Biuletyn AGH
Magazyn Informacyjny Akademii Górniczo-Hutniczej
29 maj 2022
Strona GłównaBiuletyn AGHArchiwumKontakt
Temperatura – nowe źródło informacji dla osób niewidomych
06 grudzień 2011

To, co to tej pory wydawało się tylko odległą przyszłością, w tej chwili staje się realne i na wyciągnięcie ręki. Naukowcy z Katedry Elektroniki Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki opracowali ekran dotykowy dla osób niewidomych

Wszystko zaczęło się od pytania związanego z możliwościami zastosowania ciepła jakie emitowane jest w elektronice, a także sposobów wykorzystania go przez inne urządzenia. Szukając odpowiedzi, naukowcy, w efekcie licznych prób, doświadczeń i eksperymentów zaproponowali niewidomym nowatorskie i jedyne w swoim rodzaju narzędzie służące do przekazywania informacji, a przede wszystkim obrazów. Prace rozpoczęte na Uniwersytecie w Gandawie (Belgia), kontynuowane były i zakończone w AGH.

Do tej chwili osoby niewidome posługują się alfabetem Braille’a – i tak będzie zapewne jeszcze przez wiele lat. Dzięki temu systemowi niewidomi czytają, a dokładniej rzecz ujmując wyczuwają wytłoczone wypukłości – punkty ułożone w różnorodnych kombinacjach. Naukowcy z Katedry Elektroniki poszli jednak o krok dalej. Urządzenie skonstruowane w AGH wyposażone jest w tzw. odwracalne źródła ciepła – punkty cieplne, które rozmieszczone są obok siebie, w bliskiej odległości. Za pomocą tych elementów mogą być wyświetlane różnorodne, póki co proste kształty, figury i obrazy na termicznym ekranie dotykowym. Tym samym komunikacja osób niewidomych za pomocą tego ekranu poszerzona zostaje o obrazy generowane termicznie. Zróżnicowanie temperatury poszczególnych punktów pozwala przedstawić na ekranie „barwne” obrazy, które następnie rozpoznawane są przez osobę niewidomą pod palcami. Dzięki urządzeniu osoby niewidome i słabo widzące mają możliwość komunikacji z otaczającym światem, a także przyswajania większej niż do tej pory ilości informacji.

fot. Zbigniew Sulima

Serię badań z użyciem ekranu termicznego naukowcy przeprowadzili w Ośrodku Szkolno-Wychowawczym dla Dzieci Niewidomych i Słabowidzących w Krakowie. Prawie półroczne testy obejmowały rozpoznawanie siedemnastu podstawowych kształtów. Pierwsze próby okazały się bardzo trudne. Najpierw należało bowiem nauczyć osoby niewidome reagować na ciepło i zimno. Człowiek, który nie jest przyzwyczajony do rozpoznawania temperatury punktów, nie jest w stanie w pierwszym momencie rozpoznać czy dotykany przez niego punkt jest ciepły czy zimny. Po pewnym czasie „rozdzielczość” termiczna człowieka rośnie. Stajemy się bardziej wrażliwi na temperaturę, a tym samym możemy z większą łatwością rozpoznawać punkty.

Podczas pierwszego spotkania w ośrodku, przeciętny czas rozpoznania obrazu wyniósł 53 sekundy. Podczas ostatniego, czas poprawnego rozpoznania kształtu zmalał prawie o połowę – do 32 sekund. Jedna z uczestniczek badania rozpoznawała kształty już po 8–9 sekundach.

Nowatorska metoda pozwala dzieciom i młodzieży rozpoznawać kształty za pomocą temperatury. Punkty mogą nagrzewać się do około 50 stopni Celsjusza, ale mogą również być schłodzone do temperatury szklanki wyjętej z lodówki, tj. zaledwie kilku stopni.

Co kryje się
w małej prostokątnej skrzynce?

Matryca kształtem przypomina prostokątne pudełko, na środku którego zainstalowane są punkty termiczne. W zależności od tego, jaki kształt chcemy wyświetlić, podgrzewamy lub wychładzamy poszczególne punkty. Urządzenie wyposażone jest w prawie 300 cieplnych elementów tego typu. Są one bardzo małych rozmiarów – każdy z nich ma wymiary 2 mm × 2 mm. Wszystkie są oddzielnie sterowane i zasilane. Tym samym każdemu z nich można nadać inną temperaturę.

fot. Zbigniew Sulima

Jak podkreśla prof. Andrzej Kos, bardzo ważne, poza rozmiarem punktów, są odległości, w jakich są one umiejscowione. – Zaczynając prace nad ekranem nie wiedzieliśmy jakich rozmiarów powinny być punkty i w jakich odległościach od siebie je umieścić. Dopiero na skutek licznych prób i obserwacji doszliśmy to tego efektu, który można obserwować na prototypie.

W pierwszej fazie prób niewidomi rozpoznając obrazy posługiwali się opuszkami palców, tak jak przy czytaniu Braille’a. – Natomiast dużym zaskoczeniem dla nas inżynierów – mówi mgr inż. Krzysztof Boroń – była sugestia uczestników, że łatwiej przychodzi im rozpoznawanie, gdy używają odwrotnej strony dłoni, tzn. zewnętrznej, ewentualnie części nadgarstków, które są bardziej wrażliwe na temperaturę.

Zamiast hasła „grafika” –
faktyczny obraz

Mgr inż. Krzysztof Boroń podkreśla także duże znaczenie urządzenia w połączeniu z interentem.

– Osoby niewidome nie miały praktycznie do tego momentu możliwości „oglądania” grafiki z komputera. Poza radiem, Internet jest najczęściej używanym przez osoby niewidome medium, jest to dla nich świetny sposób pozyskiwania informacji. Najczęściej osoby niewidome słuchają informacji poprzez syntetyzator. W momencie, gdy pojawia się obraz lub grafika pod tekstem syntetyzator najczęściej podaje informacje „grafika”, ewentualnie pojawia się podpis pod zdjęciem. Jednak zazwyczaj twórcy stron pomijają podpisy i tym samym osoby niewidome nie mają możliwości dowiedzenia się, co kryje się pod hasłem „grafika”. Termiczny ekran dotykowy ma szansę to zmienić. Za jego pomocą niewidomi będą mogli w przyszłości poczuć nawet złożony i skomplikowany kształt.

Nuty, kolory, fale? Czemu nie!

fot. Zbigniew Sulima

W tej chwili na ekranie można wyświetlać proste figury geometryczne typu koło, kwadrat, trójkąt. Ponadto na ekranie dotykowym może być wyświetlony czarnodruk – czyli litery, które widzą osoby zdrowe. Wbrew pozorom niewidomi też uczą się czarnodruku, nie tylko alfabetu Braille’a, np. po to, aby mogli się podpisać. Co prawda nie czytają czarnodruku, ale są w stanie poznać litery. Profesor Andrzej Kos mówi, że urządzenie może symulować np. ruch fali. Jak to możliwe? Poprzez podgrzewanie jednych punktów, a wychładzanie innych i tym samym nadawanie punktom kształtu fali, która w jednym miejscu jest wyższa – punkty cieplejsze, a w innym niższa – punkty chłodniejsze. Nigdzie na świecie do tej pory nie stosowano tego typu rozwiązań. Naukowcy podkreślają jednak, że podobnie jak w przypadku alfabetu Braille’a obsługa matrycy wymaga ćwiczeń i przeszkolenia.

W przygotowaniu jest oprogramowanie, za pomocą którego na ekranie można wyświetlać transmisje sportową. Wyobraźmy sobie np. bieg sześciu zawodników – w tym przypadku sześć punktów na matrycy. Przesuwając punkty cieplne, zgodnie z biegiem sportowców, niewidomy może wyczuwać dramaturgię biegu. Mowa oczywiście o uproszczonym przekazie, ponieważ jeden punkt (lub ich zbiór) to jeden zawodnik. Na matrycy można również przedstawić coś bardzo abstrakcyjnego dla niewidomych, mianowicie kolory. W przypadku osób, które widziały, a na skutek wypadku lub innych zdarzeń straciły wzrok, możemy im za pomocą ekranu „przypomnieć” kolory. Przyjmując, że punkty ciepłe to barwy z palety kolorów ciepłych, a punkty zimne to barwy chłodne jesteśmy w stanie przekazać, choćby częściowo, tą trudną informację.

fot. K. Boroń

Ekran daje dużo większe możliwości niż tradycyjny, brajlowski system wypukły. Urządzenia, wykorzystujące Braille’a są to narzędzia mechaniczne, bardziej zawodne, do tego dosyć drogie. W systemach wypukłych punkt albo jest, albo go nie ma. W przypadku matrycy punkty mogą się pojawiać, znikać, i znowu się pojawiać w innej konfiguracji, układzie, kształcie i wreszcie temperaturze. Dodatkową informację przekazujemy gradacją temperatury.

Co ciekawe, drogowskazem przy pracy nad ekranem były dzieci z ośrodka dla niewidomych, które zawsze w sposób obiektywny oceniały efekty dotychczasowych prac. Okazały się najlepszymi recenzentami, a dzięki ich uwagom, sugestiom i komentarzom naukowcy mogli nanosić poprawki i udoskonalenia.

Interdyscyplinarność
kluczem do sukcesu

Profesor Andrzej Kos i mgr inż. Krzysztof Boroń wspominają o różnego rodzaju przeszkodach, jakie pojawiały się podczas prac nad ekranem. Prace nad matrycą odbywały się na styku wielu, z pozoru odległych od siebie dyscyplin, takich jak np. biologia, fizjologia, rehabilitacja, nie wspominając o inżynierii biomedycznej. Urządzenia typu ekran dotykowy dla niewidomych, pokazują bardzo silną interdyscyplinarność nauki i łączenie wiedzy z kilku dziedzin z korzyścią dla ludzi.

Marzeniem zespołu pracującego nad matrycą jest doprowadzenie urządzenia do formy nowoczesnego tabletu, którego niewidomy może wziąć wszędzie ze sobą i za jego pomocą przeczytać informacje bez pomięcia grafiki. Wszystko wskazuje na to, że marzenia są bliskie urzeczywistnieniu. Nigdy dotąd bowiem temperatura nie była traktowana jako źródło informacji. Ekran dotykowy zmienia to podejście. Jeżeli nauczymy niewidomych tego nowego sposobu pozyskiwania danych, a oni sami chętnie eksperymentują z nowinkami technologicznymi ułatwiającymi życie, możemy przekazywać im znacznie więcej informacji na temat otaczającego nas świata.

Anna Żmuda