Accesibilidad de los materiales educativos a través de la percepción háptica

Torres Cosío, Verónica
Vázquez Alejandre, Emilia Jazmín
Cossio Franco, Edgar

Resumen: En este trabajo se muestra un estudio de las diferentes técnicas y herramientas con las cuales cuentan las personas invidentes para percibir materiales educativos mediante háptica. Se muestra un estado del arte de las herramientas y una descripción de cada propuesta.

1. Introducción

El éxito de la cultura de la educación radica en la inclusión tanto de personas no invidentes como invidentes. La importancia de involucrar en los materiales educativos aspectos que permitan que las personas invidentes perciban en la misma medida que los no invidentes la información, que es formación y/o educación, equivale a posibilitar que el nivel de aprendizaje sea equitativo.

Una de las áreas donde existe un reto importante en el proceso de enseñanza-aprendizaje, como señalan Smith y Smother (2012), es en las matemáticas, ya que es ahí donde el sentido de la vista cobra especial importancia. En este sentido existen herramientas como las que estudiaron Lahav et al. (2012) y Petridou et al. (2011), que ponen de manifiesto que para el invidente no hay impedimento en aprender matemáticas.

El presente artículo tiene como finalidad presentar una gama de herramientas de tecnología basadas en la percepción háptica y dirigidas a personas invidentes, como medios para facilitarles el acceso al conocimiento y el aprendizaje.

La percepción háptica (PH), según Bedia y Castillo (2010), es la combinación de las percepciones táctil y quinestésica, es decir, la percepción de la información obtenida a través del uso activo de manos y dedos, excluyendo toda receptividad pasiva de la estimulación suministrada directamente en la mano del percepetor; una manera de obtener información de un entorno y aprender de él (Lahav et al. ;2012) (Petridou; 2011). Para el caso de las personas invidentes, afirman Shimomura, Hvannberg y Hafsteinsson (2010), la PH cobra importancia a partir de que es posible para ellos aprender mediante el sentido del oído y tacto, de su entorno y, más aún, obtener de materiales educativos conocimiento que se transforma en aprendizaje y aprendizaje que se transforma en experiencia.

Podemos establecer una analogía respecto a cómo aprenden los agentes inteligentes en el área de inteligencia artificial; un agente inteligente es un ente que, habitando un entorno, actúa y aprende del contacto con otros agentes y del contacto con el ambiente mismo (Barrera et al.; 2011). De igual forma, una persona invidente aprende de su entorno tocando, escuchando, saboreando y en general apoyándose de sus sentidos (Ferrier; 2006). Cuando un invidente no tiene la habilidad para percibir de manera natural su entorno, como alternativa puede apoyarse en entornos virtuales (Lahav et al.; 2012) (Ferrier; 2006) (Lahav, Mioduser; 2004).  

Un entorno virtual o realidad virtual es la tecnología que se refiere a esquemas y escenarios interactivos generados por computadora en los que los usuarios están inmersos, y donde la información mostrada es percibida como natural, aunque los entornos son modificados dependiendo de los movimientos del usuario (Ferrier; 2006).

Torre (2006) plantea que aunque la PH se da mediante el tacto, no está limitada y extiende sus posibilidades mediante el audio, ya sea en entornos reales o virtuales (Mousavi, Low, Sweller; 1995).  

Según Torre (2006) mediante la PH se manifiestan una serie de sistemas que trabajan paralelamente para poder llevar a cabo el proceso de percepción de información, entre los cuales se encuentra el sistema somatosensorial.

La tecnología juega un papel muy importante en la PH dado que en los últimos años se han llevado a cabo diferentes investigaciones para apoyar a las personas invidentes a reaccionar ante distintos materiales educativos y aprender de ellos, convivir, establecer lazos de comunicación y aprendizaje, ya sea mediante entornos reales o virtuales (Hayward et al.; 2004).  

2. Las herramientas

Existe una amplia gama de herramientas que apoyan al aprendizaje de las personas invidentes mediante PH. A continuación se presenta una clasificación formada por las siguientes categorías: Braille, Juegos, Matemáticas, Multimodal, Procesador de imagen y Entornos virtuales.

Braille

Nian-feng y Li-rong (2011) realizaron una propuesta orientada a la traducción de texto en braille a caracteres chinos, un modelo que podría extrapolarse a cualquier otro lenguaje. Los experimentos mostraron que los métodos descritos en este documento pueden identificar y extraer con eficacia el Braille y, finalmente, traducirlo al chino.

Matsuda e Isomura (2010) desarrollaron un dispositivo de dedo de soporte Braille que ayuda no sólo a la comunicación verbal, sino también a la no verbal (emocionales), la comunicación entre las personas sordo-ciegas y sin discapacidad. En su trabajo desarrollan un método para la enseñanza de la expresión emocional (alegría, tristeza y la ira) usando las frases sobre la impresión de expresión emocional. Los resultados del experimento de evaluación mostraron que los sujetos sin discapacidad podrían cambiar la duración y carga de la enseñanza de la expresión emocional.

Juegos

La integración de los videojuegos en la educación y el aprendizaje ha tenido un impacto significativo en el aprendizaje de los niños, ayudando a hacer del aprendizaje una experiencia aún más agradable. En el trabajo de Petridou et al. (2011) se describe el desarrollo de un marco de diseño de un juego de retroalimentación educativa para que los estudiantes invidentes puedan practicar y aprender acerca de los objetos 3D en el espacio libre. En última instancia este es un paso en el proceso de desarrollar juegos que permitan a los estudiantes invidentes aprender conceptos matemáticos más complejos que parecen necesitar una comprensión visual, tales como la geometría y el uso de gráficos. El diseño de este juego fue derivado de las expectativas y necesidades de los usuarios finales. El objetivo final fue utilizar el mismo canal que se utiliza en la exploración háptica de objetos reales. Se utiliza un enfoque de diseño centrado en el usuario para preparar una especificación detallada del entorno de aprendizaje virtual (VLE) y la revisión de desarrollo de prototipos utilizando Novint Falcon.

La participación de los educadores y padres de familia en el proceso de diseño es crucial, pero con el fin de comprender e identificar las necesidades y expectativas de los usuarios finales es importante involucrar a dichos usuarios en el proceso de diseño. En este trabajo se presentan los resultados de los experimentos con los usuarios invidentes, así como entrevistas con estos usuarios, sus padres y maestros para establecer el marco de diseño. Se  discuten los primeros resultados obtenidos de la fase de pruebas realizadas en la manipulación y el reconocimiento de primitivas geométricas 3D por un grupo de enfoque y se destacan las mejoras que deben hacerse.

Matemáticas

En el estudio realizado por Smith y Smothers (2012) se evaluó la traducción de gráficos matemáticos a Braille. El estudio se realizó con 598 gráficos de datos obtenidos de 10 libros de matemáticas. Los investigadores validaron los resultados a través del análisis comparativo de los gráficos táctiles.

En otro proyecto Rovira y Gapenne (2009) trabajaron con una plataforma llamada Tactos, consistente en una tableta con un apuntador, una computadora y un simulador táctil. Cuando el usuario dibuja una línea en la tableta, el software establece la relación entre esta línea (específicamente la posición del apuntador) en la tableta y el simulador, de tal manera que el simulador táctil (Braille) se activa y dibuja una codificación.

Scoy, McLaughlin y Fullmer (2005) realizaron una investigación en la que analizaron el desarrollo de una herramienta gráfica para ayudar en la enseñanza de habilidades de pre-cálculo a los estudiantes invidentes. En el trabajo se analizaron los esfuerzos anteriores y en curso para desarrollar un instrumento que facilitara y permitiera a los estudiantes invidentes examinar y explorar los datos y gráficos abstractos, así como otras entidades matemáticas, mediante háptica.

Multimodal

Las computadoras se han convertido en herramientas de comunicación, información, exploración y estudio para los jóvenes, independientemente de sus capacidades. Los científicos están desarrollando  conocimientos sobre cómo las personas invidentes pueden sustituir su capacidad auditiva o táctil por la vista, o cómo la combinación de sentidos (multimodales) puede permitir al usuario una forma efectiva de explotación de la potencia y posibilidades de las computadoras.

En esta línea, Shimomura, Hvannberg y Hafsteinsson (2010) llevaron a cabo un estudio sobre la forma en la que las personas invidentes usan las computadoras para las tareas diarias con la ayuda de las tecnologías de asistencia. El objetivo fue comprender qué obstáculos se encuentran en la interacción con una computadora con sentidos distintos.

Una de las tecnologías de asistencia de mayor uso es el lector de pantalla, que produce una salida a un sintetizador de voz o una pantalla Braille. Se realizó una prueba de usabilidad para evaluar la capacidad de los estudiantes invidentes de escuela primaria para llevar a cabo tareas comunes con la ayuda de una computadora, incluyendo resolución de problemas matemáticos, navegación web, comunicación mediante correo electrónico y el uso de procesador de textos. Durante las pruebas de usabilidad a los estudiantes se les permitió utilizar el modo auditivo o el modo táctil. Aunque la mayoría de los usuarios invidentes comúnmente utilizan un sintetizador de voz (audio), los resultados indicaron que este no siempre es el más adecuado. Mientras que la eficacia de las celdas Braille (Interfaz de usuario táctil) para llevar a cabo determinadas tareas fue similar a la de la interfaz de usuario de audio, la satisfacción fue mayor.

Las computadoras personales, videojuegos en línea y teléfonos móviles proporcionan acceso instantáneo a la información de todo el mundo. Hay una amplia variedad de opciones disponibles para hacer la información accesible para las personas con discapacidad visual, tantas que la elección de una a menudo puede parecer desalentadora para alguien nuevo en el ámbito de la accesibilidad. Power y Jürgensen (2010) revisaron las herramientas y técnicas para la presentación de los textos, documentos gráficos, matemática y la web a través de audio y modalidades táctiles para personas con discapacidad visual. Entre los ejemplos de aplicaciones que se han diseñado específicamente para personas con discapacidad visual están: un museo háptico en piezas de arte virtuales que se pueden tocar y explorar, exploración multimodal de gráficas para la comprensión de los datos, un navegador molécula no-visual, navegación en entornos desconocidos, exploración de la web y exploración de escenas virtuales (HOMERE).

La investigación sobre la accesibilidad de la información para las personas con discapacidad visual es amplia, sin embargo, con el rápido ritmo al que cambia la tecnología, es importante para los investigadores y desarrolladores aportar soluciones abstractas que no dependen de tecnologías específicas, para que la accesibilidad de toda la presentación de información se pueda lograr en el futuro.

Se ha sugerido que la inmersión de la tecnología de realidad virtual (VR) permite la construcción de conocimiento y, de esta manera, proporciona una alternativa para el proceso educativo. La tecnología multisensorial VR se adapta muy bien a las necesidades de las ciencias que requieren un mayor nivel de visualización y de interacción háptica, que se refiere a las interacciones físicas con los entornos virtuales (VEs) que pueden acoplarse con otras modalidades sensoriales como la visión y la audición, y que se asocia con otros canales como la retroalimentación olfativa.

En su investigación Ferrier (2006) presentó la escala humana multimodal VE VIREPSE (plataforma de realidad virtual para la simulación y la experimentación) que proporciona interacción háptica mediante una Interfaz basada en cadena llamada SPIDAR (interfaz espacio dispositivo de realidad artificial).

Por su parte Yu et al. (2006) presentaron una nueva interfaz diseñada para ayudar a las personas invidentes y deficientes visuales a explorar y navegar por la Web. En comparación con herramientas auxiliares tradicionales, como lectores de pantalla y lupas, la nueva interfaz emplea una combinación de características hápticas de audio, para proporcionar información de navegación a los usuarios. Las características hápticas se presentan a través de una fuerza de respuesta de bajo costo de ratón. El audio proporciona información de navegación y de texto a través del uso de sonidos sin voz y del habla sintetizada.

La interacción con la interfaz multimodal ofrece una nueva experiencia para usuarios finales, especialmente para invidentes. Se han realizado una serie de experimentos para determinar la facilidad de uso de la interfaz y comparar su rendimiento a la de un lector de pantalla tradicional. Los resultados han demostrado las ventajas que la interfaz ofrece para las personas invidentes y deficientes visuales. Esto incluye la intensificación de la percepción espacial del diseño de páginas Web y la navegación hacia los elementos en una página.

Vítek y Klíma (s.f.) introducen un proyecto denominado PERSEUS cuyo objetivo es ayudar a las personas invidentes, proponiendo mejoras con respecto a otros dispositivos de ayuda. Por ejemplo, PERSEUS digitaliza el entorno completo, mientras que otros se limitan a identificar objetos cercanos a la persona.

Nishino et al. (2008) implementaron un sistema de educación interconectado en línea entre los participantes físicamente separados, dirigido a la enseñanza manuscrita. Además de la información visual y acústica, el sistema proporciona un canal háptico para aprender intuitivamente habilidades motoras finas del instructor a distancia a través del sentido del tacto, es decir, para aprender a escribir a mano caracteres desconocidos con la sensación de movimientos de la mano del instructor.

El sistema de asistencia háptica (HAT) propuesto por Kim et al. (2013) consiste en una estación de trabajo  de retroalimentación para la transferencia y la mejora de escritura a mano. Se trata del primer sistema de formación de escritura a mano cuya facilidad de uso se probó en aulas de educación de un distrito escolar local. Se realizó un estudio comparativo sobre el rendimiento de escritura de veinte participantes agrupados en cuatro categorías según el tipo de educación (especial vs típica) y dispositivos hápticos (Phantom Omni ™ vs Novint Falcon ™). Como resultado se observó que los niños rápidamente se adaptaron al sistema. El sistema HAT puede jugar un papel importante en los programas escolares, no sólo para mejorar las habilidades de escritura a mano, sino también para el aprendizaje de diversas actividades basadas en lápiz. Por ejemplo, se puede utilizar para la enseñanza de un arte de la escritura, como la escritura cursiva, una habilidad que está desapareciendo rápidamente de las escuelas de los Estados Unidos (Rizzo; 2012).

Procesador de imagen

Los programas de electrónica en ingenierías tienen recursos pedagógicos como la documentación que no son accesibles para las personas invidentes. Zapirain et al. (2011) presentaron un algoritmo de código abierto integrado en una herramienta compatible con OppenOffice que aplica un procesamiento digital de imágenes y técnicas de visión artificial a los esquemas de circuitos, y proporciona una descripción textual automática de la secuencia de los componentes electrónicos y la posición en general.

Entornos Virtuales 

Lahav et al. (2012) se proponen como objetivos evaluar las diferentes modalidades (táctil y auditiva) y herramientas de navegación, y la evaluación de los mapas cognitivos espaciales empleados por personas invidentes. En este trabajo se desarrolla y prueba el sistema BlindAid, ideado para que el usuario pueda explorar un entorno virtual. Los resultados de evaluación preliminares confirmaron que el sistema permitió a los participantes desarrollar mapas cognitivos globales explorando el entorno virtual. El sistema BlindAid puede ser utilizado como simulador de entrenamiento de rehabilitación y para apoyar a las personas invidentes en la exploración y la recolección de información espacial con antelación.

3. Conclusión

En el presente trabajo se han revisado diferentes esquemas de apoyo basados en percepción háptica, con el fin de hacer accesibles los materiales educativos para personas invidentes. Hay que destacar que en la mayoría de las investigaciones los resultados de su evaluación han sido positivos, evidenciando no solo la necesidad de este tipo de trabajos de investigación, sino también la pertinencia de las propuestas específicas que presentan.

4. Bibliografía

Barrera, J. P., Vizcaíno Barceló, A., Portillo Rodríguez, J., & Piattini Velthuis, M. (2011). Una arquitectura multi-agente para apoyar el uso de comunidades de práctica en las organizaciones. Computación y Sistemas. 14(3), 225-244.

Bedia, M. G., y Castillo, O. L.F. (2010). Hacia una teoría de la mente coroporizada. La influencia de los mecanismos sensomotores en el desarrollo de la cognición. Revista ÁNFORA. Vol. 17(28), 101-124. Recuperado de http://repositorio.autonoma.edu.co/jspui/bitstream/11182/198/1/Anfora-28-06-Manuel-Bedia.pdf

Ferrier, E. R. T. R.  (2006). Multi-modal virtual environments for education with haptic and olfactory feedback. Virtual Reality, 10(3-4), 207-225.

Hayward, V., Astley, O. R., Cruz-Hernandez, M., Grant, D., & Robles-De-La-Torre, G. (2004). Haptic interfaces and devices. Sensor Review, 24(1), 16-29.

Kim, Y.-S., Collins, M., Bulmer, W., Sharma, S., & Mayrose, J. (2013). Haptics Assisted Training (HAT) System for children's handwriting. IEEE World Haptics Conference 2013 , 6.

Lahav, O., & Mioduser, D. (2004). Exploration of unknown spaces by people who are blind using a multi-sensory virtual environment. Journal of Special Education Technology, 19(3), 15-23.

Lahav, O., Schloerb, D., Kumar, S., & Srinivasan, M. (2012). A virtual environment for people who are blind - a usability study. Journal of Assistive Technologies, 6(1), 38-52.

Matsuda, Y., & Isomura, T. (2010). Teaching of Emotional Expression using Finger Braille. 2010 Sixth International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing , 4.

Mousavi, S. Y., Low, R., & Sweller, J. (1995). Reducing cognitive load by mixing auditory and visual presentation modes. Journal of Educational Psychology, 319-334.

Nian-feng, L., & Li-rong, W. (2011). A kind of Braille paper automatic marking system. 2011 International Conference on Mechatronic Science, Electric Engineering and Computer , 4.

Nishino, H., Yamaguchi, A., Kagawa, T., & Utsumiya, K. (2008). A Networked Virtual Environment for Teaching Handwritten Characters. 22nd International Conference on Advanced Information Networking and Applications , 8.

Petridou, M., Blanchfield, P., Alabadi, R., & Brailsford, T. (2011). User centred design and development of an educational force-feedback haptic game for blind students. Paper presented at the pp. 465-XVII.

Power, C., & Jürgensen, H. (2010). Accessible presentation of information for people with visual disabilities. Universal Access in the Information Society, 9(2), 97-119.

Rizzo, J. (2012). Disappearing Act. National Geographic.

Rovira, K., & Gapenne, O. (2009). Tactile classification of traditional and computerized media in three adolescents who are blind. Journal of Visual Impairment & Blindness, 103(7), 430-435.

Scoy, F. V., McLaughlin, D., & Fullmer, A. (2005). Auditory augmentation of haptic graphs developing a graphic tool for teaching precalculus skill to blind students. Proceedings of ICAD 05-Eleventh Meeting of the International Conference on Auditory Display , 5.

Shimomura, Y., Hvannberg, E. T., & Hafsteinsson, H. (2010). Accessibility of audio and tactile interfaces for young blind people performing everyday tasks. Universal Access in the Information Society, 9(4), 297-310.

Smith, D. W., & Smothers, S. M. (2012). The role and characteristics of tactile graphics in secondary mathematics and science textbooks in braille. Journal of Visual Impairment & Blindness, 106(9), 543-554.

Torre, G. R. (2006). The Importance of the Sense of Touch in Virtual and Real Environments. Haptic User Interfaces for Multimedia Systems , 7.

Vítek, S., & Klíma, M. (s.f.). PERSEUS Personal Help for Blind User. 4.

Withagen, A., Vervloed, M. P. J., Janssen, N. M., Knoors, H., & Verhoeven, L. (2010). Tactile functioning in children who are blind: A clinical perspective. Journal of Visual Impairment & Blindness, 104(1), 43-54.

Yu, W., Kuber, R., Murphy, E., Strain, P., & McAllister, G. (2006). A novel multimodal interface for improving visually impaired people's web accessibility. Virtual Reality, 9(2-3), 133-148.

Zapirain, B. G., Mendez Zorrilla, A., Ruiz, I., & Muro, A. (2011). Learning electronics using image processing techniques for describing circuits to blind students. 5.