RESÚMENES
FASE 1. DESARROLLO DE INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA PARA PERSONAS CON LIMITACIONES MOTORAS, VISUALES Y DEL HABLA.
La mayoría de ellos abarcan una discapacidad siendo la de la vista la más desarrollada como ayuda a invidentes pero se desea presentar este proyecto que se centra en el desarrollo de una innovación mediante el uso del código java para el diseño de una interfaz gráfica amigable al individuo así como también un hardware basado en la tecnología del giroscopio para mover el puntero del computador que le ayudara al usuario la interacción con el mismo exteriorizando cualquier idea o pensamiento a través del software con realimentación auditiva. En el siguiente esquema se muestra resumidamente las etapas del sistema
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| Esquema del Proyecto. VCLAIB 2011. |
Este avance está conformado por diversos materiales tales como los dispositivos electrónicos Lisy300Al, PIC18F4550 y a nivel de software Java SE, JMF (java media framework), Nimrodlf, Netbeans , Driver genéricos HID, Proteus Isis, Compilador C CSS, firmware HID, Google Transliterate Api.
El sistema ha sido probado con personas sanas demostrando un buen funcionamiento en cuanto a movimiento del puntero, selección de letras, palabras, visualización y realimentación por sonido. Las pruebas se han realizado mayormente al software mediante el uso del ratón como periférico debido a que los sensores giroscopios aun se encuentra en fase de acoplamiento y pruebas. La transmisión por via usb funciona correctamente por medio de emuladores, entre el microcontrolador y el pc para el envio y recepción de datos. Para este entonces el proyecto fue aceptado en el V Congreso Latino Americano de Ingeniería Biomédica y publicado en la editorial Springer.
FASE 2. RESPUESTA DEL SISTEMA DE AYUDA TÉCNICA IHM EN DISCAPACIDADES MÚLTIPLES (MOTORAS, VISUALES Y DEL HABLA)
En los años futuros, la discapacidad será un motivo de preocupación aún mayor, pues su prevalencia está aumentando. Ello se debe a que la población está envejeciendo y el riesgo de discapacidad es superior entre los adultos mayores, y también al aumento mundial de enfermedades crónicas tales como la diabetes, las enfermedades cardiovasculares, el cáncer y los trastornos de la salud mental. En consecuencia, la Organización Mundial de la Salud y el Grupo del Banco Mundial han producido conjuntamente un informe sobre la discapacidad para proporcionar datos destinados a la formulación de políticas y programas innovadores que mejoren las vidas de las personas con discapacidades y faciliten la aplicación de la Convención de Naciones Unidas sobre los Derechos de las Personas con Discapacidad, que entró en vigor en mayo de 2008.
Actualmente, existen trabajos orientadas a este campo para tratar las discapacidades como la del electroencefalograma, en el empleo de la energía espectral y la diferencia en 4 bandas delta y theta, beta, alfa y gamma como alternativa a los diseños de interfaces cerebro máquinas (BCI), mediante el uso de un filtro de respuesta finita al impulso (FIR), Elíptico para detectar las tareas mentales y clasificarlas por redes neuronales. También, la realidad virtual como interfaz cerebro máquina da pie a la interacción con objetos físicos a través del uso de computadoras, donde un usuario con discapacidad motora puede controlar elementos de su hogar tan solo con moverse mediante la actividad mental.
En consecuencia, las investigaciones realizadas en el campo de desarrollo de interfaces hombre-máquina para discapacidades mediante la utilización de herramientas tanto de software y hardware, ha sido un camino viable para el diseño de nuevas tecnologías orientadas en dar soluciones, con un grado de incidencia en el individuo, buscando así el re-establecimiento de la comunicación de la persona discapacitada y su entorno mediante técnicas invasivas y no invasivas.
A través de las pruebas realizadas al IHM (Interfaz Hombre Máquina) se encontraron diversas soluciones y posibles mejoras futuras, además de otros lugares de adaptación de los sensores así como su funcionabilidad derivado de los puntos a continuación.
Este diseño construido con elementos swing de Java, mediante el uso de botones especializados, pestañas para acceso a los controles del cliente y servidor, áreas de textos para la presentación de la información entre otros, así como también la delimitación por zonas de los componentes agrupados según sus funciones, facilitó el despliegue de los algoritmos y la ubicación ordenada de cada bondad
ofrecida por el IHM según las necesidades de la persona discapacitada.
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| Esquema Cliente |
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| Esquema Servidor |
El sistema responde a la fuente de los movimientos de interés relacionada a la cabeza de la persona discapacitada donde se puede medir el desplazamiento que éste realiza a voluntad registrados por los sensores giroscopios.
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| Individuo Discapacitado. |
De tal forma, que cada giro crea un evento atendido por el hardware a través de un microcontrolador que se encarga de considerar estos cambios y enviar los valores analógicos digitalizados mediante el puerto USB al computador por protocolo Bulk Transfer y Control Transfer.
Posteriormente el sistema operativo mediante el driver de Microchip, permite el enlace entre el hardware y la interfaz hombre-máquina originando el despliegue de todos los algoritmos necesarios para la interpretación de los valores recibidos y permitir a la persona discapacitada la interacción y comunicación con su entorno a través del software con realimentación visual y sonora como se muestra en las figuras de forma esquemática de las bondades que la interfaz hombre-máquina (IHM) ofrece.
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| Funcionamiento del Hardware. |
Las pruebas realizadas entre el paciente discapacitado y la interfaz hombre máquina utilizando software y hardware (interfaz), permitió establecer la comunicación esperada, a través de la lectura de los movimientos de la cabeza registrada por los dos sensores giroscopios, abriendo la alternativa de escribir en el teclado virtual sin problemas. Se diseñó y probó la plataforma por hardware para análisis de su desempeño donde se logró establecer la comunicación USB con el computador y la digitalización de los valores analógicos de los sensores a través de los algoritmos dentro del microcontrolador.
Se evaluó el desempeño del software bajo la filosofía modelo-vista-controlador escrita en Java, escribiendo un comportamiento flexible en cuanto a la interacción con el teclado virtual y palabras prediseñadas. Además se logró hacer configuraciones por software en tiempo de ejecución de los valores provenientes del hardware. La integración de ambos elementos software y hardware permitió el funcionamiento correcto del sistema donde la aplicación escrita en alto nivel para la interacción con el hardware así como el firmware en bajo nivel que reside en el microcontrolador, funcionan como el servidor y la Interfaz Hombre Máquina como cliente existiendo una independencia entre ambos.
Se sugiere continuar mejorando la interfaz para evolucionar la adaptación de esta a otros requerimientos de interés y que esta brinde un apoyo más acertado.
Estos avances fueron presentado y aceptado en XV Convención y Feria Internacional Informática 2013 – I Congreso Integracionista de las Ciencias y las Tecnologías Informáticas.
FASE 3. DESARROLLO DE SISTEMA INTEGRADO DE MONITOREO Y ALERTA MEDIANTE INTERNET, ANDROID Y REDES SOCIALES PARA PERSONAS CON DISCAPACIDADES MÚLTIPLES.
En la actualidad el crecimiento tecnológico y la aplicación de las mismas en diversas áreas van en aumento, brindando medios alternativos para formular nuevas soluciones a nuevos retos. La telefonía y sus software, permiten una amplia capacidad de integración de elementos por medios informáticos. También las redes sociales en su avance progresivo en la sociedad, crea la iniciativa para interconectar millones y millones de personas en el mundo entero.
A partir de esto, un individuo con discapacidades de un grado de complejidad alta hace que requiera de una supervisión constante, de personas especializadas en el área y familiares, pero también está el caso cuando estos recursos no se pueden suplir por causas monetarias, trabajo u otros, entonces, los sistemas remotos cobran importancia en estas circunstancias y son útiles cuando la supervisión es a distancia. Considerando estas necesidades, la aplicación de medios tecnológicos e informáticos en el área de las discapacidades, cada vez gana más terreno, con el fin de brindar respuestas derivadas del trabajo y la investigación aplicada.
Es por ello que este proyecto intenta plantear una alternativa, específicamente, en las discapacidades múltiples y demostrar que el uso de sistemas remotos, comunicación con infrarrojos, base de datos, servidores, video streaming, análisis de imágenes, internet, telefonía, android y redes sociales integrados en un sistema java que son capaces de suplir estas necesidades.
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| Arquitectura del Proyecto. |
Inicialmente se cuenta con una interfaz gráfica de escritorio desarrollado en Javafx2 con el formato FXML, para facilitar el ingreso de parámetros tales como los códigos de comandos infrarrojos, usuarios, claves entre otros además de valorar el comportamiento de las tecnologías integradas a la misma. Se verifica la conexión con la cámara web y el resultado del análisis de las imágenes así como el establecimiento de las dimensiones de la zona de guarda y la visualización del resultado de los análisis.
Los algoritmos desarrollados permiten adquirir mediante el uso de la librería de java media framework 2.1 cada fotograma que será utilizada para convertirla en una señal con magnitud y procesada a una velocidad variable dependiente del procesador del computador. Este análisis se hace sobre las secuencias de los fotogramas obtenidas de la cámara web a una resolución de 360x240, donde cada pixel es analizado. Inicialmente se lleva escala de grises cada fotograma y a partir de allí se estableces los umbrales que representan los valores que permiten determinar si hubo un desplazamiento o variación de color del fotograma actual con respecto al anterior. Si esta diferencia supera al valor mínimo del umbral se tiene la cantidad de pixeles comprometidos, lo que permite establecer la magnitud de la variación que sería el resultado de los pixeles que variaron con respecto
al tamaño total en pixeles del fotograma tal como se muestra en la figura.
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| Pruebas de Desempeño. |
En cuanto al diseño de los algoritmos para el uso de las redes sociales funciono correctamente, mostrándose los mensajes enviados tanto de forma directa como por difusión. En los envíos de correo llego con éxito a los destinatarios con la salvedad de que google solo permite 500 emails diario. En cuanto al uso de android como Gateway de mensajes sms funciono correctamente, aceptando peticiones http con autenticación. El uso del envío de videos por flujo de datos, se conecto con éxito así como el establecimiento de la página web para la recepción de petición de sesión en el servidor glasfish 3 y autenticación de usuario mediante los servlets al servidor de mysql, presentando el resultado en una página construida con jsp. El modulo para el envío de datos por medio infrarrojo para el control de electrodomésticos funciona con capacidades limitadas, debido a la falta aun de la decodificación de las acciones para controlar por completo los equipos dotados con esta tecnología. La integración de todos los elementos esta en desarrollo y pruebas, pero modularmente realizan las tareas. Este trabajo fue aceptado y publicado en la Convención Internacional de Ciencias Técnicas. VII Conferencia Internacional de Ingeniería Eléctrica FIE 2014.
FASE 4. RESPUESTA DEL SISTEMA DE SUPERVISIÓN REMOTA Y ALERTA PARA PERSONAS CON DISCAPACIDADES MÚLTIPLES MEDIANTE TECNOLOGÍAS DE VANGUARDIA.
Como consecuencia de los estudios anteriores, se establecen nuevos algoritmos con el fin de especializar cada módulo como sistema redundante, ampliando la capacidad de respuesta y velocidad deanálisis. Se elimina la comunicación con sensores infrarrojo con protocolo rc5 para equipos a distancia, ya que no eran determinante en el estudio. Se adaptan nuevas tecnologías para la adquisición de imágenes, con el objeto de ampliar los análisis y métodos en reconocimiento de patrones, quedando el nuevo sistema de la siguiente manera.
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| Sistema Mejorado. |
Las siguientes plataformas son empleadas para las pruebas y puesta en marcha del sistema mejorado tales como:
- Netbeans 7.4: Es un entorno de programación libre para diversos lenguajes escrito en java.
- MySql Server: Es un sistema de gestión de base de datos relacional de tipo multihilo y multiusuario.
- Glassfish 3: Es un servidor de aplicaciones de software libre que implementa la tecnología JavaEE.
- Java SE: Es una colección de librerías para dar soporte a los programas en java.
- JavaFx 2: Tecnología para el desarrollo de aplicaciones web y de escritorio bajo la filosofía Rias (Rich Internet Applications).
- FXML: Es un lenguaje de secuencias de comandos basado en lenguaje de marcado extendido XML para la construcciòn de objetos gráficos en java.
- JSP: Es una tecnología para la construcción de páginas web dinámicas basadas en HTML, XML y otros.
- Servlets: Es una clase escrita en java que permite extender las capacidades de un servidor.
- Android: Es un sistema operativo diseñado para dispositivos moviles inteligentes y tabletas.
- HTTP Live Streaming Protocol: Es un protocolo de comunicaciòn de flujo multimedia basado en HTTP implementado por apple.
- JavaMail: Es una librería java que permite la gestión en el envío y recepción de correos electrónicos.
- Twitter 4J: Librería para la comunicación mediante java con la plataforma twitter.
- Java Sound: Es una API que permite el control de la entrada y salida de los medios de audio, efectos básicos, midi, sintetizacion y micrófono.
- AndroidSDK: Es un conjunto de herramientas de desarrollo que permite la construcción y depuración de aplicaciones en la plataforma android.
- NanoHTTPD: Es un pequeño servidor web escrito en java para aplicaciones embebidas.
- OpenCV: Es una biblioteca de código abierto de visión artificial, desarrollada inicialmente por Intel.
- Android Studio: Es una plataforma que permite la construcción y depuración de proyectos en android.
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| Sistema de Supervisión. |
En la pestaña OPEN CV, se muestra la persona con discapacidad, vista desde la cámara web, mediante el uso de la librería opencv.jar que puede ser ejecutada en sistemas operativos de 32 y 64 bits, facilitando el acceso a los recursos de imágenes, almacenándose en un espacio de memoria para análisis posteriores.
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| Tracking Motion. |
La imagen presenta claramente 7 puntos de interés. El primero, se refiere al número de pixeles comprometidos en la variación, con una cantidad de 1806 entre la imagen actual y la anterior. Seguidamente en el punto 2 un recuadro rojo, representa el área donde las variaciones están sucediendo con ancho y alto dependiente de la posición máxima y mínima de los pixeles en movimiento. El resultado de estos desplazamiento originada por la persona con discapacidad, genera una figura con los pixeles que solamente variaron, coincidente con las partes del cuerpo donde sucedieron. La magnitud de estos cambios se representa gráficamente por cada fotograma analizado en el tiempo, como se muestra en el punto 4, describiendo los pixeles comprometidos por análisis realizado de cada imagen como se ve en el punto 5.
Si alguna alarma se llega a activar, esta será mostrada en el campo de texto del punto 6. La sensibilidad que permite determinar los pixeles en movimientos, suceden en el punto 7 a través de una magnitud modificable por el cuidador, estableciendo así, un valor umbral que permite conocer si sucedió o no un cambio en el pixel bajo análisis. Como resultado, la aplicación envía una solicitud al
software en android del teléfono móvil, que cumple la función de servidor mediante el protocolo HTTP, utilizando el método GET con una estructura clave valor, el cual es recibido e interpretado por el teléfono, sucediendo lo mismo con twitter, gmail y glassfish. Este trabajo fue publicado y aceptado en el VI Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica.
FASE 5. Desarrollo de Computación Ubicua mediante el Internet de las Cosas (IOT) aplicado en las Discapacidades Múltiples. (PRÓXIMO PROYECTO).
Si desea colaborar con la continuación del proyecto, puede comunicarse con el administrador del blog.
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