Dispositivo para Asociar Colores con Sonidos

Según un informe de la O.M.S, en 2010 había en el mundo unas 285 millones de personas con discapacidad visual, de las cuales 39 millones eran ciegos.

La pregunta que me llevó a pensar en mi proyecto es “¿Cómo puedo ayudar a las personas no videntes a distinguir los colores?”. A partir de ahí diseñé un dispositivo económico, portátil y fácil de armar que convierte el color (que es un concepto abstracto), en sonidos asociados que los representan, permitiendo a las personas con pérdida de visión identificar los colores. El objetivo del dispositivo es entonces poder mejorar la calidad de vida de estas personas.

Los pasos  generales que seguí para realizar el proyecto fueron:

-Averiguación de las necesidades de las personas no videntes y de antecedentes de dispositivos similares.

-Diseño y construcción del dispositivo.

-Comprobación de su funcionamiento y puesta en práctica del mismo.

 

Después de poner a prueba mi dispositivo con un grupo de personas no videntes de mi ciudad (asociación Awkinko), llegué a la conclusión, a través de sus manifestaciones, que es un dispositivo práctico y necesario para muchas de las actividades cotidianas que ellos realizan (identificación de billetes, artesanía, elección de vestimenta, entre otras).

Posteriormente me propongo realizar mejoras al dispositivo, tales son, reducir el tamaño e incorporarle la función de identificación de billetes (papel moneda) ya que los entrevistados dijeron que, si bien los billetes tienen Braille, cuando han estado mucho tiempo en circulación se desgastan y es difícil identificarlos a través del tacto.

 

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Soy Matías y vivo en Neuquén, Argentina. Desde chico he sido muy curioso e interesado en diversas áreas de la ciencia tales como astronomía, física y química, pero sobre todo la informática y la electrónica.  Esta pasión me llevo a investigar continuamente y abrir mis puertas hacia el conocimiento. Actualmente concurro a una escuela secundaria con especialidad técnica electrónica.

Mis principales ídolos son Nikola Tesla, Albert Einstein, Isaac Newton y Max Planck, pero admiro a toda persona en general cuyo aporte en la ciencia haya sido invalorable en la humanidad.

Para mí ganar sería una inspiración para seguir investigando y creando,  además de que me abriría nuevas fuentes de conocimientos. Y los premios me permitirían adquirir un mejor equipo de investigación, pudiendo adentrarme en proyectos de investigación más complejos.  Además a través de Google mi proyecto se podría expandir mundialmente y alcanzar un mayor número de personas. Esto último es muy importante ya que como mi objetivo es ayudar a las personas no videntes, cuantas más personas alcance y ayude, con mayor efectividad se habrá cumplido mi objetivo.

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Problema: Los ciegos necesitan poder identificar los colores, porque esta es una actividad que debe realizarse a diario, y ellos no pueden realizarla de forma autónoma.

Propuesta: Desarrollar un dispositivo que resuelva el problema y además cumpliendo con los siguientes requisitos:

  • Que sea económico, expresado en números, que no supere los U$D 50.
  • Que sea portátil y versátil, para que se pueda usar en diferentes situaciones de la vida cotidiana, esto implica que:
    • Sea ligero, menor al peso promedio de una tableta, expresado en números, que no supere los 500 gramos.
    • Sea moderadamente pequeño, de forma que entre en un bolsillo de pantalón, expresado en números, que no supere los 17 cm x 8 cm x 11 cm.
  • Que sea fácil de usar, expresado en números, que al menos el 90% de las personas pueda usarlo sin problemas.

Resultados esperados: Que el dispositivo que desarrolle haya resuelto satisfactoriamente el problema cumpliendo con todos los requisitos. Logrando de esta manera que el dispositivo sea útil para todos los no videntes, y que su uso sea de su agrado.

Antecedentes: Existe un sistema que permite identificar colores llamado Proyecto Iris, pero solo permite identificar colores en una pantalla, no es portátil debido a su gran tamaño, y está orientado al ámbito educacional.

 

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Mi investigación constó en los siguientes pasos. Primero fui a la escuela de ciegos y pregunté si esta idea de dispositivo era algo útil para ellos, ante una respuesta positiva, proseguí con mi investigación. Me dijeron que ya existían ciertos dispositivos que cumplían está función, pero que eran muy costosos y poco accesibles en mi país.

Como próximo paso indagué en Internet acerca de otros dispositivos, y llegué al resultado de que eran o costosos o imprácticos, o ambas cosas. Por ejemplo determinados celulares pueden cumplir esta tarea, pero son costosos y no todos pueden acceder a ellos.

Sabiendo que es un dispositivo útil y que puede llegar a ser mejor que los actuales, continué por investigar en Internet si es posible la construcción del dispositivo.

Como el resultado de mi investigación fue el esperado, me adentré en el último paso de mi investigación. Investigué dónde conseguir los materiales y su valor, peso y dimensiones, para poder conocer si el costo del producto es inferior a los dispositivos existentes y si el dispositivo cumplía con los requisitos propuestos. Una vez que conseguí todos los materiales y vi que cumplían los requisitos, proseguí con la construcción del dispositivo.

Debo aclarar, que los requisitos con los que debe cumplir el producto, me los propuse en base a la investigación de trabajos anteriores y las necesidades de los no videntes.

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La detección de colores se logra, en términos simples, al transformar la energía lumínica en eléctrica, y procesar esta última.

Todos los colores son ondas electromagnéticas (energía lumínica), esta puede ser transformada en energía eléctrica. Esto es lo que el sensor de mi dispositivo hace, compuesto por cientos de fotodiodos con filtros rojos, verde y azul estos,  descomponen la luz.

Entonces circula por el sensor y por una placa Arduino Leonardo a la que este está conectado, una intensidad de corriente para cada color.

Diseñé un programa usando la IDE de código abierto de Arduino, y lo cargué en la memoria del Arduino. Este programa en conjunto al dipositivo que armé en mi casa mide las intensidades de las corrientes, al circular por las entradas analógicas A4, A3 y A2. Estos valores son almacenados en la memoria del programa como 3 variables denominadas rojo, verde y azul. Posteriormente el programa compara estas 3 variables:

  • Por ejemplo, si la variable roja, es decir la cantidad de luz roja que iluminó el sensor es mayor que la variable azul y que la variable verde, entonces el color es rojo.

¿Y qué sucede con los demás colores? Todos los colores excepto por el negro, ya que este no es un color si no la ausencia de estos, están formados por estos 3 colores básicos entonces:

  •  Si los niveles de rojo, verde y azul son los tres muy altos, el color es blanco, porque este es la mezcla de los 3 colores.

De esta manera se almacena una nueva variable en la memoria del programa que contiene el nombre del color sensado, ahora se procede al siguiente y último sector del programa. En este sector el programa identifica el color almacenado en variable y dependiendo de cuál sea, genera diferentes sonidos usando un zumbador (buzzer), el cual transforma la energía eléctrica en acústica, es decir sonido.

Entonces para cada color se generan diferentes sonidos asociables al mismo. Así, para el rojo se emite un sonido con ritmo rápido, asociándolo a lo enérgico; para el verde se emite un sonido de pajaritos, asociándolo a la naturaleza; para el azul se emite un sonido con ritmo tranquilo, asociándolo al mar. Cabe destacar que estos colores fueron sugeridos por las personas ciegas que entrevisté, con esto me aseguro que ellos pueden asociar facilmente estos sonidos.

La detección de color y emisión del sonido, se realizan al ser accionado un pulsador.

A continuación dispongo el circuito y el código del programa usados:

       

 

El equipo utilizado para armar el dispositivo incluyó una computadora a través de la cual programé el dispositivo y realice el debugging (depuración), usando el monitor serial. También usé una soldadora de estaño para fijar todos los componentes, además de las herramientas básicas usadas en DIY, ya que todo lo realicé en mi casa.

Para garantizar la validez del experimento, primero lo probé en mi casa. Luego, lo llevé a la entrevista con los no videntes, donde ellos pudieron probarlo.

 

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Puse a prueba mi dispositivo con los no videntes en la asociación Awkinko y, tras enseñarles que color se asocia con cada sonido, los resultados que se desprenden de dichas observaciones fueron los siguientes:

  • El 100% de las personas pudieron identificar los colores de manera satisfactoria.
  • Aproximadamente 1/3 de las personas tuvo que realizar 2 intentos para identificar el color, ya que no recordaban la asociación sonido-color. Esta observación se detectó en las personas de mayor edad.
  • Todas las personas mostraron satisfacción con el dispositivo ya que muchas de las actividades que realizan en la asociación (que son su sustento económico), como por ejemplo artesanías con hilos (macramé), cuadros y cortinas, requerían de la ayuda de personas videntes para indicarles los colores. De esta manera pueden trabajar de una manera autónoma.
  • Algunas personas me sugirieron que agregarle la capacidad de identificar los billetes al dispositivo, le adicionaría otra utilidad. Por lo tanto esta es una mejora que me propongo hacerle al dispositivo.

También realicé algunas observaciones en mi casa, relacionadas con el funcionamiento del dispositivo:

  • A pesar de los días de trabajo sobre el algoritmo de detección de colores, este sigue teniendo un margen de error del 5%, y este se debe a la ausencia o exceso de luz ambiental exterior.  Si bien este margen de error es muy bajo y solo sucede en situaciones no muy cotidianas, sigo trabajando en el algoritmo para reducir y/o eliminar este margen de error.

En cuanto a los requisitos propuestos que el dispositivo debe cumplir, obtuve los siguientes resultados:

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Característica Propuesta Obtenida Se Cumple
Costo  Menos de U$D 50 U$D 41     ✓
Peso Menos de 500 gr 312 gr     ✓
Dimensiones Menos de 17 cm x 8 cm x 11 cm 10 cm x 5 cm x 8 cm     ✓
Facil de Usar Que al menos el 90% de las personas no tenga problemas con el uso del dispositivo. El 100% de las personas no tuvo problemas con el uso del dispositivo.     ✓
Ayuda a los ciegos Que el 100% de las personas se sientan ayudadas satisfactoriamente por el dispositivo. El 100% de las personas se sintió ayudada satisfactoriamente por el dispositivo.     ✓

 

 

A continuación el dispositivo funcionando:

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Retomando mi pregunta inicial “¿Cómo puedo ayudar a las personas no videntes a distinguir los colores?”,  que es la base a partir de la cuál surgió mi proyecto, concluyo que el dispositivo que diseñé respalda los resultados esperados ya que es capaz de ayudar satisfactoriamente a las personas no videntes a identificar los colores y  además es portátil, fácil de usar, económico, y versátil. Esto está expresado en forma numérica en la sección de resultados.

Cabe destacar que actualmente la única limitación que tiene es que existe un margen de error en la detección de colores. Debido a que el algoritmo compara las intensidades de corriente para determinar cuál es el color sensado, pero como las intensidades de corrientes dependen de cuanta luz hayan recibido los fotodiodos del sensor y a veces las compara con los valores que tienen en un ambiente con luminosidad “normal”, en situaciones de extrema luminosidad (ausencia o presencia), el dispositivo falla.

Como ya mencioné anteriormente, en un futuro espero poder realizarle las mejoras como eliminar dicho margen de error, cambiar el sistema de sonido monofónico por uno polifónico, agregar otras vías de salida además de sonido (por ejemplo vibración), y sobre todo agregar al software muchas funciones que puedan ser llevadas a cabo con el hardware de mi dispositivo, tales como la identificación de billetes, o cualquier actividad que incluya la detección de colores.

Estoy muy emocionado por poder descubrir que aplicaciones pueden darse a este dispositivo, incluso aplicaciones que pueden ser útiles para personas videntes, como clasificar objetos por color de forma automática usando un servomotor (por ejemplo clasificar las frutas en las empresas frutícolas).

En fin, el dispositivo responde satisfactoriamente a mi problema inicial, ya que las personas no videntes se sienten ayudadas por el mismo. Y ahora que lo construí y funcionó, se me ocurrieron muchas ideas para mejorarlo y que pueda solucionar otros problemas además de ayudar a los ciegos a identificar los colores. Así que ¡A seguir trabajando!

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Agradecimientos:

  1. Mi mamá por ayudarme en la redacción del informe, el aliento para desarrollar el dispositivo, y la ayuda económica para adquirir los componentes.
  2. Mi papá por ayudarme en el ensamblado del hardware dentro de su gabinete plástico, la adaptación del mismo al hardware, y la ayuda económica para adquirir los componentes.
  3. Profesora de mi escuela Ing. Marcela Cuello, por su buena predisposición ante mis consultas técnicas.
  4. A la asociación Awkinko de la ciudad de Neuquén por permitirme entrevistarlos y haberle dado una oportunidad a mi dispositivo.

Bibliografía:

  1. Curso de física óptica en el sitio web Educatina (http://www.educatina.com/fisica/optica). Última consulta el 27/12/13.
  2. Información sobre el color en Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Color). Última consulta el 30/12/13.
  3. Funcionamiento del fotodiodo en SensorFotoTransistoroFotodiodo (http://sensorfototransistorofotodiodo.blogspot.com.ar/2008/03/el-fotodiodo-el-fotodiodo-se-parece.html). Última consulta el 08/04/14.
  4. Funcionamiento del buzzer en Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Zumbador). Última consulta el 05/04/14.
  5. Hoja de datos del sensor HDJD-S822 en http://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Sensors/LightImaging/HDJD-S822-QR999.pdf. Documento publicado por Sparkfun. Última consulta el 12/03/14.
  6. Información general de Arduino en el sitio web de Arduino (http://arduino.cc/en/Guide/HomePage). Última consulta el 20/02/14.
  7. Estadísticas sobre la ceguera mundial en el sitio web de la O.M.S (http://www.who.int/mediacentre/news/releases/2003/pr73/es/). Última consulta el 01/05/14.
  8. Tutoriales sobre electrónica en Youtube (https://www.youtube.com/user/Twistx77). Videos publicados por el usuario TutoElectro Última consulta el 15/01/14.
  9. Motor de búsqueda utilizado: Google (https://www.google.com.ar/). Última consulta el 03/05/14.
  10. Proyecto Iris (http://www.duto.org/proyectos/iris_en_colombia/). Última consulta el 20/04/14.
  11. Freedman Y. (2009). Sears Zemansky (Vol. 2). México. Editorial Pearson.
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