 1.
Para iniciar se seleccionó el caso a estudiar que fue un alumno del Centro de Atención
Múltiple Gabriela Brimmer (CAM) de la ciudad de Tehuacán, Puebla el cual presenta una
parálisis cerebral infantil no severa y se tomaron en consideración las habilidades con las
que cuenta el niño y las observaciones realizadas por el terapeuta.
Se seleccionó la silla de acuerdo a la edad del niño, sus características físicas y las
recomendaciones del terapeuta y el espacio donde va a ser utilizada que es este caso fue su
casa y la escuela.
Para los componentes mecánicos se seleccionó el motor adecuado con respecto al peso del
niño y a las pendientes de las rampas que existen en la institución. Se seleccionaron las
Análisis del caso de estudio
Selección de la silla
Elección de los componentes
mecánicos
Elección de componentes eléctricos y electrónicos
Diseño y ensamblado del
sistema de tracción y de la dirección
Programación del circuito
Programación y diseño de la
aplicación
Figura 1. Metodología para el desarrollo del prototipo (Fuente elaboración propia)
134
ruedas más adecuadas para proporcionar la tracción necesaria en los diferentes tipos de
suelo. Se seleccionó la cadena que dará la tracción entre el motor y el sistema de ruedas y
se seleccionaron los materiales para el cuerpo de la dirección y del sistema de tracción.
Con respecto a los componentes eléctricos y electrónicos se seleccionó la tarjeta para poder
realizar la interfaz del control del motor y para poder registrar el voltaje de la batería, se
seleccionó también el módulo para realizar la comunicación entre la tarjeta y el dispositivo
móvil, se eligieron las fuentes de alimentación (baterías) para el motor y para alimentar al
circuito.
Lista de componentes eléctricos y electrónicos
Arduino UNO para controlar del circuito Figura 2.
Figura 2. Arduino UNO (Fuente: https://cdn-
reichelt.de/bilder/web/xxl_ws/B300/ARDUINO_UNO_A01.p
ng?fbclid=IwAR0SNwRffnZfRLzQd7KeEFV90zIMrqAwnYdZ
Wqj7e3OTGiTt4ueLJO3CxeI)
Módulo bluetooth hc-05 para conexión bluetooth con el dispositivo móvil y la batería
Figura 3.
135
Figura 3. Módulo bluetooh HC-05 (Fuente:
https://naylampmechatronics.com/440-
large_default/modulo-bluetooth-hc05.jpg)
Motor eléctrico de 12V el cual da el movimiento para la silla, controlado con Arduino,
Figura 4.
Figura 4. Motor eléctrico 12v (Fuente: elaboración propia)
Módulo L298N, el cual se utiliza para cambiar la dirección del motor, ver Figura 5.
136
Figura 5. Módulo L298N (Fuente:
https://naylampmechatronics.com/146-
large_default/driver-puente-h-l298n.jpg)
Batería sellada de ácido-plomo 12 volts, 12 Ah. Para energizar el motor y del circuito,
Figura 6.
Figura 6. Batería sellada de ácido-plomo de
12V (Fuente:
https://www.steren.com.mx/media/catalog/prod
uct/cache/e4d64343b1bc593f1c5348fe05efa4a
6/image/16541749f/bateria-sellada-de-acido-
plomo-12-vcc-12-ah.jpg)
Manubrio implementado para el control de la dirección de la silla, el cual controla las
llantas delanteras de la silla de ruedas, Figura 7.
137
Figura 7. Manubrio y sistema de
dirección (Fuente: elaboración
propia)
Mecanismo de tracción de la silla, Figura 8.
Figura 8. Mecanismo de tracción de la silla
(Fuente: elaboración propia)
138
Para el diseño del sistema de tracción se fabricó un soporte que es la base para poder
montar el motor y el sistema de tracción con las ruedas. Para la dirección se diseñó un
manubrio tipo palanca para poder dar dirección a las ruedas delanteras, la cual ayuda al
infante a tener una rehabilitación constante, ya que no se continúa atrofiando su extremidad
superior derecha (mano y brazo) Figura 9).
Figura 9. Extremidad superior derecha
(Fuente:
https://maritzachimborazo.wordpress.com/20
15/02/09/miembros-superiores/
El movimiento de la silla de ruedas está controlado por un motor DC de 12v y consumo
medio de 3Ah, que cuenta con engranes que reducen su velocidad, pero aumentan su torque
que para el desplazamiento de una persona con discapacidad motriz es una mejor opción.
El funcionamiento del motor está controlado por un “shelt L298N”, que es un componente
muy potente y de cómodo acceso, este controlador es especial para el control de motores
DC y paso a paso, cuenta con 2 puentes tipo H y entrada de voltaje de 5v hasta 34v con una
139
salida de hasta 4A, para poder controlar motores con entrada de voltaje entre 12v y 34v se
debe de retirar un jumper que alimenta el microcontrolador y dar una entrada de 5v para dar
energía al controlador. Este controlador puede cambiar su polaridad de salida dependiendo
de las necesidades del programador.
La polaridad del “shelt L298N” está controlada por un potenciómetro de 50KΩ el cual
dependiendo del valor que lea (de 0 a 1023) da una u otra polaridad de salida, o incluso
detiene el motor. Esto se logra marcando unos parámetros que se decidieron durante las
pruebas, con valores de 0 a 450 se considera que está avanzando, con valores de 574 a 1023
se considera que está retrocediendo y con valores de 451 a 573 se está apagado.
Para la interpretación de los valores del potenciómetro se decidió utilizar un Arduino uno
R3, ya que además del control del motor también se usará para más lecturas que le
interesan al encargado de la persona en una silla de ruedas.
Se determina la polaridad de salida del “shelt L298N” mediante las salidas digitales 7 y 8,
además de 9 como PWM del Arduino, para empezar dentro del “setup” ambas salidas se
colocan en “LOW” para indicar que el motor está apagado, mediante condiciones “if”
anidados se entra en los casos antes mencionados.
En el caso de 0 a 450
o Salida 7 en “HIGH”
o Salida 8 en “LOW”
o Salida 9 en map(“valor del potenciómetro”, 450, 0, 60 , 255);
En el caso de 451 a 573
o Se dio un margen del 12% para facilitar el acceso a este estado
o Salidas 7 y 8 en “LOW” para indicar apagado
o Salida 9
En el caso de 574 a 1023
o Salida 7 en “LOW”
o Salida 8 en “HIGH”
140
o Salida 9 en map(“valor del potenciómetro”, 450, 0, 60 , 255);
Los valores de salida por medio del PIN 9 van de 60 a 255 ya que es la salida de potencia
del motor.
RESULTADOS
El diseño del circuito para el control del motor y la comunicación con la aplicación se
muestra en la Figura 10.
Figura 10. Circuito para el control del motor y comunicación con la aplicación (Fuente: elaboración
propia)
La silla SMART CHAIR PCI fue diseñada de acuerdo a las condiciones de vida del niño,
considerando sus habilidades y condiciones médicas, para mejorarlas y facilitar la
realización de actividades cotidianas y su inclusión y participación en ellas.
Las pruebas realizadas mostraron facilidad de su uso y manejo por parte del niño con el
cual se desarrolló el prototipo, además de elevar su motivación al utilizarla de manera
independiente sin que tuvieran que asistirlo para moverse con ella.
141
Otro elemento importante fue el desarrollo de la interfaz de la aplicación del dispositivo
móvil la cual se muestra en la Figura 11. Esta interfaz le permite al asistente o cuidador del
niño poder tener la ubicación de la silla y el estado de la pila.
Figura 11. Interfaz de la aplicación del
dispositivo móvil (Fuente: elaboración
propia)
El botón << MENSAJE >> de la interfaz, sirve para enviar la ubicación y el porcentaje de
la carga de la batería, al cuidador o asistente, esta interfaz se encuentra en el dispositivo de
la silla para que pueda ser utilizado por el niño. En esta interfaz también se muestra un
botón de <<LLAMAR>>, el cual marca el número telefónico del cuidador o asistente para
establecer una comunicación de voz con él.
En la Figura 12, se muestra el mensaje que le llega al asistente o cuidador del niño en la
cual se especifica la ubicación y el porcentaje de la carga de la batería.
Si se presiona el botón <<MENSAJE>>, se envía esta información y de manera automática
se envía cuando la batería se encuentra al 20% de su capacidad.
142
Figura 12. Mensaje recibido
por el cuidador o asistente
(Fuente: elaboración propia)
La incidencia de esta condición de PCI deja a muchas personas afectadas las cuales
requieren de una silla de ruedas que les ayude a realizar algunas de sus actividades ya que
no tienen control de su cuerpo, como las características que ofrece la silla SMART CHAIR
PCI, que también brinda más seguridad para el usuario (Figura13).
Figura 13. Prueba Smart Chair (Fuente: elaboración propia)
143
Según la oficina de Representación para la Promoción e Integración Social para personas
con Discapacidad de la Presidencia de la República, cada año se suman en México 270 mil
personas a las más de 10 millones de personas con alguna discapacidad. Como se ha
mencionado, 12 mil de estos casos son de Parálisis Cerebral Infantil, un dato que
proporciona el Centro de Cirugía Especial de México, IAP, es que el 25% de los niños con
PCI nunca podrá caminar. Dicho padecimiento es el más común a nivel infantil en México.
Es por eso la necesidad de aplicar nuevas tecnologías que puedan ayudar a personas con
Parálisis Cerebral, es ahí donde entra Smart Chair PCI, para resanar este rubro.
La silla de ruedas “SMART CHAIR PCI” está diseñada para la utilización personal de un
usuario con parálisis cerebral infantil que no puede caminar o con movilidad reducida, que
tenga las capacidades cognitivas, físicas y visuales suficientes para controlar el vehículo de
forma segura, tanto por el exterior como por el interior.
El límite de peso máximo (que incluye el peso del usuario más el peso de cualquier otro
accesorio instalado en la silla de ruedas) es de 50 kg como máximo. El número de serie de
la silla de ruedas es como su cédula de identidad, deben de guardarlo muy bien para
asegurarse de tenerlo siempre a mano en caso de necesitar algún repuesto o supervisar el
estado de la silla de ruedas, es el primer dato que se solicita cuando requieren de algún
ajuste.
El producto debe ser utilizado bajo las condiciones especificadas y con los fines indicados;
de lo contrario, no se le dará el uso adecuado. NO se debe utilizar ni instalar en la silla de
ruedas componentes fabricados por terceros a menos que hayan sido aprobados de manera
oficial por un especialista o por algún representante del Fabricante o sus distribuidores
autorizados.
144
Conclusiones
SMART CHAIR PCI, proporciona a niños con PCI una oportunidad de participar de
manera más activa e independiente en actividades y al mismo tiempo una rehabilitación
continúa favoreciendo su inclusión y su calidad de vida.
SMART CHAIR PCI a diferencia de las demás sillas convencionales en el mercado
incorpora el control de movimiento de manera automatizada, ya que este ayuda al niño
discapacitado a trasladarse en un espacio adecuado como la escuela y la casa de una manera
independiente, sin auxiliarse de un asistente personal, además de que el usuario de la silla
ejecuta movimientos constantes con la extremidad superior derecha que le permiten seguir
mejorando su proceso de rehabilitación y su calidad de vida.
El mercado que se busca favorecer es más extenso, ya que se pretende abarcar a clientes
con otros tipos de discapacidad física y no sólo usuarios que tienen parálisis cerebral
infantil. Con este proyecto se piensa en el bienestar del usuario y en sus cuidadores,
agregando una tableta electrónica y una aplicación móvil que le ayuden a conocer el estado
de batería y demás funciones que beneficien al usuario.
Esta silla fue probada por un niño del CAM Gabriela Brimmer de Tehuacán, Puebla, el cual
está diagnosticado con parálisis cerebral infantil, los resultados fueron favorables.
Se concluye que Smart Chair es una silla de ruedas automatizada para personas con
parálisis cerebral infantil con discapacidad motora, que favorece la inclusión de los niños
con PCI de las deficiencias, limitaciones y restricciones sociales, así como también brinda
una mejor calidad de vida para los niños que presenten alguna discapacidad motora.
Este proyecto fue realizado en colaboración del cuerpo académico Desarrollo de Proyectos
de Software (ITTEH-CA-7) y el cuerpo académico Desarrollo de aplicaciones y uso de las
Tecnologías de la Información (ITTEH-CA-9).
145
Con especial agradecimiento a la directora del Centro de Atención Múltiple Gabriela
Brimmer Maestra Arisbet Paola Méndez Sánchez y de la Directora del Instituto
Tecnológico de Tehuacán M.E. Yeyetzin Sandoval González por todo el apoyo
proporcionado en el desarrollo del proyecto.
Se agradece el apoyo y colaboración del alumno de la carrera de Ingeniería electrónica:
José Ángel Lazcano Cortez, y de la carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales los
alumnos: Erick Alberto Hernández Castillo, Héctor Vargas Osorio, Gersón Noé Juárez
López, Oscar Oswaldo Merino Martínez, por sus valiosas aportaciones en el desarrollo del
proyecto, así también el apoyo del Sr. Francisco Javier Díaz Hernández por la donación de
la silla.
Bibliografía
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México IAP: http://www.ccem.org.mx/pci/
Debayle, M. (2017). BBmundo: Ulzibat, una luz para niños con parálisis cerebral.
Obtenido de
http://wradio.com.mx/programa/2017/11/15/martha_debayle/1510778847_737660.h
tml
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paralisis-cerebral-al-ano-20151002-0131.html
Ortega, H. B., Tapia, H. K. (2014). La inclusión educattiva de un niño con parálisis
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Obtenido de
https://www.unicef.org/venezuela/spanish/EMI_2013._Ninos_con_discapacidad._R
esumen.pdf
146
TRADUCTOR DE ABECEDARIO LENGUAJE MEXICANO DE SEÑAS
MC Juan Pablo Guerra Ibarra [email protected]
Lic. Oziel Arellano Arzola [email protected]
MC Ana Celia Segundo Sevilla [email protected]
Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Zamora
Ponencia - Ingeniería
Resumen
En México existen alrededor de 300,000 personas con discapacidad auditiva, una de las grandes
barreras que enfrentan día a día dichas personas es la comunicación. Este es el principal
obstáculo con el cual se encuentran las personas con esta discapacidad en la vida diaria,
imposibilita a comunicarse de manera efectiva con las personas que están en su área de
influencia, ya que la gran parte de la población desconoce el lenguaje sordo-mudo, lo que
imposibilita la interacción eficiente con la sociedad8 7
.
Es por lo antes mencionado que se propone el desarrollo de un traductor, el cual permitirá una
interacción entre personas que domine el Lenguaje mexicano de señas y otras que no lo hagan,
generando un proceso de comunicación entre ellas. El traductor está pensado en establecer una
comunicación dúplex, es decir en ambos sentidos, pero una a la vez.
Durante el desarrollo del prototipo del software se utilizarán temas del lenguaje de señas para el
entendimiento de los ademanes que representan las diferentes letras del abecedario dentro de este
lenguaje. Para el resto del proyecto se emplearán tópicos de las ciencias computacionales que
tiene que ver con la rama de la inteligencia artificial, como la visión por computadora y las redes
neuronales, usadas para la extracción de características y reconocimiento respectivamente.
Palabras claves: Sordo-mudo, Inteligencia artificial, Visión por computadora, redes neuronales,
Abecedario
147
Introducción
Objetivo
Desarrollar un software que permita el reconocimiento de señas del lenguaje sordo-mudo que
representan las letras del abecedario.
Justificación
La comunicación es parte fundamental del buen desarrollo del ser humano, es un hecho el de que
si no podemos acceder a la información que se genera en los diferentes contextos se vuelve una
problemática la vida en comunidad. Entre las diferentes formas de comunicación, la oral es la
más común y acompaña a la persona como herramienta de interacción desde la primera infancia
hasta la tercera edad.
Si la comunicación oral por cualquier motivo se ve impedida, la inserción exitosa de un individuo
en la sociedad disminuye de forma importante. La discapacidad de las personas sordas de
comunicarse disminuye su capacidad de interacción social; en consecuencia, su desarrollo
educativo, profesional y humano quedan restringidos seriamente, lo que limita las oportunidades
de inclusión que todo ser humano merece.
Una alternativa para la interacción en sociedad de las personas con discapacidad auditiva consiste
en el desarrollo de su propio lenguaje, la lengua de señas, esto permite la comunicación con
personas que dominan este lenguaje, por lo general estos actores tienen la misma discapacidad o
son familiares directos de alguien que la posee. Los miembros de la comunidad en su mayoría
oyentes, no dominan este tipo de lengua, una sociedad justa y equitativa brinda a todos los
individuos las mismas posibilidades de acceso a la información y comunicación.
Es en el párrafo anterior donde la Tecnología puede ayudar a tener una sociedad más justa,
mediante el desarrollo de dispositivos, prototipos y software entre otros. Es en este aporte
tecnológico donde este trabajo puede generar condiciones más equitativas, para el desarrollo de
personas con discapacidades auditivas8 7
.
148
Hipótesis.
Haciendo uso de Inteligencia artificial que es una de las ramas de las Ciencias Computacionales,
¿Es posible el desarrollo de un software que permita la decodificación del alfabeto del lenguaje
de señas a texto plano?
Método:
En el desarrollo de este proyecto se esta siguiendo estas etapas:
Búsqueda de software similar.
Contacto con Instituciones especializadas en el Lenguaje de señas.
Preparación del recurso humano que colaboren en el proyecto.
Selección, comprensión y codificación de algoritmos de Inteligencia artificial.
Pruebas.
Desarrollo
Actualmente se realizan esfuerzos para lograr integrar de manera exitosa a las personas con
discapacidades, la discapacidad para comunicarse de las personas sordas con las escuchantes ha
sido abordada desde diferentes perspectivas. Hay aportaciones desde el punto de vista de
dispositivos electrónicos1, existen otras opciones que involucran un dispositivo de body
camption9.
Dentro del universo de aportaciones para lograr la exitosa adaptación de personas hablantes del
lenguaje de señas, este trabajo explora dos áreas de la inteligencia artificial, la visión por
computadora y las redes neuronales. La primera de ellas se utiliza para lograr el procesamiento de
imágenes digitales para lograr extraer información de ellas, la segunda es usada para poder
clasificar la información y determinar de qué elemento se trata.
Lenguaje Mexicano de Señas
La lengua natural de las personas con discapacidad auditiva es la Lengua de Señas, ya que surge
de forma espontánea en la interacción diaria, en respuesta a su circunstancia de vida en relación a
la limitación auditiva, por lo cual sus canales de emisión son corporales, espaciales y los de
recepción, visual3. La Lengua de Señas Mexicana (LSM) es la lengua empleada para la
comunicación de 87 mil a 100 mil señantes (1986 T. C. Smith- Stark).
149
Dentro de la LSM existe una gran diversidad lingüística en nuestro país, esto se debe a distintos
factores: Región geográfica de la zona del país, modalidad histórica y modalidad o variación del
sector social. por lo anterior el desarrollo de tecnología capaz de adaptarse a estos factores
representa un gran reto para la ingeniería aplicada y en particular para las Ciencias
Computacionales, ya que actualmente la gran mayoría posee un dispositivo capaz de ejecutar
software.
La comunidad de Personas con discapacidad auditiva cree que LSM procede de la Lengua de
Señas Francesa, al combinarse con las lenguas de señas pre-existentes a nivel local, esto cuando
las escuelas para dicha población fueron establecidas (1869). Sin embargo, no se duda que la
LSM puede haber sido influida por la Lengua de Signos Española (LSE).
A partir del 2003, la Lengua de Señas Mexicana se declaró oficialmente una “lengua nacional”,
anterior a eso la principal metodología educativa en el país se centró en el oralismo, la cual
basaba su enseñanza en el empleo de la voz y la lectura de labios8 7
.
Quizá una de las formas básicas y útiles de cualquier lenguaje es la de deletrear palabras por
medio del sonido de las diferentes letras, en el LSM no se la diferencia, ya que existen un ademán
para cada letra, en algunos casos acompañado de un movimiento. en la Figura 1 se puede
observar la forma básica de las letras del abecedario8 7
.
Figura 14 Alfabeto del LSM
Inteligencia Artificial
El desarrollo de algoritmos uno de sus objetivos es lograr modelos que puedan resolver
problemas de una complejidad que va creciendo día a día. La Inteligencia artificial busca modelar
150
soluciones biológicas en modelos computacionales, los cuales permitan la resolución de diversas
problemáticas. Los algoritmos inteligentes mostrados en la Tabla 1 entre otros pertenecen al
campo de la inteligencia artificial2.
Algoritmos Inteligentes
1 Redes neuronales artificiales
2 Visión por computadora
3 Computación evolutiva
4 Inteligencia colmena
5 Sistema fuzzy
Tabla 6 Algoritmos inteligentes
El término inteligente trae consigo otros debates, ¿Qué es inteligencia?, ¿Una computadora puede
ser inteligente? En el diccionario se define inteligencia como la habilidad para comprender,
entender e innovar a partir de la experiencia, también se deben de incluir otras habilidades tales
como la creatividad, emociones e intuición. El segundo cuestionamiento no es menos complejo
de definir, Alan Turing en 1950 ya hacia este planteamiento a la comunidad científica. El público
el llamado “The Turing Test”, el cual consiste, en una persona preguntando por medio de
mensajes escritos a otra persona y a una computadora. Si el interrogador no es capaz de distinguir
qué respuestas fueron hechas por la persona y cuales, por la computadora, se puede determinar
como un indicio de que la computadora puede ser inteligente.
Una definición más reciente de inteligencia artificial es dada por la IEEE Neural Networks
Conncil de 1996: Es el estudio de cómo lograr que las computadoras hagan cosas que los
humanos hacemos mejor.
En la literatura existen diferentes definiciones de Inteligencia artificial, en todos ellos el objetivo
es lograr mapear las técnicas naturales que han permitido el desarrollo de la vida por medio de
algoritmos computacionales, los cuales permitirán la resolución de problemáticas de una alta
complejidad.
151
Visión por computadora
La visión artificial por computadora es la capacidad de la máquina para ver el mundo que le
rodea, lo que permite deducir la estructura y las propiedades del mundo tridimensional a partir de
una o más imágenes bidimensionales. Dichas imágenes son vistas por una, dos o más cámaras
para producir imágenes monocromáticas o en color.
Las imágenes adquiridas pueden ser segmentadas para obtener de ellas características que sean de
interés tales como bordes o regiones. De dichas características se obtienen las propiedades
subyacentes mediante el correspondiente proceso de descripción. Tras lo cual se consigue la
estructura de la escena tridimensional requerida por la aplicación de interés. La Figura 2, muestra
el proceso que se lleva a cabo dentro de la visión por computadora4.
Figura 15 Proceso de la Visión por Computadora
Imágenes Digitales
Una imagen se refiere a una función de intensidad bidimensional, que se representa como f(x,y)
donde x e y son coordenadas espaciales y el valor f en cualquier punto (x,y) es proporcional a la
intensidad o nivel de gris en la imagen en ese punto. La figura 3 muestra la convención de ejes
utilizada.
Adquisici Escena
Imagen Segmentac Bordes/Regi
Descripció Aplicacion
152
Figura 16 Representación de imagen digital
El histograma de una imagen es una función discreta que representa el número de píxeles en la
imagen en función de los niveles de intensidad g. La probabilidad P(g) de ocurrencia de un
determinado nivel g se define como:
𝑃(𝑔) =𝑁(𝑔)
𝑀
Ecuación 1 Probabilidad de ocurrencia de un nivel de intensidad
donde M es el número de píxeles en la imagen y N(g) es el número de píxeles en el nivel de
intensidad g6. Como con cualquier distribución de probabilidad todos los valores de P(g) son
menores o iguales que 1 y la suma de todos los valores de P(g) es 1. En la figura 4(a) se observa
una imagen de control del proyecto y en la figura 4(b) el histograma correspondiente.
Figura 17 (a) Imagen original; (b) Histograma de la imagen a
(0,0)
x
y
f(x,y)
153
Segmentación.
La mayoría de las imágenes están constituidas por regiones o zonas que tienen características
homogéneas (nivel de gris, textura, momentos, etc.). Generalmente estas regiones corresponden a
objetos de la imagen. La segmentación de una imagen consiste en la división o partición de la
imagen en varias zonas o regiones homogéneas y disjuntas a partir de su contorno, su
conectividad, o en términos de un conjunto de características de los píxeles de la imagen que
permitan discriminar unas regiones de otras5.
La operación de segmentación trata de distinguir si un píxel pertenece, o no, a un objeto de
interés y, por lo tanto, produce una imagen binaria. Todavía no hay una teoría unificada de la
segmentación de imágenes, solamente disponemos de un conjunto de algoritmos.
Los algoritmos de segmentación de imágenes monocromáticas se basan en alguna de las tres
propiedades siguientes:
Discontinuidad en los tonos de gris de los píxeles de un entorno.
Similaridad en los tonos de gris de los píxeles de un entorno.
Conectividad de los píxeles.
Los métodos de segmentación se pueden agrupar en cuatro clases:
1. Métodos basados en píxeles
a. Locales.
b. Globales (Histograma)
2. Métodos basados en bordes.
3. Métodos basados en regiones.
4. Métodos basados en modelos.
La segmentación por histograma se puede aplicar cuando la imagen está formada por objetos que
tiene intensidad luminosa homogénea sobre un fondo con un nivel de intensidad diferente. En
este caso la imagen se puede segmentar en dos o más regiones utilizando el operador umbral con
parámetro t. La elección del valor umbral t se puede hacer a partir del histograma. Si el fondo
tiene también intensidad luminosa homogénea, entonces el histograma es bimodal y el umbral t
que se debe tomar es el que corresponde al mínimo local que está entre los dos máximos del
histograma. En ocasiones no se distinguen bien las dos zonas modales (los máximos) y se debe
154
aplicar una técnica de variación espacial del umbral que consiste en dividir la imagen en bloques
cuadrados (ventanas) a los que se les calcula el histograma y el valor umbral correspondiente
(cuando no es bimodal se determina entonces el umbral por interpolación de los valores umbrales
de las ventanas de su entorno).
Si la imagen contiene N objetos (regiones homogéneas) se puede utilizar una umbralización
múltiple de acuerdo a la ecuación 2.
𝑅𝑖 = (𝑚, 𝑛):𝑡𝑖 ≤ 𝑓(𝑚, 𝑛) ≤ 𝑡𝑖
Ecuación 2 Umbralización múltiple
Redes neuronales
La neurona es la célula fundamental y básica del sistema nervioso especializada en conducir
impulsos nerviosos. Las neuronas tienen características propias que le permiten comunicarse
entre ellas, lo que las diferencias del resto de las células biológicas. Se estima que el cerebro
humano contiene más de cien mil millones de neuronas cada una con un promedio de 7.000
conexiones sinápticas con otras neuronas.
En las neuronas se pueden distinguir tres partes fundamentales: Dendritas, soma o cuerpo celular
y axón. Las dendritas actúan como un canal de entrada de señales provenientes desde el exterior
hacia el soma de la neurona, mientras que el axón actúa como un canal de salida. La figura 5
muestra una neurona y las distintas partes que la componen3 1
.
Figura 18 Modelo fisiológico de una neurona.
155
El espacio entre dos neuronas vecinas se denomina sinapsis. Su funcionamiento es el siguiente,
en el soma de las neuronas transmisoras o presinápticas genera un pulso eléctrico llamado
potencial de acción. El pulso eléctrico se propaga a través del axón en dirección a las sinapsis,
que es la zona de contacto entre otras neuronas (u otro tipo de células, como las receptoras). La
sinapsis recoge información electro-química procedente de las células adyacentes que están
conectadas a la neurona en cuestión. Esta información llega al núcleo que se encuentra dentro del
soma de la neurona, a través de las dendritas, que la procesa hasta generar una respuesta, la cual
es posteriormente propagada por el axón.
La sinapsis está compuesta de un espacio líquido donde existe una cierta concentración de iones.
Este espacio tiene determinadas características eléctricas que permiten inhibir o potenciar la señal
eléctrica a conveniencia.
Las redes neuronales artificiales son modelos matemáticos que intentan reproducir el
comportamiento del cerebro humano. El principal objetivo de este modelo es la construcción de
sistemas capaces de presentar un cierto comportamiento inteligente. Esto implica la capacidad de
aprender a realizar una determinada tarea3 1
.
Una neurona artificial está compuesta por tres partes: Entradas, núcleo y salida, como se muestra
en la Figura 6.
Figura 19 Estructura básica de una neurona artificial.
Las entradas reciben los datos o parámetros que le permiten decidir a la neurona se estará activa o
no, normalmente se presentan como𝑥1𝑥2, . . . , 𝑥𝑛. Entre la entrada y el núcleo se tienen los pesos
𝑤1𝑤2, . . . , 𝑤𝑛, que representan la memoria de la red.
156
En el núcleo se realizan todas las operaciones necesarias para determinar la salida de la neurona;
el proceso que se realiza en el núcleo varía dependiendo de la red neuronal que se esté
trabajando. Las salidas devuelven la respuesta de la neurona, es decir se está activa o no,
representadas comúnmente como 𝑦1𝑦2, . . . , 𝑦𝑛. Dentro del núcleo se llevan a cabo tres
operaciones que son: Regla de propagación, Función de activación y Función de salida.
La regla de propagación, integra la información proveniente de las distintas neuronas artificiales
y proporciona el valor del potencial postsináptico de la neurona i. La función de activación,
provee el estado de activación actual de la neurona i. La función de salida, representa la salida
actual de la neurona i.
Las redes neuronales artificiales (RNA) están conformadas por la unión de varios elementos
individuales llamados neuronas, estos están conformados en varias capas de neuronas, ver Figura
7.
Figura 20 Estructura de un RNA
Las neuronas de entrada son transparentes, es decir no realizan ningún proceso, sólo dejan pasar
la información que se quiere manejar en la red. Las neuronas ocultas reciben las entradas y tienen
la función de proporcionar un mejor aprendizaje. Las neuronas ocultas pueden o no estar
presentes en una red y su incorporación depende de dos factores: Primero la topología con la que
se esté trabajando y segundo de la complejidad de los patrones que deben ser aprendidos por la
red. Cuando la red está formada por una única capa de neuronas, se le llama redes monocapa, y
las neuronas que conforman dicha capa cumplen la función de neuronas de entrada y salida
simultáneamente. Cuando la red está compuesta por dos o más capas hablamos de redes
multicapa. Las neuronas de salida se encargan de proporcionar la salida del sistema indicado,
según su aprendizaje, una respuesta correcta o incorrecta. Las interconexiones son las sinapsis de
157
la red, estas tienen asociadas un peso sináptico, y son direccionales. Cuando la conexión se
establece entre dos neuronas de una misma capa hablamos de conexiones laterales o conexiones
intra-capa. Por el contrario, si la conexión se establece entre neuronas de distintas capas se la
denomina conexión inter-capa. Si la conexión se produce en el sentido inverso al de entrada-
salida la conexión se llama recurrente o realimentada. Una vez definida el tipo de neurona que se
utilizará en un modelo de redes neuronales artificiales es necesario definir la topología de la
misma. La organización y disposición de las neuronas dentro de una red neuronal se denomina
topología, y viene dada por el número de capas, la cantidad de neuronas por capa, el grado de
conectividad, y el tipo de conexión entre neuronas. A su vez, hablamos de redes neuronales con
conexión hacia delante (redes feedforward) cuando las interconexiones entre las distintas
neuronas de la red siguen un único sentido, desde la entrada de la red hacia la salida de la misma.
Cuando las interconexiones pueden ser tanto hacia delante como hacia atrás hablamos de redes
recurrentes (redes feedback).
Algoritmo de entrenamiento de retropropagación
El algoritmo backpropagation es el método de entrenamiento más utilizado en redes con
conexión hacia delante. Es un método de aprendizaje supervisado de gradiente descendente, en el
que se distinguen claramente dos fases: primero se aplica un patrón de entrada, el cual se propaga
por las distintas capas que componen la red hasta producir la salida de la misma.
Esta salida se compara con la salida deseada y se calcula el error cometido por cada neurona de
salida. Estos errores se transmiten hacia atrás, partiendo de la capa de salida, hacia todas las
neuronas de las capas intermedias (Fritsch, 1996). Cada neurona recibe un error que es
proporcional a su contribución sobre el error total de la red. Basándose en el error recibido, se
ajustan los errores de los pesos sinápticos de cada neurona.
Este es el algoritmo básico usado para entrenar una red de retropropagación, los subíndices i,j,k
corresponden a las capas de entrada, oculta y de salida respectivamente. Las dimensiones del
vector de entrada es N, la capa oculta tiene L unidades y la capa de salida tiene M unidades.
Etapas del algoritmo de entrenamiento:
1. Aplicación del vector de entrada 𝑋𝑝 = (𝑥𝑝1, 𝑥𝑝2, . . . , 𝑥𝑝𝑁)𝑡a las neuronas en la capa de
entrada.
158
2. Calcular los valores netos procedentes de la capa de entrada hacia la capa(s) oculta.
𝑅𝐸𝐷𝑝𝑗𝑜 =∑𝑊𝑗𝑖
𝑜
𝑁
𝑖=1
𝑋𝑝𝑖 + ∅𝑗𝑜
Ecuación 3 Calculo entrada de valores capa oculta
3. Calcular las salidas de las neuronas de la capa oculta.
𝑖𝑝𝑗 = 𝑓𝑗𝑜(𝑅𝐸𝐷𝑝𝑗
𝑜 )
Ecuación 4 Calculo salida de neuronas capa oculta.
4. Propagación de las salidas de la capa oculta hacia la capa de salida.
𝑅𝐸𝐷𝑗𝑘𝑠 = ∑𝑊
𝐿
𝑘=1
𝑖𝑝𝑗𝑘𝑗𝑠 + ∅𝑘
𝑠
Ecuación 5 Propagación de la capa oculta a la de salida
5. Calcular las salidas de las neuronas de la capa de salida.
𝑦𝑝𝑘 = 𝑓𝑘𝑠(𝑅𝐸𝐷𝑝𝑘
𝑠 )
Ecuación 6 Calculo de las salidas de la capa de salida
6. Calcular el error para las neuronas en la capa de salida.
𝛿𝑝𝑘𝑠 = (𝑂𝑝𝑘 − 𝑦𝑝𝑘)𝑓´𝑘
𝑠 (𝑅𝐸𝐷𝑝𝑘𝑠 )
Ecuación 7 Calculo de error en las neuronas de salida
Donde 𝑂𝑝𝑘es la salida deseada para ese elemento.
7. Calcular el error para las neuronas de las capas ocultas.
𝛿𝑝𝑗𝑜 = 𝑓´𝑗
𝑜(𝑅𝐸𝐷𝑝𝑗𝑜 )∑𝛿𝑝𝑗
𝑠
𝑀
𝑘=1
𝑊𝑘𝑗𝑠
Ecuación 8 Calculo del error neuronas ocultas
Los términos de error de las neuronas ocultas se calculan antes de actualizar los pesos 𝑤.
8. Actualizar los pesos de la capa de salida.
159
𝑊𝑘𝑗𝑠 (𝑡 + 1) = 𝑊𝑘𝑗
𝑠 (𝑡) + 𝜂𝛿𝑝𝑘𝑠 𝑖𝑝𝑗
Ecuación 9 Actualizar pesos de la capa de salida
𝜂 es llamado velocidad de aprendizaje.
9. Actualizar los pesos de la capa oculta.
𝑤𝑗𝑖𝑜(𝑡 + 1) = 𝑤𝑗𝑖
𝑜(𝑡) + 𝜂𝛿𝑝𝑗𝑜 𝑥𝑖
Ecuación 10 Actualizar pesos de la capa de oculta
10. Calcular el término de error
𝐸𝑝 =1
2∑𝛿𝑝𝑘
2
𝑀
𝑘=1
Ecuación 11 Calculo del error medio
Los pasos anteriores se repiten hasta lograr un término de error aceptable, es decir pequeño3 1
.
Desarrollo
El desarrollo del prototipo del traductor del LSM se realiza en las estas etapas:
1. Adquisición de imágenes muestra.
2. Procesamiento de imágenes digitales.
3. Generación de centros de los marcadores de colores.
4. Generación de vector de características para las letras de control.
5. Diseño y entrenamiento de la red neuronal.
6. Etapa de pruebas.
Etapa 1 Adquisición de imágenes.
En este proceso se tomaron muestras de diferentes letras usando una cámara digital, para el
desarrollo del prototipo se trató de controlar la mayor cantidad de variables posibles, lo anterior
con la finalidad de lograr una correcta calibración de los algoritmos de Visión por computadora,
observe la Figura 8.
160
Figura 21 Imágenes muestra correspondientes a las letras A (a) y B (b)
Etapa 2 Procesamiento de Imágenes digitales.
En la Figura 8 se observa que las imágenes son adquiridas con un fondo claro, lo que facilitara la
separación de la mano de este. La persona que apoyo para las diferentes tomas usa un guante de
color negro con las puntas de los dedos y la muñeca pintados de la manera que se describe en la
Tabla 2.
No Dedo Color
1 Pulgar Amarillo
2 Índice Blanco
3 Medio Rojo
4 Anular Azul
5 Meñique Verde
6 Muñeca Blanco
Tabla 7 Identificación de colores y dedos
En la Figura 9 que muestra el histograma de la imagen con seña que representa la letra A, por
medio de la correcta manipulación de los valores del histograma se puede segmentar los
marcadores de los dedos y la muñeca, para con ello posteriormente generar la selección del
representante de cada dedo.
161
Figura 22 Histograma de la figura 8 (a)
Etapa 3 Generación de centros de los marcadores de colores.
Con los colores segmentados se procede a determinar el representante de cada marcador, es decir
un pixel que preferentemente es el centro de masa, observe la Figura 10 y Figura 11.
Figura 23 Marcadores identificados en los diferentes dedos
Figura 24 Centros de los marcadores identificados
162
En la figura 11 se observan los puntos que son los vértices que se usarán para reconocer las
diferentes señas correspondientes a las letras del abecedario.
Etapa 4 Generación de vector de características para las letras de control.
En la Figura 12 se quito el fondo y solo se deja los puntos que forman los vértices y serán la base
para generar el vector de características que conformarán el set de entrenamiento para la red
neuronal.
Figura 25 (a) Vértices identificados (b) Trazados de triángulos característicos
En la Figura 12 observe que se han trazado 4 triángulos que son la base para formar el patrón de
características para cada una de las señas. Cada triángulo se forma uniendo cada dedo con el
consecutivo y la muñeca, vea la Tabla 3.
Vértices Meñique-Anular
Muñeca
Anular-Medio-
Muñeca
Medio-Índice-
Muñeca
Índice-Pulgar-
Muñeca
Imagen
Tabla 8 Triángulos característicos de la letra A
De esta manera se pueden medir los ángulos internos de cada uno de los triángulos lo que
proporciona un vector de 12 características para cada una de las letras del abecedario, con los
cuales se generan el patrón de aprendizaje para la red neuronal.
Como se menciona en la sección del algoritmo de retropropagación, se necesita un vector de
características por cada elemento que se requiera reconocer, esto genera una matriz de 27 X 12.
163
Etapa 5 Diseño y entrenamiento de la red neuronal.
La estructura de la red neuronal se implementó de acuerdo a la Tabla 4.
Capa Cantidad Número de neuronas
por capa
Función de activación
Capa de entrada 1 12 Sin función de activación.
Capa(s) ocultas 2 12 Pureline / Sigmoide
Capa de Salida 1 5 Sigmoide
Tabla 9 Estructura del prototipo de red neuronal
En la sección de Inteligencia artificial en específico la parte de redes neuronales, se establece que
para las capas de oculta y de salida es necesario definir una función de activación, para este
ejercicio se probó con funciones sigmoide y pureline. Para las capa de salida se utilizó la
sigmoide y para las capas intermedias la pureline y sigmoide para primera y segunda capa
respectivamente.
El entrenamiento de la red neuronal se lleva a cabo de acuerdo a las ecuaciones planteadas en la
sección de algoritmos de retropropagación.
Conclusiones
Durante el desarrollo de este experimento se ha llegado a concluir lo siguiente:
Reconocimiento al 90 % del patrón de las letras de control con diferentes tomas del
mismo sujeto.
El sistema muestra tolerancia a ciertas variaciones en la toma de las imágenes como
puede ser el ángulo en el que se encuentra la mano y la distancia.
Por la naturaleza de la seña para representar algunas de las letras, por ejemplo “C”, donde
dependiendo de la toma, algunos marcadores pueden quedar ocultos, esto dificulta la
generación de los triángulos característicos.
Trabajo futuro
Mejorar la toma de imágenes, para con ello generar una mejor matriz de caracterización
de las señas del alfabeto.
164
Realizar tomas sin usar el guante, lo que nos llevaría a realizar una búsqueda de las uñas,
que permitan el trazado de los triángulos característicos .
Trabajar con video tomado por medio dispositivos móviles para la adquisición de
imágenes.
Montar el reconocedor de señas en un servidor que permita el envío de video y su
posterior procesamiento, para lograr un traductor funcional fuera de un ambiente de
laboratorio.
165
Referencias
Anderson y Rosenfeld, (1988). Neurocompiuting: Foundations of Research, Cambridge.
Engelbrecht, A. P. (2007). Computational Intelligence. South Africa: Wiley.
Freeman y Skapura, (2002). Rede neuronales: algoritmos, aplicaciones y técnicas de
programación, Addison-Wesley.
Gonzalez, C., R. (2002). Digital Image Processing, Addison-Wesley.
Pajares, G. y De la Cruz, J. (n.d.). Visión por Computadora. Ed. Alfaomega Ra-Ma 2da ed.
E-Journal - UNAM., (n.d.). SENSor Foto-Eléctrico Aplicado al Movimiento de ... - Recuperado
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Lengua de Señas Mexicana, (n.d.). Recuperado el 24 de febrero de 2019, de:
https://pdh.cdmx.gob.mx/storage/app/media/banner/Dic_LSM%202.pdf
Sistema Municipal DIF, (n.d,). Manual de Lengua de Señas Mexicana. Recuperado el 24 de
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http://dif.pueblacapital.gob.mx/images/descargas/MANUAL_LSM_Interactivo5.pdf
Sistema para el Aprendizaje del Lenguaje de Señas de Panamá, (n.d.). Recuperado el 22 de
febrero de 2019, de:
http://www.ciiee9.utp.ac.pa/Documentos/Trabajos%20CIIEE9/Sistemas_para_el_aprendiza
je_del_Lenguaje_de_Se%C3%B1as_de_Panama.pdf
166
FOCUS (JUEGO PARA INFANTES CON TDAH)
Autores: Escalante Castro Carolina. [email protected], Gordillo
Aguilar Ximena Joceline. [email protected]
Institución: Universidad Autónoma de Guadalajara
Abstract: Our compromise is to develop a prototype where the people who was suffering a kind
of cognitive illness can have access a treatment where they have a fun and complete treatment.
We also want to promote through social networks the use of our product and that at the same time
we want to promote involve a people with different characteristics about the “normal” people. All
this, with the objective the users have Access to different tools that improve a quality life. That
inspires new projects and generates more culture and research that help a person with cognitive
problems. Even in these days many people ignore that exist many products or treatments that can
help of a people with cognitive diseases. It is necessary to involve this people in the culture of the
inclusion and create new products for reduce their cost.
167
Resumen: Nuestro equipo busca que los usuarios finales puedan encontrar un complemento de su
tratamiento accesible y que apele a sus gustos. Además, queremos promover mediante redes
sociales el uso de nuestro producto y que a la vez pueda inculcar valores a las personas para que
se le de mayor importancia a encontrar complementos como el nuestro, que tengan como objetivo
que los usuarios tengan acceso a distintas herramientas que mejoren su calidad de vida. Lo cual
va de la mano que llegue a otras personas información; que inspire proyectos nuevos y genere
más campo de investigación. Ya que no muchas personas saben que tratamientos proceden en
casos de enfermedades cognitivas, o cosas tan simples como un trato de día a día, con pacientes
que padezcan éstas.
Palabras Claves: Déficit de Atención, Infantes, Enfermedades Cognitivas.
Introducción
Objetivo: Crear un dispositivo interactivo que apoye a infantes con enfermedades cognitivas,
derivadas de problemas de Déficit de Atención
Justificación: Las capacidades cognitivas tienen en el cerebro su base neurobiológica, por tanto,
un adecuado desarrollo de éste así como la evitación de cualquier tipo de lesión a nivel cerebral
es fundamental para un rendimiento cognitivo óptimo, ajustado a las demandas del entorno que
en cada etapa del ciclo vital se nos presentan.Un problema con el que una fracción de nuestra
sociedad presenta, es la falta de un tratamiento adecuado en casos de pacientes con enfermedades
cognitivas, sin uno adecuado muchos casos presentados en infantes terminan degradándose con
los años, siendo que pueden ser tratados a temprana edad y presentar mejoras. Debido a que
algunos de nosotros coincidimos con algún familiar que presenta éstas, decidimos que sería
prudente investigar más sobre ellas y crear un complemento para su tratamiento. Con ello
pudimos descubrir que no cuentan con muchas opciones en el mercado y que la mayoría de las
disponibles, eran poco accesibles. Tanto por su costo, como por su adquisición.
La teoría del desarrollo cognitivo del psicólogo suizo Jean Piaget (1896-1980), explica cómo los
niños construyen un modelo mental del mundo. Según Piaget , el desarrollo cognitivo de los
niños avanza a través de una secuencia de tres estadios o grandes periodos críticos, cada uno de
168
los cuales está marcado por cambios en como los niños logran un aprendizaje. Estos tres estados
son: Comprender, crear una memoria y llegar al aprendizaje finalmente.
Nosotros quisimos proponer una idea que combatiera los problemas anteriormente mencionados,
para infantes y que fuera algo que pudiera ser portátil, pero primordialmente que fuera funcional
para ellos. Pero nos topamos con distintos obstáculos que no sabíamos cómo reaccionar; muchos
usuarios no sabrían programar el prototipo, nuestros costos, que tan rentable era la idea, el diseño,
la producción y las pruebas que realizaríamos para poder probar que funcionara.
El detalle con los padres de familia de los pacientes es que son muy reservados, lo cual
respetamos pero se presentó como una área de oportunidad para nuestro proyecto. Porque nos
dimos cuenta que ciertas personas suelen maltratar a los pacientes con enfermedades cognitivas
por falta de información, lo cual le dió un giro importante a nuestro objetivo, debido a que no
sólo queríamos generar un complemento sino también incluir una campaña para informar a la
comunidad de los tratamientos disponibles y lo más importante, promover el respeto e
integración de personas con estos padecimientos (ver Figura 1).
El Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) dio a conocer en el año 2010 las
discapacidades más comunes en las personas que habitan en México.
Figura 1: Datos
extraídos del INEGI
en el 2010
De acuerdo a la
INECO el trastorno de
tdah en Estados Unidos es de entre 8 y 9 millones de adultos, en España es aproximadamente
entre 6 y 8 millones de personas mientras que en Colombia las personas afectadas son de entre 7
a 9 millones y segùn la OMS hay alrededor de 384 millones de personas que tienen este
padecimiento. En el mundo existen 138 millones, en el país 1.5 millones afectados y personas en
general 2.4 adultos. Con las pruebas que próximamente mencionaremos, pudimos verificar que
nuestro prototipo Focus surtió el efecto que esperamos, debido a que logramos obtener la
169
atención de nuestro voluntario por un tiempo mayor al que se consideró inicialmente. Esto es un
resultado exitoso, ya que mientras estaba usando el prototipo, podían responder a preguntas que
se le hacían después de finalizar su uso. No solamente enfocó su atención en resolver la
problemática que se le enfrentó, sino también tiempo después de interactuar con éste, respondió a
estímulos posteriores a la prueba. Después de un período, perdimos su atención pero al cabo del
tiempo pudimos tenerla por tiempos un poco más duraderos.
Estos resultados nos dieron una pauta para continuar, debido a que conocimos el poder de nuestro
proyecto fue que decidimos proceder a perfeccionarlo y buscar alternativas que lo conviertan en
uno que pueda ser accesible para muchas familias que lo necesiten.
Desarrollo
Metodología
En nuestra etapa inicial de pruebas la realizamos con un voluntario de 7 años con autismo.
Buscamos obtener su atención con focos LED, la cual fue efectiva ya que él se enfocó por los
colores y el corrimiento de estos. El primer prototipo funcional que realizamos fue un código en
verilog creado con la Nexsys. Nexys fue fundada en 1988 en Colombia, incursionando en el
mundo de la tecnología como uno de los primeros distribuidores especializados de software y
hardware. La Nexsys trabaja como un FPGA y su precio varía entre los $3,000.00 y $4,000.00
pesos mexicanos, las mas nuevas del mercado. Los FPGA son dispositivos que aunque no son
nuevos no son tan populares, FPGA son las siglas de Field Programmable Gate Array, estos son
dispositivos digitales que son capaces de configurarse para prácticamente cualquier aplicación,
son muy rápidos, son capaces de trabajar muchos procesos en paralelo. Por ejemplo tienen un
conjunto muy grande de componentes digitales elementales combinacionales y secuenciales,
compuertas AND, OR, NOT, FLIP-FLOPs entre otros. se pueden programar las conexiones entre
las compuertas y FLIP-FLOPs de modo que se puede crear cualquier dispositivo digital. De aquí
surge la ide de hacer uso de esta tarjeta, ya que si se llega a comercializar puede ahorrar tiempo
de producción ya que al tener un código ya creado es más fácil reutilizar y de esta manera hacer
una producción masiva del producto, lo cual ahorraría costos en la producción e incluso en costos
de personal, ya que no sería necesario contratar demasiadas personas por ejemplo en el
ensamblado.
170
Otra ventaja del uso de una tarjeta electrónica es su velocidad. Entre las tarjetas de desarrollo con
FPGAs más básicas se suelen manejar los 50MHz, se pueden comparar con microcontroladores
pero se debe ser cuidadoso porque para los FPGAs esa frecuencia es una frecuencia de operación
real, realizan sumas, multiplicaciones, divisiones y cambios de estado de un pin a 50MHz, a
diferencia de los microprocesadores que aunque están conectados a un cristal de cierta
frecuencia, su frecuencia de operación es 2 o 4 veces menor debido a la arquitectura que tienen.
Los FPGAs a diferencia de los microcontroladores y microprocesadores no se programan, se
describen, no tienen lenguaje de programación, tienen lenguaje de descripción de descripción de
hardware, se le llama descripción porque lo que en realidad hacemos es describir las conexiones
entre los elementos, hay dos opciones, VHDL y Verilog.
Se decidió usar la tarjeta ya que las industrias dedicadas al desarrollo de circuitos integrados
digitales, centros de investigación, en general instituciones dedicadas a crear circuitos digitales
las usan y nosotros como biomedicos tratamos de buscar el uso de nuestro rehabilitador dentro de
instituciones donde se busque ayudar a mejorar la salud de las personas, teniendo claro que
dentro de estas instituciones, tiene que haber un centro de investigación que sea capaz de
monitorear la mejora de sus pacientes.
Aunque el primer paso fue crear el código en verilog para lograr hacer funcionar el rehabilitador,
no solo se necesito un FPGA para hacer el primer prototipo funcional. Se hizo uso de los
conocimientos básicos de la clase Manejo de Equipo, ya que al principio quisimos probar que la
parte del código donde corren los Leds funcionan, para ello tuvimos que armar la fila de Leds con
las resistencias de 330 ohms , con un precio aproximado de $32.00 pesos mexicanos por la
cantidad de 100 Leds y un precio de $18.99 pesos mexicanos por la cantidad de 100 resistencias,
en una protoboard y conectarla al FPGA Nexys. Una vez que vimos que el corrimiento estaba
correcto, integramos la parte del “marcador” y del botón que en este caso sería un display de 7
segmentos y un push button, los cuales están integrados directamente en la tarjeta, sin embargo
no íbamos a dejarla así ya que queríamos algo más fácil de llevar a todas partes y sin correr el
riesgo de que algún componente se saliera de su lugar, por lo cual el siguiente paso fue hacer la
creación de una baquelita que contuviera los componentes anteriormente utilizados, para esto se
creó un esquemático en la aplicación de Eagle, el cual fue usado para ser marcado en una
baquelita de cobre la cual fue bañada en cloruro férrico, con un precio de $37.00 por 220 ml. Los
precios anteriormente fueron recaudados a partir de la creación de un solo prototipo, como
171
podemos observar el componente más caro es la tarjeta, sin embargo en lo que cabe no son
precios demasiado elevados; al crear una producción en masa estos precios serían reducidos ya
que los componentes serían pedidos directamente a las fábricas donde estos son producidos, lo
cual haría que el precio de producción se redujera considerablemente. Lo cual beneficiaría a la
creación del producto y a las empresas que lo comprarían, ya que podrían ayudar a más pacientes
y tener un precio reducido en los productos que adquieren. El precio total de la creación de este
primer prototipo fue de $2190.00 pesos mexicanos aproximadamente, (Figura 1).
Precio para: 1 10 100 1 000
Leds $ 4.80 $ 48.00 $ 480.00 $ 4,800.00
FPGA $ 1,700.00 $ 17,000.00 $ 170,000.00 $ 1,700,000.00
Resistencias $ 2.85 $ 28.50 $ 285.00 $ 2,850.00
Boton $ 10.88 $ 108. 88 $ 1088.80 $ 10,888.00
Baquelita $ 12.00 $ 120.00 $ 1,200.00 $ 12,000
El segundo prototipo contiene los mismos pasos, sin embargo esta vez hicimos un cambio en el
precio de producción ya que decidimos hacer uso de una nueva tarjeta, empezamos a usar la
Design platform built around the Altera MAX 10 FPGA. La ventaja de esta tarjeta es que ofrecen
capacidad de procesamiento de avanzada en un dispositivo lógico, programable y con factor de
forma pequeño, de chip único y de bajo costo. La familia de FPGA MAX 10 abarca tanto envases
pequeños y paquetes de pines de E/S altos con densidades que van desde 2000 hasta 50,000
elementos lógicos. Así como:
Configuración dual: Los FPGA MAX 10 proporcionan una memoria Flash única en
molde que admite configuración dual para actualizaciones de seguridad verdaderas.
Bloques analógicos: Los bloques analógicos integrados cuentan con un diodo de
detección de temperatura y un convertidor de analógico a digital (ADC). El ADC es un
ADC de registro de aproximación sucesiva (SAR) de 12 bits, con hasta 18 entradas
analógicas y muestreo de 1 Msps.
Encendido instantáneo: Los FPGA MAX 10 pueden ser el primer dispositivo utilizable en
una placa de sistema para el control de desarrollo de FPGA, ASIC, ASSP y procesadores
172
de alta densidad.
Bloques DSP: Al ser FPGA no volátil con DSP, los FPGA MAX 10 son ideales para
aplicaciones de DSP de alto rendimiento y alta precisión.
Ante esta solución se presentó otro problema, el código, sin embargo al ponernos a investigar
sobre la tarjeta y el programa que se usaba para hacer la descripción de Hardware nos dimos
cuenta de que es muy parecido al código de la nexys, sin embargo en este caso aún tenemos que
hacer más investigación ya que la sintaxis que usa la Max 10 es diferente por cuestiones del
fabricante, sin embargo sigue siendo Verilog por lo tanto creemos que la descripción será muy
parecida si no que casi igual. Al hacer uso de una nueva tarjeta tenemos la mente abierta a poder
trabajar y sacarle el máximo provecho posible, como agregar nuevas cosas a la idea principal y
hacer un código con más funciones pero la menos extenso posible. Sin embargo nuestro enfoque
principal es lograr el funcionamiento del rehabilitador original en la nueva tarjeta.
Enfermedades Causantes De Deterioro Cognitivo
Principalmente para poder dar a conocer las enfermedades causantes de crear un deterioro
cognitivo en el ser humano, es importante tener en claro el concepto de lo que es, lo cual se
define como un conjunto de funciones mentales que se utilizan para procesar la información y el
conocimiento, de esta manera permite que la memoria y la inteligencia interfieren a la hora de
resolver un problema y en el aprendizaje para tomar cualquier decisión en las personas.
Los problemas cognitivos ocurren cuando una persona tiene dificultades para procesar la
información. Esto incluye tareas mentales relacionadas con la capacidad de concentración, el
pensamiento y la memoria a corto plazo.
Un dato importante es que debido al entorno social, o en el que interactúan la mayor parte del
tiempo, niños y niñas menores de cinco años fallan en alcanzar su máximo desarrollo cognitivo y
social, afectando cada año más de 200 millones de ellos.
Un niño con deterioro cognitivo aprende de una manera más lenta que lo que se demora un niño
que no presenta este padecimiento; este problema es muy relacionado con el retraso mental. Y
uno de los trastornos que tiene relacion con este padecimiento (deterioro cognitivo) es la
epilepsia.
173
La epilepsia es un trastorno neurológico crónico el cual tiene fuertes consecuencias biológicas y
efectos complejos sobre el entorno del niño que lo padece, de igual manera existe alteración en su
estado emocional, como baja autoestima, problemas en el medio donde convive, dificultades de
aprendizaje, se ve afectada también la calidad de vida del niño, pérdida de independencia
(sobreprotección) y por último, dependencia y efectos de los fármacos en caso de que el niño se
encuentre recibiendo algún tipo de tratamiento farmacológico.
Las causas de este trastorno en los niños pueden ser por lesión cerebral traumática, daño o
cicatrices después de infecciones del cerebro, defectos de nacimiento que involucran el cerebro,
daño cerebral que ocurre durante o cerca del nacimiento, trastornos metabólicos presentes en el
nacimiento como fenilcetonuria, tumor cerebral benigno, accidentes cerebrovasculares y otras
enfermedades que dañan o destruyen el tejido cerebral.
Los trastornos observados con más frecuencia son: alteración de memoria, lentitud mental,
problemas de comprensión y expresión verbal, defectos de razonamiento lógico, alteraciones de
conducta, estado de ánimo e interacción social, hiperactividad y déficit de atención.
Según la teoría del psicólogo francés Jean Piaget, el desarrollo cognitivo de los niños ocurre en
cuatro etapas distintas muy relacionadas. Estas etapas cambiaron de forma que las personas
vieron el desarrollo infantil, pues se creía que los bebés carecían de cognición hasta tener la edad
suficiente para desarrollar el lenguaje.
Estas son las cuatro etapas cognitivas de Piaget durante el desarrollo infantil:
1. Etapa sensoriomotora: desde el nacimiento hasta los 2 años. Durante esta etapa,
los niños aprenden sobre el mundo a través de sus sentidos y la manipulación de
objetos; la estimulación temprana es una de las herramientas con más beneficios
para esta etapa ya que ayudan a desarrollar diversas habilidades .
2. Etapa preoperacional: edades de 2 a 7 años. Durante esta etapa, los niños
desarrollan la memoria y la imaginación. También pueden entender las cosas
simbólicamente y entender las ideas del pasado y el futuro.
3. Etapa Operacional Concreta. De 7 a 11 años. Durante esta etapa, los niños se
vuelven más conscientes de los eventos externos, así como de los sentimientos que
174
no son los suyos. Se vuelven menos egocéntricos y comienzan a comprender que
no todos comparten sus pensamientos, creencias o sentimientos.
4. Etapa operacional formal. 11 años y mayores. Durante esta etapa, los niños
pueden usar la lógica para resolver problemas, ver el mundo que los rodea y
planificar para el futuro.
A continuación, una tabla donde se muestran algunas enfermedades causantes del deterioro
cognitivo:
Implicaciones en el contexto escolar Implicaciones en el contexto familiar.
Esclerosis
Múltiple
No existe mayor afectación en el
área escolar debido a que el
deterioro cognitivo en pacientes con
este padecimiento puede ser
estimulada en que se desarrollan
habilidades para mantener y
distribuir la atención, aprender y
recordar información, llevar a cabo y
controlar las propias actividades,
pensar, razonar y solucionar
problemas, comprender y emplear el
lenguaje, reconocer objetos, agrupar
cosas y calcular distancias.
Los pacientes con esclerosis múltiples
sienten temor y preocupaciones por
miedo al abandono y sentimiento de
culpa.
Epilepsia Retraso en el desarrollo escolar,
limitaciones para realizar actividades
físicas o de mayor esfuerzo.
Dificultad en la convivencia, un niño con
epilepsia necesitará de ciertas atenciones
y cuidados de su familia, situación que
requerirá de mayores sacrificios de los
distintos miembros del grupo familiar.
Cáncer Tanto la enfermedad como los
tratamientos presentan efectos
secundarios haciendo que el niño
presente dificultad para aprender y
alteraciones cognitivas como déficit
de atención.
Cada miembro del sistema familiar se ve
afectado emocionalmente,
cognitivamente y en su conducta diaria,
así como en la percepción del sentido de
la vida.
Tabla 1. Obtenida de Deterioro Cognitivo en Niños y Adolescentes, 2018.
Hay muchas maneras de manejar los problemas cognitivos para los niños, las cuales pueden ser:
terapia ocupacional, terapia del habla, terapia del comportamiento, estimulación de las
175
habilidades sociales, rehabilitación cognitiva y medicamentos para los trastornos por déficit de
atención. Algunos niños pueden necesitar cambiar la manera en que aprenden en la escuela o
prestan atención.
Nuestro proyecto es un juego recreativo, que al igual que cada uno de los factores ya
mencionados que pueden ayudar a mejorar con la atención del niño, la concentración, desarrollar
habilidades y entretenimiento, nuestro juego llamado “Focus”, ayuda con todos los beneficios
mencionados, pero de igual manera con el desarrollo y el bienestar del pequeño, pues al momento
de querer obtener la luz en el led del medio (que es el que ofrece mayor puntaje para ganar),
tendrá que estar activando su habilidad de concentración ya que el juego requiere de esta en todo
momento. El pico de su concentración se verá reflejado en cuanto a que su objetivo es acertar el
clic en el momento adecuado.
Las opciones adicionales dentro de la escuela son demasiado útiles, como los programas de
educación especial. Los padres deben de estar atentos a los posibles problemas cognitivos, y en
dado caso que se presente en su hijo, ofrecerle el programas de intervención temprana el cual
atrae muchos beneficios para el desarrollo del niño.
Argumento De Enfoque Teórico Y Metodológico
Como en la gran mayoría de las enfermedades existen tratamientos para la cura o el control de
estos padecimientos en la cual las enfermedades cognitivas no son la excepción. Previamente, se
investigó acerca de los medicamentos utilizados en estas enfermedades en el cual un claro
ejemplo es el TDAH (Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad). En este caso se
analizó y observó que los medicamentos conllevan efectos secundarios que pueden lejos de
mejorar, dañar la salud del niño. Los posibles efectos secundarios de estos medicamentos
incluyen problemas de sueño, disminución de apetito, pérdida de peso, aumento en la presión
sanguínea, mareos, nerviosismo, efecto rebote (irritabilidad cuando desaparece el efecto del
medicamento), etcétera. Por esta razón, es que se comprobó que las actividades de rehabilitación
cognitiva son una mejor opción que la medicación.
En primer lugar, una forma básica de estimular al niño es a través del juego. El juego es una
actividad innata, propia de la infancia, que permite al niño aprender y relacionarse con el entorno.
Los aprendizajes en los que se involucran juegos son los que se asimilan de forma más rápida y
176
eficaz poniendo en marcha las capacidades cognitivas, facilitando la comprensión hacia su
entorno.
Los juegos interactivos para niños son normalmente utilizados por los educadores para trabajar
cada una de las capacidades cognitivas como lo son: la memoria, atención selectiva, orientación,
entre otras. Estas actividades son muy importantes para los niños porque de manera divertida
ponen a trabajar sus mentes y les ayuda a desarrollar habilidades matemáticas, de dibujo, pintura,
escritura, orden, etc.
La estimulación cognitiva consta de un conjunto de ejercicios y de actividades destinadas a
mejorar y/o mantener las capacidades mentales de una persona a lo largo del tiempo. Se basa en
los principios de la plasticidad cerebral la cual es modificada mediante juegos, tratando de crear
nuevas conexiones en el cerebro.
La rehabilitación cognitiva se realiza en base al estado cognitivo y las necesidades actuales y
futuras del paciente. Este proceso debe ser individual y perfectamente adaptado al déficit de cada
paciente, existen diferentes estrategias de rehabilitación neuropsicológica para ayudar a las
personas de diferentes edades.
⧫Cuadernos de ejercicios de rehabilitación cognitiva
Los cuadernos de ejercicios y actividades trabajan, con distintos niveles de dificultad y diferentes
capacidades cognitivas como memoria, cálculo, atención, razonamiento, etc. Estos son utilizados
mayoritariamente por pacientes de edades avanzadas, ya que lo pueden utilizar como distractor y
como tratamiento preventivo de enfermedades como el Alzheimer.
⧫Juegos de “entrenamiento cerebral”
Las aplicaciones de entrenamiento cerebral para dispositivos móviles, tablets u ordenadores,
permiten el entrenamiento de las capacidades cognitivas. Estas aplicaciones son funcionales para
todo tipo de público y consta de dificultades variadas, estos no son tan populares en adultos
mayores ya que presentan cierta dificultad mayor por el uso de otra tecnología.
⧫La estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS)
177
La estimulación transcraneal de corriente continua (tDCS) es un procedimiento invasivo y
relativamente moderno basado en la aplicación de corrientes de baja intensidad directamente al
cerebro. Actualmente ya se está indicando su uso médico y siendo utilizado con éxito en algunas
patologías relacionadas con daño cerebral, como lo son la depresión y los dolores crónicos. En el
terreno cognitivo, se ha demostrado que esta técnica puede mejorar la capacidad de aprendizaje
de tareas complejas como pilotear aviones [1]. Un innovador en esta área es la empresa Halo® la
cual creó unos audífonos con esta tecnología para disminuir los tiempos de aprendizaje de
cualquier tarea.
⧫ Neurotecnología para la rehabilitación cognitiva
En los últimos años están surgiendo avances tecnológicos para la estimulación cognitiva que
surgen de otras disciplinas como la neuro-tecnología o las interfaces cerebro computador. Se
están desarrollando nuevas tecnologías de medición de la actividad cerebral y modernos
procedimientos de neurofeedback, con equipos muy fiables y que permiten individualizar las
intervenciones a nivel de capacidad cerebral.
Nuestro prototipo es una unión de las estrategias de rehabilitación, para poder mejorar la
funcionalidad de estas, así como el perfecto tratamiento para las enfermedades que afectan los
procesos cognitivos.
Al ser armado el prototipo en una tarjeta de FPGA esta puede ser programada y desprogramada
cuantas veces se quiera, esto genera una mejora en el campo ya que pueden programarse
diferentes juegos interactivos dentro de la tarjeta modificando su dificultad y tipo de área
cognitiva a tratar. El prototipo consta de un juego dividido en tres niveles de dificultad, en los
cuales se encuentra un corrimiento de leds que debe ser detenido en un objetivo específico. Si la
respuesta cognitiva y la velocidad de reacción para que el botón sea apretado a tiempo es mayor o
igual a lo necesario, el usuario obtendrá puntos y sucesivamente irá sumando logros, y restando
puntaje por sus aproximaciones menos certeras.
Estudios realizados en el MIT [2] lograron identificar en dónde y cómo se almacena y procesa la
información que el cerebro considera más importante, creando un centro de atención hacia la cara
o el objeto. Esto puede ser utilizado para el proceso cognitivo de una persona con déficit de
178
atención, autismo etc… estableciendo objetos conocidos que llamen la atención ya sea con
movimiento, luz o sonido.
En sus primeras etapas el proyecto fue puesto a prueba en un niño de 7 años con autismo, el cual
mostró un mayor interés en la luz led del prototipo más que en las otras estrategias presentadas,
nuestro proyecto tiene un diseño sencillo y fácil de usar, así como llamativo para personas con
trastornos cognitivos.
Las otras estrategias de aprendizaje como lo sería un libro de ejercicios serían muy difíciles de
aplicar para un niño con TDAH (Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad) o en una
persona mayor con la vista limitada; una aplicación seria demasiado complicado para un adulto
mayor, ya que tendría que aprender el funcionamiento simple de una Tablet, computadora o
dispositivo móvil. Mientras que la estimulación transcraneal de corriente directa causa miedo
debido a la naturaleza del tratamiento.
Hasta el momento los artículos electrónicos para rehabilitación cognitiva son escasos debido a su
mala implementación y poco estudio en el área que tratamos de innovar.
¿Por qué Focus?
Focus es un juego de rehabilitación cognitiva para poder mejorar la calidad de vida de los
infantes que poseen cierta enfermedad o discapacidad que hace les provoque dificultades para
poder adaptarse con facilidad a la sociedad y realizar ciertas actividades de la vida cotidiana. Lo
que focus utiliza realmente son estrategias para la restauración, compensación y sustitución de las
funciones cognitivas que la persona pueda poseer debido al entorno en el que se encuentra, un
entorno en el cual no se puede desenvolver de manera individual, a veces las personas necesitan
la ayuda de algún familiar, amigo o su mismo terapeuta que lo está ayudando a seguir pero sin un
método adecuado. Nuestro producto busca la adaptación en el proceso de rehabilitación para
cada paciente, de acuerdo a la enfermedad o discapacidad para que el tratamiento sea
personalizado.
La rehabilitación cognitiva lo que busca es poder generalizar cada uno de los eventos de la vida
cotidiana en diferentes terapias, por ejemplo, la nuestra que se basa en la reacción. Su función es
para las personas que no tienen bien desarrollada esa área del cerebro y de esta manera buscamos
poder ayudarles a desarrollarla de una manera efectiva, no sólo se trabaja con la reacción del
179
cerebro, sino que, también se trabaja en la atención del paciente ya que tendrá que poner a prueba
su reacción y su atención al ejercicio.
En la actualidad el declive cognitivo es algo que ya se obtiene al nacer y con el paso del tiempo el
problema que tenga la persona se irá desarrollando de tal manera que le costará mucho más poder
adaptarse al entorno en el que el vive, con la terapia interactiva que nosotros estamos presentando
se busca que la persona se adapte y mejore su calidad de vida desde pequeño, para poder evitar
posibles desarrollos negativos conforme crezca.
En el cerebro se encuentra la neuroplasticidad, que se refiere a la capacidad adaptativa del
sistema nervioso para que no tenga muchos efectos y minimizarlos que han sido modificados por
algún trauma que haya tenido el paciente.
Otro motivo por el cual se realiza el proyecto Focus es para tratar el deterioro cognitivo,
problema que afecta a las personas en sus funciones diarias, tales como: la atención, memoria,
lenguaje, razonamiento, etc. Es posible que a cada infante se le puede presentar solo uno de estos
problemas o bien hay casos en los cuales se le pueden presentar múltiples problemas y su familia
no sabe cómo tratarlos, hay algunas personas que realmente no tienen idea de lo que le pasa a su
familiar o conocido, es por eso que la rehabilitación de este tipo le puede servir mucho al
paciente para que en un tiempo determinado o dependiendo del avance que vaya teniendo es
como se irá desenvolviendo en su vida cotidiana.
Hay casos en los cuales las personas no tienen la función del lenguaje bien desarrollada, les
cuesta comunicarse o expresarse, y la misma familia de esa persona tengan que estar adivinando
qué es lo que quiere decir, hacer o simplemente que les quiera expresar. Otro caso que se trata es
el de la atención, puede que muchas personas tengan un poco de déficit de atención pero puede
llegar a tal gravedad que se han visto casos que por el deterioro de su atención han tenido
consecuencias que hasta en casos extremos si ellos nunca se trataron de una manera adecuada les
costó la vida.
La atención para una persona es importante en su vida cotidiana ya que sin ella no
reaccionariamos a ciertas cosas que pasan en nuestro entorno, sin la atención adecuada, una
persona no tendría reacción alguna ante ciertos eventos que suceden delante del mismo y si el
180
deterioro que se sufre, ya sea por la edad o porque nació con un grado ya desarrollado, no obtiene
el trato adecuado, le podría costar la vida si no ve lo que hay a su alrededor.
Cada una de las enfermedades cognitivas van relacionadas, es como una cadena, sin cierta
función del cerebro puede desencadenar otra función del mismo hasta que llegue a un extremo en
el que sea más difícil adaptarse y poder tener una vida normal en la cual pueda desenvolverse de
manera fluida sin dificultades para trabajar o realizar simples acciones que tengan que ver en la
vida que llevaba antes de que se le desarrollara tal discapacidad.
La memoria de un individuo es necesaria para poder aprender ciertas cosas en la vida, la persona
va aprendiendo desde pequeños con lo que va viendo, pero, si desde pequeño ya hay problemas
de memoria y más adelante debido a eso el infante olvida todo lo que vio en cierto momento de la
vida, no se sabe cómo es que irá aprendiendo lo que tiene que hacer. O bien una persona en la
cual lleve una vida normal, pero que con el paso del tiempo tenga un deterioro de memoria,
tendría muchas consecuencias, claro está que la persona ha vivido muchos momentos pero con el
paso del tiempo y con el deterioro de la memoria pueda olvidar esos momentos o experiencias
vividas, o simplemente que a la persona se le olvide algo tan sencillo como el como escribir o el
como hablar, es ahí donde también puede llegar a costarle mucho a la persona el no poder
combatir contra dicho padecimiento el que está teniendo.
Cada persona tiene un estilo de vida, algunas con mucha facilidad para vivirla pero otras por su
parte tienen que estar luchando con cada una de las enfermedades de las que se han hablado
anteriormente, las personas que padecen alguna de estas enfermedades viven cada día de manera
diferente. El estilo de vida que tiene alguien con los padecimientos cognitivos no es la que
debería tener, es mejor ser tratados con una rehabilitación adecuada a su discapacidad y pueda
tratar de llevar su vida cotidiana y poner en práctica lo que ha aprendido o lo que ha desarrollado
durante la rehabilitación y que vaya mejorando poco a poco su vida.
Otro de los motivos por los cuales se quiso desarrollar este tipo de rehabilitación fue para que los
infantes, que padecen este tipo de discapacidades, no les de trabajo adaptarse en una vida normal,
en la escuela puede que no se estén desarrollando de una manera adecuada y esto repercuta en un
futuro, hay niños que saben que es lo que padecen y sienten que son una carga para sus padres y
sienten que no pueden aprender bien en la escuela, se sienten aislados debido a su discapacidad, a
veces los padres pueden hasta pensar que solo es flojera para poder aprender en la escuela
181
cuando no es así realmente, los niños también pueden padecer las mismas enfermedades
cognitivas que una persona adulta, tal vez no tan desarrollada, pero sí a tal gravedad que para
ellos sea muy difícil adaptarse a su vida normal. La vida de un infante es meramente rutinaria,
van a la escuela aprenden, salen a jugar , pero la de un niño que por ejemplo se le empiece a
deteriorar el déficit del habla o que desde pequeño se le haya desarrollado el problema para el
lenguaje, es muy difícil poderse comunicar con sus amigos de la escuela o simplemente
expresarse y mejor se aíslan y se vuelven solitarios; esto no solo puede afectar su rendimiento en
la escuela, si no que puede tener consecuencias en cómo se desenvuelve con su propia familia y
esta misma puede pensar que solo es que tenga pena de hablar cuando el niño esté padeciendo
dicho déficit del habla por lo consiguiente que no hable con su familia porque no sabe cómo.
La rehabilitación cognitiva realmente puede hacer un gran cambio en la vida de las personas con
los padecimientos anteriores, Esta es la razón por la cual con este tipo de rehabilitación y
sobretodo con este proyecto, podemos ayudar de una manera fácil y efectiva a los padecimientos
mencionados.
Materiales
1. Tarjeta FPGA.
2. Resistencias 330 Ohms
3. Leds
4. Baquelitas de cobre
5. Software de Emulación de Hardware Instalado
Discusión y Conclusiones
Una parte clave que hicimos fue la parte experimental, la cual constó en el estudio que
previamente mencionamos. El estudio se realizó porque no sabíamos exactamente de qué manera
podíamos crear algo que pudiera completar los ejercicios de rehabilitación y terapia que los
infantes con enfermedades cognitivas presentaban, en pocas palabras, queríamos ayudar pero no
sabíamos cómo. Por lo cual comenzamos a investigar sobre las distintas terapias que usualmente
se hacían, pero nos encontrábamos con complementos un poco aburridos que no considerábamos
fueran muy útiles si los usuarios no los consideraban interesantes. Después obtuvimos una idea
de cómo queríamos que fuera nuestro prototipo. Pero necesitábamos la aprobación de un usuario
182
meta, lo cual buscamos y coincidimos que era difícil pedirle a un padre de familia que nos
apoyara con esto, porque ya personas habían intentado acercarse a sus hijos y por diversos
factores dejaban de confiar en ellos. Sin embargo un voluntario de una de nuestras familias pudo
adjuntarse al caso y aportarnos una idea clara.
El estudio constó en investigar que atraía la atención del niño. Algunas veces escuchaba la voz de
sus padres y hacía caso, pero no era inmediato y se debía recurrir a repetir algunas veces su
nombre para que les hiciera caso. Después procedimos a una ronda de sonidos, donde variamos el
volumen de estos. Sonidos de animales, canciones, etc. Esto logró captar su atención e hizo que
repitiera en algunos casos algunos sonidos. Sin embargo se dispersaba y perdía la atención que
habíamos logrado obtener.
Por último recurrimos a las luces, las cuales fueron el mejor resultado. Ya que el voluntario dejó
de realizar otras actividades por estar viendo como los Leds funcionaban. Esto fue un énfasis en
nuestra idea, ya que a partir de allí pudimos deducir que era una propuesta viable.
Al terminar el estudio se empezó con la lluvia de ideas y pudimos juntar la información recabada,
con nuestra imaginación tuvimos la idea de crear un prototipo que fuera amistoso a la vista,
tuviera el propósito de presentarle un reto al usuario para que enfocara su atención en completar
el reto y que fuera el precursor de una campaña de información.
Como se mencionó previamente, debido al estudio pudimos probar que el corrimiento de los Leds
era funcional para captar la atención del usuario. Con esto pudimos incursionar e indagar sobre el
tema, para ver los futuros cambios que podríamos ofrecer. Nuestro voluntario fue un caso exitoso
pero queremos encontrar distintos casos clínicos que nos puedan aportar datos relevantes para el
mejoramiento de nuestro prototipo. Nos queda una ventana de oportunidad que consideramos es
muy buena, ya que conoceremos más a nuestros usuarios meta y podremos encontrar alternativas
que contribuyan con mejoras. Tenemos de ventaja el utilizar un FPGA para que podamos mejorar
los prototipos ya creados sin tener que hacer al usuario adquirir un prototipo nuevo, ya que los
códigos se pueden ir arreglando, dependiendo de los cambios que hagamos. No dimos una
respuesta concreta, porque no sabíamos en un principio si era lo que buscábamos en verdad, y
nos encontramos con un proyecto que podría mejorar vidas lo cual no sólo nos inspiró a
mejorarlo, sino también a crear conciencia de lo importante que podría llegar a ser. Se observó
que el juego captó la concentración de los niños al momento de interactuar con este, ya que estos
183
mostraron un gran interés en completar los 4 niveles. Por lo tanto Podemos deducir que será un
buen complemento en la terapia que reciben los infantes.
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Learning Rx. https://www.learningrx.com/cognitive-stages-for-child-development.htm 2018
Nodo Electrónico https://nodoelectronico.com/2016/01/01/que-son-los-fpgas-como-funcionan-
para-que-sirven-quien-deberia-utilizarlos/
Digikey https://www.digikey.es/es/product-highlight/a/altera/max-10-fpgas
CSI https://www.csi.cat/media/upload/pdf/estimulacion-cognitiva-csi_editora_94_3_1.pdf
BitBrain https://www.bitbrain.com/es/blog/rehabilitacion-cognitiva
[1] Frontiers in Human Neuroscience
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnhum.2016.00034/full
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184
halo https://www.haloneuro.com/pages/science
[2] MIT
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DETERIORO COGNITIVO EN NIÑOS Y ADOLESCENTES
http://repository.ucc.edu.co/bitstream/ucc/5264/1/DETERIORO%20COGNITIVO%20EN
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Cognitive Stage for Child Development https://www.learningrx.com/cognitive-stages-for-child-
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Que es la rehabilitación cognitiva y sus técnicas más utilizadas.
https://www.bitbrain.com/es/blog/rehabilitacion-cognitiva
La rehabilitación de los trastornos cognitivos http://www.rmu.org.uy/revista/2001v2/art8
INEGI https://www.inegi.org.mx/
185
SOFTWARE INTERACTIVO PARA LA INCLUSIÓN SOCIAL DE
PERSONAS CON DISCAPACIDAD (DISCAP)
M.E. Saira Antonieta Vásquez Gamboa ([email protected])
DR. Felipe Rodríguez Ramírez ([email protected])
DRA. Irene García Ortega ([email protected])
M.C. Francisco Vázquez Guzmán ([email protected])
Luis Raúl Otáñez Montiel ([email protected])
Alexis Magdiel Mendoza Vallarta ([email protected])
Tecnológico Nacional de México-Instituto Tecnológico de Tehuacán
RESUMEN
La discapacidad en México, interpretada como parte de una problemática general no genera
situaciones de inclusión ha creado lo contrario, es decir, vulnerabilidad y fragilidad de las
relaciones sociales, favoreciendo la multiplicación de situaciones de exclusión social. Los
programas de inserción social, en mayor o menor grado, han generado una situación de
vulnerabilidad permanente porque no tienen la capacidad para trasladar a la mayoría de las
personas vulnerables a la zona de prosperidad y seguridad. El presente proyecto consiste en
desarrollar un software interactivo de escritorio para el Centro de Atención Múltiple
Gabriela Brimmer (CAM) de la ciudad de Tehuacán, Puebla; buscando asegurar mayor
cobertura, inclusión y equidad educativa, basado en el modelo de habilidades adaptativas
para personas con parálisis cerebral y otras discapacidades mediante el modelo APAC,
mismo que trabaja prioritariamente para lograr la autodeterminación y la plena integración
de la persona con discapacidad a través de dos pilares: el desarrollo de las habilidades y el
logro de sus intereses mediante los módulos de comunicación, ocio y tiempo libre,
autocuidado, académicas y funcionales, sociales, vida del hogar, autodirección, recursos de
la comunidad, salud y seguridad.
Palabras clave: discapacidad, inclusión, software interactivo
186
Introducción
La discapacidad o limitación de alguna facultad física o mental en niños, imposibilita y
dificulta su desempeño normal del aprendizaje del entorno y tienden a ser excluidos de la
sociedad, no teniendo el conocimiento necesario para mejorar su calidad de vida. El Centro
de Atención Múltiple Gabriela Brimmer (CAM) de Tehuacán, Puebla, es una escuela de
educación especial que brinda atención escolarizada integral a niños, niñas y jóvenes con
discapacidad, discapacidad múltiple o trastornos graves del desarrollo, condiciones que
dificultan su ingreso en escuelas regulares. En el CAM, la práctica educativa se realiza bajo
un método tradicional de enseñanza, sin embargo, la falta de material de apoyo hace este
método lento y obsoleto. El prototipo DISCAP es un software interactivo en apoyo a los
alumnos del CAM, desarrollado siguiendo los protocolos APAC (Asociación Pro Personas
con Parálisis Cerebral), y de esta forma automatizar actividades que favorecen la inclusión
social de los niños encaminándolos a ser personas independientes. El modelo APAC surge
como respuesta a la necesidad del consenso institucionalmente como instrumento común,
teóricamente fundamentado y empíricamente probado, unificando criterios e
intervenciones, así como parámetros de evaluación de los avances de los niños y jóvenes
además de evaluar las prácticas profesionales del docente, incluyéndolos en el proceso
como protagonistas y no como observadores. El modelo se basa en el desarrollo de la
persona, resaltando y evaluando pre-requisitos y habilidades adaptativas desde los 0 hasta
25 años aproximadamente. Consecuentemente las adquisiciones tienen fuertes influencias
del ambiente y entorno.
Los resultados de la evaluación indican el desarrollo gradual de las habilidades adaptativas
y mediante el desarrollo e implementación de un software interactivo, se le permite al
docente llevar un control y seguimiento de los alumnos para favorecer la inclusión social y
la equidad educativa. Este software está basado en el modelo de habilidades adaptativas
para personas con parálisis cerebral y otras discapacidades mediante el modelo APAC.
187
Desarrollo
Para el desarrollo de software de este proyecto se utiliza el modelo de prototipos, ver Figura
1.
Se utiliza este modelo porque permite que algunas de las partes del sistema final se
construyan rápidamente para comprender bien su interacción y funcionalidad. Además, de
ser una de las metodologías que mejor se adapta a la implementación de nuevos
requerimientos o especificaciones según sea necesario, o de la forma que debería tomar la
interacción humano-máquina (Bretón, García, & Rojas, 2011).
El paradigma de construcción de prototipos tiene tres pasos:
Escuchar al cliente, recolectar requisitos, encontrar y definir los objetivos globales, se
identifican los requisitos conocidos y las áreas donde es obligatorio más definición.
Construir y revisar la maqueta (prototipo).
El cliente prueba la maqueta (prototipo) y lo utiliza para refinar los requisitos del software.
Figura 26. Etapas del modelo de prototipos
(Fuente:
http://gestionrrhhusm.blogspot.com/2011/05/model
o-de-prototipo.html
El proyecto se realiza utilizando una metodología cualitativa basándose en la observación
continúa, así como también analizando cada situación relacionada con el comportamiento
de los alumnos para la obtención de la información, aplicando técnicas como: entrevistas y
188
observación. De los participantes se cuenta con el grupo inicial: un alumno con
discapacidad intelectual, preescolar: cinco alumnos de discapacidad intelectual, uno con
autismo y una de baja visión, en primero de primaria: tres alumnos con discapacidad
intelectual y uno con espectro autista, tercero de primaria: un alumno con autismo, seis con
discapacidad intelectual, sexto de primaria: cuatro alumnos con discapacidad intelectual y
uno con autismo, primero de secundaria: doce alumnos con discapacidad intelectual.
En cuanto a la recolección de datos uno de los instrumentos que se utilizan son las
entrevistas semiestructuradas teniendo como ventaja preparar un guion sobre lo que se
desea preguntar, y que permite al informante expresar sus opiniones, matizar respuestas de
la conversación de forma natural. En cuanto a la observación se lleva a cabo de manera no
estructurada ya que se busca versatilidad de conductas que pueden ser de interés para el
objeto de investigación.
Creación del programa
Para la creación y desarrollo del software interactivo de inclusión social de personas con
discapacidad (Discap) se utiliza el lenguaje de programación Visual studio, C#, Photoshop
para detallar las imágenes que presenta la pantalla de acceso al contenido y se divide en dos
partes, la primera corresponde a el módulo a evaluar y la segunda parte corresponde al
módulo de ejercicios, ver Figura 2.
189
Figura 27. Interfaz inicial del software interactivo (Fuente: elaboración propia)
A continuación, en la Figura 3, se muestran cada uno de los módulos (sensopercepción,
discriminación de formas, nociones temporo espaciales, lateralidad, memoria auditiva,
memoria visual, prenuméricos, esquema corporal, escritura, lectura, cálculo), de los que
consta el protocolo APAC que han sido implementadas, dicho modelo se basa en el
desarrollo de la persona, resaltando y evaluando pre-requisitos y habilidades adaptativas.
Figura 28. Protocolo valoración de habilidades adaptativas (Fuente: elaboración propia)
190
Las siguientes imágenes presentan el menú de <<SENSOPERCEPCIÓN>> donde el
alumno realiza discriminación de colores primarios, secundarios y otros, mediante diversas
figuras geométricas o juguetes, como se muestra en la Figura 4 y Figura 5.
Figura 29. Sensopercepción colores con diferentes juguetes y objetos (Fuente: elaboración propia)
Figura 30. Sensopercepción colores con diferentes juguetes y objetos (Fuente: elaboración propia)
191
La importancia de la sensopercepción en niños con alguna discapacidad presenta tres fases:
detección, transmisión y procesamiento, en esta última el estímulo llega al cerebro donde es
interpretado.
Es así la presentación de variados objetos con el mismo color, en la Figura 6 se muestran
algunos de los objetos de color azul.
Figura 31. Sensopercepción objetos color azul (Fuente: elaboración propia)
En la Figura 7, se muestran objetos de color rojo.
192
Figura 32. Sensopercepción objetos color rojo (Fuente: elaboración propia)
Las imágenes que se muestran en la Figura 8, corresponden al menú de
<<DISCRIMINACIÓN DE FORMAS>>, que se utiliza para que el alumno Discrimine
formas geométricas básicas: círculo, cuadrado, triángulo y rectángulo.
Figura 33. Formas geométricas básicas: círculo, cuadrado, triángulo y rectángulo (Fuente: elaboración
propia)
193
Las imágenes que a continuación se muestran representan la figura geométrica de círculo,
esta figura está representada por diversos objetos que son de utilidad para que el alumno
identifique recursos de la comunidad, ver Figura 9.
Figura 34. Recursos de la comunidad (Fuente: elaboración propia)
En el menú de <<nociones temporo espaciales>> se presentan imágenes que consisten en
un conjunto de técnicas, mediante las cuales él alumno se ubica en la situación del tiempo
(orientación temporal), en el espacio (orientación espacial) y respecto a su propia persona
(orientación personal).
Estas imágenes proporcionan al alumno una mayor comprensión de aquello que le rodea y
produce un aumento en la sensación de control y en la autoestima ver Figura 10.
194
Figura 35. Identifica: día-noche (Fuente: elaboración propia)
Conocer los días de la semana forman parte del menú de <<nociones temporo espaciales>>
ya que tiene la capacidad de manejar información relativa a: de dónde venimos, dónde
estamos en un momento específico, a dónde vamos, ver Figura 11.
Figura 36. Conocer días de la semana (Fuente: elaboración propia)
195
Diferencia: arriba – abajo es una actividad más del menú de <<nociones temporo
espaciales>> que presenta objetos que están en diferentes posiciones, para que el alumno
diferencie si es arriba, abajo o adelante y atrás, ver Figura 12.
Figura 37. Actividad arriba-abajo (Fuente: elaboración propia)
En el menú <<LATERALIDAD>> se encuentran actividades que apoyan para que el
alumno aprenda a distinguir entre derecha e izquierda y muestra la identificación de un lado
de su cuerpo, ver Figura 13.
196
Figura 38. Identificación de izquierda y derecha (Fuente: elaboración propia)
En la Figura siguiente, se solicita al alumno muestre la mano derecha y después la
izquierda; también se le puede solicitar que muestre otra parte del cuerpo del lado derecho e
izquierdo. Si sus limitaciones físicas no le permiten mover de forma voluntaria la parte del
cuerpo indicada, se le solicita que la señale con la vista, ver Figura 14.
Figura 39. Identificación mano izquierda (Fuente: elaboración propia)
197
Se continúa con la misma dinámica para la identificación de la mano derecha, ver Figura
15.
Figura 40. Identificación mano derecha (Fuente: elaboración propia)
Continuando con el menú de lateralidad se le pide al alumno que señale alguna parte
derecha o izquierda del cuerpo de la imagen que se le presenta, el alumno y evaluador
deberán estar frente a la pantalla. Si no logra señalar, se le pedirá que mire la parte del
cuerpo indicada, ver Figura 16.
198
Figura 41. Reconoce parte derecha o izquierda opuesta al alumno (Fuente:
elaboración propia)
En el menú <<Cálculo>>, se realiza conteo así como reconoce números anteriores y
posteriores y realiza secuencia de números, ver Figura 17.
Figura 42. Reconoce numeración del 1-5 (Fuente: elaboración propia)
En la siguiente imagen al alumno identifica la secuencia del 1-10, ver Figura 18.
199
Figura 43. Reconoce secuencia de 1-10 (Fuente: elaboración propia)
Programación de acciones
Para la programación de los botones que en la mayoría de los casos tienen una función de
menú y los cuales son la principal herramienta en el software, se utilizó el lenguaje de
programación C# y el entorno de desarrollo integrado Microsoft Visual Studio 2017 en su
versión 15.8.7 y su respectivo Framework 4.7.03190, ver Figura 19.
Figura 44. Programación de acciones (Fuente: elaboración propia)
200
La segunda parte dentro del software interactivo, corresponde al módulo <<Evaluar>> el
cual consta de una serie de instrumentos que realiza el docente en base al seguimiento del
alumno en un concentrado de habilidades a evaluar, donde el docente puede indicar el nivel
de dominio que el alumno tiene en cada uno de los menús del software interactivo, para lo
cual debe marcar la columna que corresponda.
Las opciones entre las que puede elegir son: Lo logra, No lo logra o En Proceso.
En este formato también se integra una columna de observaciones, donde se pueden llevar a
cabo anotaciones relacionadas con la evaluación del reactivo. Ver Figura 20 y Tabla 1.
Figura 45. Módulo <<Evaluar>> (Fuente: elaboración propia)
Tabla 10. Habilidades académicas funcionales
LATERALIDAD
Actividad No lo logra En proceso Lo logra Observaciones
Fecha 10-03-
19
10-03-
19
10-03-
19
Identifica
Derecha-
Izquierda
Patrón
cruzado
Aun se
confunde
Derecha.
Izquierda
No responde a
la imagen
201
en objetos Fuente: modelo de valoración de habilidades adaptativas para personas con parálisis cerebral y otras
discapacidades
Cabe mencionar para evaluar cada una de las habilidades académicas funcionales del
desarrollo de habilidades adaptativas debe de existir un formato que sirve para dos
momentos de evaluación, uno que se recomienda se realice algunas semanas después de
que inicie el ciclo escolar, y otra al final del mismo; esta opción permite al docente ver con
claridad cuáles han sido los avances de cada alumno.
Es imprescindible el llenado de este concentrado, ya que los resultados serán vaciados en
gráficos, para tener una impresión visual de las habilidades que domina el alumno, y de
aquellas donde se requiere mayor apoyo.
Pregunta de investigación
¿Qué efecto produce el software interactivo en alumnos del CAM?
Resultados y conclusiones
Actualmente iniciar una nueva era educativa permite evolucionar con el uso de la
tecnología de la información y comunicación; el presente prototipo tiene como finalidad
integrar la tecnología en el aula educativa del Centro de Atención Múltiple (CAM) Gabriela
Brimmer y explicar que esta acción va más allá del simple uso de la computadora y su
software. Para que la integración con el currículo sea efectiva, se necesita mostrar,
profundizar y mejorar el proceso de aprendizaje con una participación activa tanto de
alumnos como docentes, colaboración entre grupos y así incluirse en la sociedad. La
integración de la tecnología de manera eficaz se logra si se toma en cuenta la constancia e
interés que se tenga, lo agradable que sea el software para que los alumnos lo disfruten y
contribuyan a desarrollar el proceso de enseñanza de los protocolos APAC.
202
El software puede ser utilizado en escuelas que atienden niños con discapacidades
especiales de tipo intelectual y que hacen uso de los protocolos APAC. Permite automatizar
las habilidades adaptativas de la persona con discapacidad para lograr la autodeterminación
y la plena integración siguiendo el protocolo APAC que se basa en el desarrollo de la
persona. El docente puede llevar a cabo la evaluación y el seguimiento de las habilidades
adquiridas o las que están en proceso de lograrse, así tiene una visión global para orientarlo
en el trabajo que desarrollará en el siguiente ciclo escolar.
El docente implementará el software durante clases con ayuda de proyectores y equipos de
cómputo, algún dispositivo móvil (celulares, tabletas, etc.). El estudiante repasará los temas
del protocolo APAC para realizar las actividades en clase de forma interactiva y de manera
grupal con sus compañeros, la intención de este software interactivo es incluir al niño con
diferente discapacidad a escuelas regulares realizando un mejor desempeño.
Este proyecto fue realizado en colaboración del cuerpo académico Desarrollo de Proyectos
de Software (ITTEH-CA-7) y el cuerpo académico Desarrollo de aplicaciones y uso de las
Tecnologías de la Información (ITTEH-CA-9).
Con especial agradecimiento a la directora del Centro de Atención Múltiple Gabriela
Brimmer Maestra Arisbet Paola Méndez Sánchez y de la Directora del Instituto
Tecnológico de Tehuacán M.E. Yeyetzin Sandoval González por todo el apoyo
proporcionado en el desarrollo del proyecto.
203
Referencias
Alarcón, P. P., Baldeón, S. G., & Alarcón, P. G. (2017). Uso de software interactivo en el
aprendizaje de la asignatura de estudios sociales. Obtenido de Revista Atlante:
cuadernos de Educación y Desarrollo:
http://www.eumed.net/rev/atlante/2017/06/software-interactivo-educacion.html
Bretón, J., García, G., & Rojas, I. (2011).
http://gestionrrhhusm.blogspot.mx/2011/05/modelo-de-prototipo.html. Obtenido de
http://gestionrrhhusm.blogspot.mx/2011/05/modelo-de-prototipo.html
Brogna, P., Serrano, D. G., Garrido, R. E., Zires, O. M., Jiménez, T. P., Hernández, G. J., &
García, D. E. (2006). Modelo de valoració de habilidades adaptativas para personas
con paralisis cerebral y otras discapacidades. México, México.
ENVERA. (s.f.). Habilidades adaptativas en personas con discapacidad intelectual.
Obtenido de Asociación de empleados de Iberia padres de personas con
discapacidad intelectual: https://grupoenvera.org/sin-categoria/habilidades-
adaptativas-en-personas-con-discapacidad-intelectual/
García, G. J. (s.f.). Software de comunicación para personal con parálisis cerebral.
Obtenido de
https://eprints.ucm.es/39887/1/Software%20de%20comunicaci%C3%B3n%20para
%20personas%20con%20par%C3%A1lisis%20cerebral%20-%20Memoria.pdf
SEMS (SECRETARÍA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIOR). (2017). Modelo
educativo: Equidad e inclusión. Obtenido de http://www.sems.gob.mx