Este proyecto se centra en el desarrollo tecnológico de un prototipo basado en AIoT (Inteligencia Artificial de las Cosas), un novedoso sistema de lectoescritura braille, el cual busca promover la lectura en dicha lengua escrita, para personas con discapacidad visual. Hoy en día existe poca preocupación por resolver esta problemática en la sociedad. En el mercado hay algunos dispositivos para atender esta necesidad, sin embargo, los precios son de poca accesibilidad para las y los usuarios. Por este motivo se diseñó un instrumento con capacidad de traducir al braille para su lectura, los documentos digitales que se encuentran redactados en español, brindando autonomía e inclusión social a personas con discapacidad visual. Este proyecto cuenta con un elemento cómodo y práctico para quienes lo necesiten. La implementación física del sistema cumple con estándares de calidad en el diseño mecánico del encogimiento (carcasa) y la instrumentación electrónica del dispositivo.

Palabras clave: inteligencia artificial, dispositivos electrónicos, internet de las cosas, lectura, escritura, braille, discapacidad visual.

This project focuses on the technological development of a prototype based on AIoT (Artificial Intelligence of Things), a novel braille reading system, which seeks to promote reading in braille for people with visual disabilities. Today, there is little concern about solving this problem in society. There are some devices on the market to address this need, however, prices are not very accessible for users. For this reason, an instrument was designed with the capacity to translate digital documents written in Spanish into Braille for reading, providing autonomy and social inclusion to people with visual disabilities. This project has a comfortable and practical element for those who need it. The physical implementation of the system meets quality standards in the mechanical design of the casing and the electronic instrumentation of the device.

Keywords: Artificial Intelligence, Electronic Devices, Internet of Things, Reading, Braille, Visual Disability.

A lo largo de la historia, ha persistido la discriminación contra las personas con discapacidad visual. Esta discriminación se basaba, antiguamente, en la creencia errónea de que eran una carga familiar y en la superstición de que estaban marcadas por alguna maldición. Tanto el hecho de nacer con esta discapacidad como la pérdida de la vista debido al envejecimiento eran razones suficientes para justificar el castigo y la marginación de estas personas¹.

En la actualidad, las personas que cuentan con una discapacidad visual requieren de la lectura tanto como la escritura para incrementar sus conocimientos y atender sus necesidades. En otras palabras, estar en convivencia con la sociedad, minimizando los problemas que genera dicha discapacidad; siendo el código braille el sistema estándar utilizado por las personas que experimentan ceguera.

El código braille permite, desde su creación, que las personas gocen de una buena calidad en su educación, tengan contacto con su sociedad actual y adicionalmente tener acceso a la información que mayormente se encuentra de manera escrita (textos digitales). Es importante destacar que para las personas con discapacidad visual, el braille no es simplemente un código, sino su medio de comunicación alternativo.

En la educación inclusiva, las y los pedagogos (normalistas, psicólogos y neurofisiólogos) encargados(as) de la alfabetización para personas con discapacidad visual, se encuentran con un material limitado y anticuado para enseñar el código braille. Esto es debido a los altos costos que se generan para elaborar libros adaptados en texto braille, ya que estos tardan el doble de tiempo para ser desarrollados, en comparación con un libro de lectura de tinta². Por consiguiente, es importante trabajar en el desarrollo de nuevas tecnologías estandarizadas para acelerar los procesos de aprendizaje para los estudiantes.

El material didáctico debe de ser intuitivo para los usuarios. Tal que, les motive y aumente el interés por salir adelante con la vida a pesar de su discapacidad. El desarrollo de herramientas educativas para personas con capacidades diferentes es de poco interés para los desarrolladores de tecnologías².

Con el fin de promover la integración de las personas con discapacidad visual en la sociedad, es esencial explorar innovaciones que faciliten esta inclusión. Por lo tanto, se plantea la creación de un dispositivo capaz de establecer una comunicación efectiva entre el individuo y la tecnología, como un teléfono celular o una computadora. Este dispositivo se centraría en la lectura, logrando convertir la información digital en código braille.

Este dispositivo está especialmente dirigido a aquellos individuos que enfrentan una discapacidad visual. Su desarrollo busca contribuir significativamente a mejorar la calidad de vida de estas personas y a fortalecer los lazos sociales en la comunidad.

Diseñar e implementar físicamente un dispositivo ergonómico para el aprendizaje del lenguaje braille, dirigido especialmente para las personas con discapacidad visual.

1. Lograr que el dispositivo sea accesible para las personas, ya que se pretende que el precio no influya en la decisión de adquirirlo.
2. Lograr que el prototipo permita crear una comunicación persona-dispositivo, ya que tendrá la capacidad de transformar la información digital a lenguaje braille.
3. Impulsar la inclusión de las personas con discapacidad visual, pues el dispositivo brindará la facilidad de acceder a la información, y ofrecer autonomía.

Hoy en día, el aprendizaje del lenguaje braille se ve muy restringido por los equipos que son usados, sin embargo, en el mercado existen algunos dispositivos idóneos para ayudar a las personas con deficiencia visual a que tengan un acceso más practico a la información y la forma de comunicación con el exterior.

Estos dispositivos están relacionados con el sistema braille, el cual es un código de lectoescritura de puntos en relieve, los cuales se pueden sentir a través del tacto, con ayuda de las yemas de los dedos. El artefacto a diseñar habrá de tener la capacidad de poder hacer una comunicación persona-dispositivo (celular, computadora, etc.), haciendo el énfasis en la lectoescritura braille, es decir, el objetivo es transformar cualquier información digital a dicho lenguaje, con el fin de promover la inclusión social de las personas con discapacidad visual, para sumar a su calidad de vida y reconstrucción del tejido social.

Este artefacto esta mayormente dirigido a las personas que presenten una discapacidad visual, con el propósito de mejorar su bienestar y reintegración a la sociedad, además de subsanar esta necesidad, pues existen algunos dispositivos que pueden realizar esta interpretación de la lectura braille, pero las personas o sus familiares no lo pueden adquirir por su precio tan elevado. Este dispositivo también se enfoca en ayudar a las personas en su autosuficiencia, contribuyendo a su incorporación en la sociedad.

Discapacidad visual

La discapacidad visual se divide en dos grandes grupos. El primer grupo es la baja visión, que abarca a aquellas personas que cuentan con un resto visual que no puede ser mejorado por medios convencionales como anteojos y lentes de contacto. En cambio, requieren ser rehabilitados con ayudas ópticas no convencionales, como sistemas de amplificación de la imagen, lupas, microscopios y telescopios. El segundo grupo es la ceguera, que se caracteriza por la ausencia total del sentido de la vista. Ambas clasificaciones son irreversibles.

Una parte de la población se ve dañada por la discapacidad visual, la cual habitualmente es secundaria a patologías oculares o sistemáticas; lo que significa que la ceguera provenga de enfermedades primarias, idiopáticas o congénitas. Datos obtenidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) a lo largo del año 2000 informan niveles altos de ceguera por grupo etario de 1.5 millones de habitantes de 0 a 14 años; 2.5 millones de ciudadanos va desde los 15 a 44 años, 16 millones de la población va de 45 a 59 años, y por último 30 millones de la población de personas invidentes es de habitantes mayores de 60 años³.

Al pasar de los años, las personas suelen hacer cada vez más uso de la tecnología, lo que significa que utilizan computadoras, celulares, o monitores, debido a que estos son requeridos para estudiar y trabajar, por lo que constantemente se está expuesto a perder considerablemente la visión. Las ametropías y las cataratas son las principales causas de discapacidad visual reversible, afectando a un total de 153 millones de personas, perjudicando a personas de entre 5 y 15 años³. Una de las ametropías que amenaza más a la población es la miopía, no solo por su alta prevalencia, sino también porque esta favorece a la morbilidad visual, por lo que aumenta el riesgo de enfermedades que afectan a la visión⁴.

La facultad visual es uno de los principales cinco sentidos del ser humano, por lo que lo hace muy importante, ya que con este se es capaz de percibir la luz, de identificar objetos, colores, o movimientos. A las personas que pueden tener la capacidad de ver sin problemas, se les dificulta comprender la importancia que tiene ésta en la vida, ya que desempeña un papel importante y fundamental en cada una de las etapas de la vida de las personas. Sin ella, al ser humano le cuesta más aprender a realizar actividades como lo son caminar, escribir, leer, participar en trabajos y/o escuela⁵.

Causas principales de la discapacidad visual a nivel global

Se debe considerar que estas causas varían de un país a otro, ya que esto depende de la atención que reciben las personas por parte de profesionales de la salud visual (oftalmólogos y optometristas), de su economía, y de su nivel de educación⁵. A continuación se mencionan las principales causas que pueden llevar a una persona a sufrir de discapacidad visual, destacando que las dos primeras enfermedades son reversibles, mientras que las dos últimas resultan ser irreversibles:

• Errores de refracción
• Cataratas
• Retinopatía diabética
• Degeneración macular relacionada con la edad

Surgimiento del braille

A medida que pasan los años, se han desarrollado alternativas para integrar a las personas con discapacidad visual al sistema de lectura y escritura. Aunque estos intentos no lograron su objetivo por completo, fueron fundamentales para desarrollar técnicas que ayudaran a estas personas a participar en la lecto-escritura (ver la Figura 1).

Figura 1. Línea del tiempo de los sistemas de lectoescritura braille⁶

Braille

El braille es un sistema fundamental utilizado por personas con discapacidad visual. Este método de lectoescritura está compuesto por seis puntos que pueden ser percibidos mediante el tacto de las yemas de los dedos, dichos puntos van del 1 al 6, donde la fila de la parte superior es correspondiente a los puntos 1 y 4, la fila que se ubica en el centro corresponde a los puntos 2 y 5, y por último la fila superior es correspondiente a los puntos 3 y 6. Se le conoce como “signo generador” al acomodo de los 6 puntos, ya que este es el origen para todas las disponibles combinaciones de puntos⁷.

Figura 2. Signo generador⁷

Estos puntos están dispuestos en una matriz de tres por dos, lo que permite la creación de una serie de códigos con significados específicos, tales como letras, números y signos especiales².

Las personas con discapacidad visual grave interpretan estos códigos utilizando el sentido del tacto, lo que les permite leer y escribir. Este método táctil proporciona acceso a la información escrita y empodera a las personas con discapacidad visual, permitiéndoles participar activamente en la sociedad y enriquecer sus vidas de diversas maneras².

Lectoescritura del braille

El braille es un sistema de lectoescritura que usa una combinación de códigos diferentes al alfabeto de la escritura en tinta, por esta razón implica un aprendizaje distinto. Para la lectura es necesario reconocer por medio del tacto letra por letra, que a diferencia de la tinta es por reconocimiento de palabras completas. Es importante considerar que para lograr esto se requiere de una concentración muy alta, la cual es difícil de alcanzar a tempranas edades⁸, por lo que resulta más difícil la enseñanza para niños, sin embrago es importante que se les comience a involucrar en el aprendizaje del braille, para que logren la identificación de la mayoría o todos los códigos existentes en el sistema.

Regularmente para la comprensión de la lectura en braille se hace uso de los dedos índice, haciendo un deslizamiento muy ligero de izquierda a derecha. Para esto se indica que la velocidad media de lectura de una persona con una deficiencia visual es de unas 100 palabras por minuto, esto considerando diferentes factores de la persona⁸.

Para realizar la escritura en braille, ya sea utilizando una pizarra y punzón o una máquina, se necesitan diferentes elementos. En el caso de la pizarra y punzón, se requieren tres elementos esenciales: una regleta con celdillas, un punzón y una hoja de papel específica. Por otro lado, para utilizar la máquina Perkins, solo se necesitan dos elementos: la máquina misma y el papel adecuado. Es importante señalar que este papel no es convencional; debe tener un grosor mínimo para que los puntos punzados puedan resistir la fricción de los dedos sin deteriorarse fácilmente. Al utilizar la regleta es necesario escribir los signos de manera invertida, es decir, con el punzón sobre el papel, de derecha a izquierda; este proceso asegura la correcta formación de los caracteres braille².

Escritura alfabética en braille

En todos los idiomas se hace uso de acentos o de otros signos, para el complemento de la lectoescritura. En el idioma inglés existe el “acento prosódico”, este acento es apreciado en la pronunciación verbal. De esta forma se desestima la necesidad de memorizar símbolos especiales (acentos o tildes) que otros idiomas emplean. Por otro lado, tanto en el idioma español como en el francés, todas las vocales pueden estar o no acentuadas (modificando el acento o el diferente tipo de acento, o en ocasiones el significado de la palabra), en estos casos se ha notado el requisito de contar con signos especiales que simbolizan las vocales acentuadas⁹.

Aprendizaje del braille

Al momento de leer braille se hace de letra por letra, ya que el tacto y la percepción espaciotemporal, solo permite leer letras y después formar las palabras. Para solucionar estos problemas, es esencial fomentar el aprendizaje por interpretaciones orales con la ayuda de utensilios tridimensionales.

Tipos de movimiento de manos que existen para explorar líneas en un texto de braille

Se observan variaciones en la forma en que los lectores de braille mueven sus manos al explorar líneas de texto y al desplazarse de una línea a otra.

• En la lectura unimanual, una sola mano se utiliza para examinar el texto, donde el dedo de la mano izquierda se mantiene en el inicio de la línea mientras el dedo de la mano derecha se desplaza a lo largo del texto.
• En el caso de la exploración conjunta, ambos dedos índices se mueven juntos a lo largo de la línea, desplazándose uno al lado del otro.
• La exploración disjunta implica que los dedos índices se mueven de forma independiente a lo largo de la línea, de modo que cada mano estudia diferentes partes. Un ejemplo claro podría ser que, mientras una mano explora el principio de la línea, la otra se enfoca en la parte final de la línea.
• En la exploración disjunta simultánea, las dos manos leen distintas partes del texto al mismo tiempo, recopilando información en paralelo.
• Finalmente, la exploración mixta combina elementos de la exploración conjunta y la disjunta⁵.

Técnicas para cambiar de una línea a otra en el lenguaje braille

El patrón unimanual implica que una sola mano realiza la transición a la siguiente línea, ya sea retrogradando a lo largo de la línea previamente leída o descendiendo a la línea siguiente y retrocediendo desde su inicio.

• El patrón unimanual con indicadores se caracteriza por el cambio de línea de una mano, mientras que el dedo índice de la otra mano se emplea como referencia para los cambios de línea, posicionándose al inicio de cada nueva línea.
• El patrón bimanual-unimanual involucra que ambas manos se coloquen al final de la línea; una de ellas desciende primero a la línea siguiente, seguida luego por la otra mano para reunirse con la primera.
• En el patrón disjunto, antes de que una mano haya completado la exploración de una línea, la otra se desplaza a la línea siguiente².

Impacto del dispositivo

Para conocer si el dispositivo a realizar tendría un impacto dentro del grupo al que está dirigido (personas con discapacidad visual), se indagó en las estadísticas para conocer el problema de visión a nivel nacional, e incluso mundial. Se detectó que cada día más personas sufren de problemas de visión, ya que diversas enfermedades como lo es la diabetes son factores para desarrollar problemas de vista, también múltiples actividades que se realizan constantemente, como lo es el uso del celular, computadoras, o televisores; han llevado a las personas a tener una perdida notable de visión.

Considerando lo antes mencionado, se comprende que el dispositivo a realizar se considera de gran ayuda para la sociedad, pues está diseñado para ser un artículo ergonómico, capaz de ayudar a la integración de las personas con discapacidad visual, facilitando la enseñanza y aprendizaje de la lectoescritura braille.

Diseño del prototipo

El diseño del prototipo es algo importante por considerar, ya que se buscaba un dispositivo que tuviera un tamaño apto para poder llevarse fácilmente a todos lados, que fuera fácil de usar, y que el lenguaje se tradujera de manera clara. Para esto se contempló una estructura en forma de ratón vertical ergonómico, ya que este tipo de modelo cumpliría con la característica de ser un dispositivo cómodo, logrando que la mano y el brazo tengan una postura relajada.

El prototipo fue realizado en el software SolidWorks, y para la obtención de este se hizo uso de la impresión 3D.

Diseño de la placa PCB

La placa PCB (de sus siglas en inglés, Printed Circuit Board) fue diseñada en el software de Proteus, la forma fue de acuerdo con la estructura que tiene la carcasa, que en este caso se tomó como referencia la base del mouse. Para la realización de la placa fue necesario hacer uso de diagramas para las conexiones de los solenoides.

Figura 3. Diagrama esquemático para la activación de un solenoide¹⁰

En la Figura 3 se muestra el diagrama esquemático de la instrumentación electrónica que hace posible que el microcontrolador ES32 envíe un pulso y active el solenoide.

Por otro lado, dentro del software Proteus, fue necesario hacer el acomodo de los elementos electrónicos, que conforman el dispositivo, los cuales se enumeran a continuación:

• ESP32 (microcontrolador de bajo costo)
• MOSFET
• Diodos
• Resistencias
• Regulador de voltaje (fue usado para que la batería alimente al microcontrolador y a los solenoides por separado).
• Solenoides

Estos componentes fueron acomodados en la placa tomando en cuenta los tamaños y simetrías. Después de obtener el diseño completo, se procedió a imprimir la placa con ayuda de la maquina fresadora CNC, haciendo uso de una fresa de 20 grados para realizar la impresión de las pistas, y con ayuda de una broca con un calibre más grande se realizó el corte (forma de la placa) y luego se comenzó con la perforación de la placa. Ya con la placa impresa, se procede a acomodar los componentes (microcontrolador, resistencias, diodos, MOSFET (por sus siglas en inglés, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, regulador de voltaje y solenoides) en los lugares indicados.

Programación

Para la programación del dispositivo fue necesario hacer uso de códigos binarios, con el propósito de accionar cada uno de los solenoides, para esto se usaron aproximadamente 25 códigos. Se especificó cada una de las salidas de los pines, ya que esto se utilizó para acceder al texto y mandar a llamar cada uno de los códigos en binario, cada vez que se ingresa un texto, imprime el código binario, en este caso accionando cada uno de los solenoides. De esta forma se empiezan a formar las palabras por medio de los solenoides, y así la persona puede comenzar a identificar la lectoescritura en braille.

Diseño del prototipo

A continuación se observa el diseño obtenido en el software SolidWorks (ver Figura 4), este tiene la forma de un mouse ergonómico (como se mencionó anteriormente), así mismo en la parte superior se muestran los solenoides acomodados en una matriz de tres por dos, cumpliendo el acomodo de los puntos para leer en braille, llamado “signo generador”, que son los encargados de generar las palabras en braille a través de pequeños golpes que se dan en los dedos índice y medio de la mano de la persona.

Figura 4. Diseño del mouse en SolidWorks (elaboración propia)¹¹

Diseño de la placa PCB

Se presenta el diseño de una placa PCB (ver Figura 5), funcional en su totalidad, y diseñada de acuerdo con las necesidades y estándares del dispositivo propuesto.

Figura 5. Diseño de placa PCB, del dispositivo propuesto (elaboración propia, se utilizó el software Proteus)¹⁰

Pruebas de fuerzas a la carcasa en SolidWorks

Posteriormente se obtuvo un prototipo en forma de mouse operacional para poder leer braille con ayuda de dos dedos (anular y medio), capaz de auxiliar a las y los usuarios a leer documentación digital en lenguaje braille. El diseño fue sometido a fuerzas (N/m²), esto se realizó en el software SolidWorks, las pruebas van desde una fuerza nula como se muestra en la Figura 6, una fuerza media que se observa en la Figura 7, y hasta una fuerza máxima que se puede ver en la Figura 8.

Figura 6. Distribución de fuerza nula (elaboración propia, se utilizó el software SolidWorks)¹¹

En la Figura 6, se observa un estado sin aplicación de carga, lo cual da una referencia de las condiciones base del modelo. En este escenario, no hay deformaciones ni tensiones internas que afecten la estructura del mouse.

Figura 7. Distribución de fuerza media (elaboración propia, se utilizó el software SolidWorks)¹¹

En la Figura 7, se aplica una fuerza intermedia, que simula condiciones normales de uso. Se pueden ver tensiones moderadas concentradas en áreas específicas de la carcasa, pero dentro de los límites seguros para su uso diario.

Figura 8. Distribución de fuerza máxima (elaboración propia, se utilizó el software SolidWorks)¹¹

En la Figura 8, se muestra cómo la carcasa responde a una carga máxima. Las tensiones y deformaciones alcanzan sus valores más altos, particularmente en las zonas de mayor contacto, permitiendo evaluar la resistencia total del diseño.

Prototipo final

Ya con todos los diseños (mecánicos y electrónicos) del mouse, se procedió a realizar su armado, haciendo las conexiones necesarias para su correcto funcionamiento. En la Figura 9 se puede observar el ensamble completo de cada una de las piezas desarrolladas, donde se muestra la carcasa en forma de un mouse ergonómico, y en la parte superior de este se observan los solenoides, que son los que darán pequeños golpes a los dedos índice y medio para formar palabras, y la persona con DV (discapacidad visual) pueda percibirlas en lenguaje braille.

Figura 9. Ensamble completo (elaboración propia)

El diseño e implementación física de este dispositivo simboliza un avance significativo en la inclusión educativa y la accesibilidad para personas con discapacidad visual. Este proyecto se enfoca en la creación de un aparato en forma de mouse capaz de traducir documentos digitales a lenguaje braille mediante pequeños golpes por solenoides en los dedos índice y medio, utilizando el "signo generador de braille". La integración de la tecnología IoT (Internet de las cosas) y la IA (Inteligencia Artificial) en el dispositivo permite una experiencia de usuario más personalizada y adaptativa. La capacidad del dispositivo para aprender y adaptarse a la o el usuario mejora la precisión y la eficiencia de la traducción.

Este dispositivo en relación con otros desarrollos tecnológicos orientados a la lectura en braille, como las pantallas y los lectores electrónicos táctiles, cuenta con algunas ventajas, una que resalta es el bajo precio. Adicionalmente, a diferencia de estos, el diseño en forma de mouse ofrece una solución más compacta y portátil, centrada en la interacción directa con documentos digitales a través de un formato ergonómico.

Entre las limitaciones del dispositivo se encuentra su dependencia de una fuente de energía constante para los solenoides, así como la necesidad de refinar la precisión en la interpretación de caracteres braille en textos más complejos. La delimitación del proyecto se enfoca en su uso para la lectura de documentos sencillos, siendo necesaria una evolución posterior para aplicaciones más avanzadas como la lectura de gráficos o textos científicos.

Este dispositivo es una herramienta que ofrece a las personas con discapacidad visual una alternativa para ampliar sus conocimientos. Producir libros en lenguaje braille resulta difícil y costoso, por lo que son escasos y, además, los existentes son principalmente literarios. Sin embargo, con este aparato, las personas pueden traducir libros de diversos temas sin preocuparse por la disponibilidad de una versión en braille. Además, el prototipo beneficia a quienes desean aprender o enseñar braille.

En las escuelas dedicadas a este lenguaje, los pocos libros existentes suelen estar desgastados y viejos, dificultando su lectura; ante esta situación, el dispositivo diseñado ayuda a mitigar el problema.

En resumen, este proyecto es de gran utilidad y fomenta la inclusión. Es importante destacar que no todas las personas tienen las mismas oportunidades, por lo que el objetivo principal del equipo autoral es asegurar la igualdad de oportunidades en la enseñanza del braille para todos y todas.

Adicionalmente, en la siguiente fase del proyecto, se llevarán a cabo pruebas exhaustivas del dispositivo con usuarias y usuarios finales para evaluar su funcionalidad y efectividad en un entorno real. Estas pruebas se realizarán en colaboración con la Secretaría de Educación de Guanajuato, mediante un convenio que permitirá trabajar directamente con estudiantes de educación básica con discapacidad visual. Este acuerdo facilitará la recolección de datos sobre la usabilidad del dispositivo y su impacto en el aprendizaje del braille. Los resultados de estas pruebas serán fundamentales para realizar ajustes en el diseño y asegurar que el dispositivo cumpla con las necesidades educativas de las y los estudiantes.

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