Rampas Digitales: HeadMouse
INTRODUCCION
El ratón (o mouse por su nombre en inglés) se ha convertido en el dispositivo de entrada de datos más popular para interactuar con computadores y acceder a internet. Los computadores modernos cuentan con numerosas ventajas; sin embargo, estos equipos no han sido diseñados para que sean accesibles a personas en situación de discapacidad. El manejo de un computador tradicional requiere la capacidad física del movimiento de por lo menos una de las extremidades del ser humano, lo cual limita el acceso a personas tetrapléjicas (enfermedad que impide la movilidad de las cuatro extremidades) y reduce la capacidad de éstas para realizar actividades diarias como ingresar a su correo electrónico, o al chat, o desarrollar trabajos básicos de procesamiento de texto.
Actualmente existen alternativas al ratón tradicional como dispositivo de entrada de datos. Algunos de estos sistemas no requieren de contacto con el usuario, dado que se basan en una cámara web y la utilización de algoritmos de visión artificial, basados en procesamiento de imágenes, para medir y transformar los movimientos de la cabeza de un usuario en desplazamientos relativos del cursor. La detección del movimiento de la cabeza de un usuario se realiza por medio del cálculo de la diferencia entre dos imágenes consecutivas, donde k es el número de secuencia de una imagen con m columnas y n filas.
Presentación del programa
HeadMouse es un programa gratuito diseñado para sustituir el ratón convencional de la computadora, permitiendo controlar el desplazamiento del cursor con pequeños movimientos de la cabeza y realizar acciones de clic mediante gestos faciales realizados delante de una webcam. HeadMouse está especialmente diseñado para personas con alguna discapacidad motora que no puedan utilizar un ratón informático convencional.
Una webcam puede servir para muchas otras cosas que para el chat, como pueda ser la video vigilancia o como ayuda para las personas con dificultades motrices, siempre y cuando contemos con las aplicaciones adecuadas. HeadMouse es un programa que nos permitirá controlar el ratón gracias al movimiento de nuestra cabeza y ojos, de manera que sea posible hacer clic, arrastrar y soltar elementos, y utilizar un teclado virtual para escribir.
Un aspecto a tener en cuenta es que es necesario utilizar el programa en una habitación donde haya mucha luz y a ser posible que ésta sea natural, ya que si no correremos el riesgo de que la aplicación no funcione de forma correcta.
Para una persona con algún tipo de discapacidad motora que le impida mover los miembros superiores, algo tan cotidiano para muchos de nosotros como es utilizar el PC y navegar en Internet puede ser todo un desafío.
El manejo del ratón es uno de los obstáculos a vencer, y es tan básico para utilizar el equipo sin contratiempos que a muchos nos cuesta ver qué tan difícil sería operar un PC sin poder mover el ratón. ¿Cierto?
Pues pensando en esas personas, un equipo de investigadores de la Universidad de Lleida, junto con la empresa Indra y la Fundación Adecco desarrollaron a “HeadMouse”: Un ratón virtual que funciona con ligeros movimientos de cabeza y gestos faciales.
Explican sus desarrolladores que “HeadMouse” es un software especialmente diseñado para sustituir el ratón convencional, permitiendo controlar el desplazamiento del cursor con pequeños movimientos de la cabeza y realizar acciones de clic mediante gestos faciales realizados delante de una webcam.
¿La novedad? Pues “HeadMouse” está especialmente diseñado para personas que no puedan utilizar un ratón informático convencional, y según sus desarrolladores se trata de la única solución gratuita de este tipo, pues explican que soluciones similares pueden llegar a costar unos 12 mil euros (cerca de 15 mil dólares) y además requieren dispositivos adicionales a la cámara web.
Este “ratón virtual” se puede descargar desde la Web sin mayores complicaciones, ni registros, ni pagos de ningún tipo… Por algo este software ya ha alcanzado las 300 mil descargas, hecho que celebran orgullosos sus responsables.
Este ratón virtual, del que existen versiones en inglés, español, portugués e italiano, funciona a partir del uso de algoritmos de visión artificial. Su presentación ha resultado exitosa en Chile, México, Colombia, Argentina o Brasil, destacan sus responsables. Además, ha sido bien recibida en China y en Estados Unidos, desde donde se han reportado el 2% de las descargas del HeadMouse.
Sin duda una excelente solución para usuarios con problemas de movilidad.
Sistemas operativos donde funciona.
HeadMouse ha sido diseñado para ser utilizado en Windows XP, Windows Vista, Windows 7 y Windows 8.
No está disponible para MacOS, Linux, iPhad, ni Android.
Requerimientos de Hardware para usar el programa
Para utilizarlo se debe contar con una cámara web USB que pueda capturar video a una resolución 640×480 a 30 fps y que envíe los datos en formato RGB, YUV420 o YUV422. Tienen en la web una lista de las cámaras compatibles que han verificado.
Requerimientos:
· HeadMouse ha sido diseñado para Windows XP, Windows Vista y Windows 7, y no se tiene información de que estén pensando desarrollar una versión para MacOS ni Linux.
· Contar con una cámara web con conexión USB que pueda capturar video a una resolución 640×480 a 30 fps y que envíe los datos en formato RGB, YUV420 o YUV422. Tienen en la web una lista de las cámaras compatibles que han verificado.
· Existen versiones de descarga en inglés, español, portugués e italiano.
· El usuario no requiere colocar objetos en su cabeza, los que pueden resultar incómodos para algunos.
· Windows 98, XP, Vista.
· Una Webcam que soporte la resolución de 640×480.
· El programa HeadMouse (gratuito).
· Requisitos mínimos. Pentium IV con procesador 2GHz.
· Procesador > Atom.
· Disco Duro con 250 GB o más
Finalidad del programa
La finalidad de Head Mouse es sustituir el ratón convencional, permitiendo controlar el desplazamiento del cursor con pequeños movimientos de la cabeza y realizar acciones de clic mediante gestos faciales realizados delante de una webcam, en tal sentido el programa puede utilizarse en una empresa, centro docente o centro de formación.
Ayudar a las personas con discapacidad física a integrarse a las tecnologías informáticas. El dispositivo está dirigido a atender las necesidades inducidas por la discapacidad física en extremidades superiores y por esto opera con los movimientos de la cabeza. Las acciones de clic y desplazamiento del IMU-Mouse se ejecutan a partir del procesamiento de los datos generados por un acelerómetro y un giroscopio.
Otra finalidad del programa es reducir las barreras en interacción que podrían surgir a partir del uso de tecnologías asistidas, tales como el IMU-Mouse. En este caso las barreras podrían existir debido a que el dispositivo desarrollado opera con base en los movimientos de la cabeza en lugar de los de la mano.
En términos general tiene como finalidad brindar una solución para que las personas con discapacidad tengan acceso a la tecnología y mejoren su integración laboral y social, dicho programa tiene facilidad para acceder a él ya que es gratuito.
Actualmente suman 95 los países en los cinco continentes desde los que se ha descargado el HeadMouse y el VirtualKeyboard. Entre los países más destacados podemos mencionar a España, Argentina, Brasil, Chile, Colombia y Estados Unidos, junto a países tan diversos como Canadá, Reino Unido, Alemania, Finlandia, Arabia Saudí, Emiratos Árabes Unidos, India, China, Tailandia, Japón, Marruecos, Sudáfrica o Kenia. En total, el número de descargas asciende a 400,000 en todo el mundo.
Población Meta para la que fue desarrollado el programa
El programa ha sido diseñado para la población en general, es decir que no hay edad específica para su uso, un dato importante es que el 9% de población discapacitada en España (3,5 millones de personas) 1.000.000 de los afectados se encuentra en edad laboral y de estos el 23% no tiene empleo 1.824.000 personas con discapacidad para desplazarse, un 3,3% de la población total.
Su utilización no requiere un aprendizaje previo, ya que su manejo es muy sencillo. Existen versiones en inglés, español, portugués e italiano, funciona a partir del uso de algoritmos de visión artificial. Una vez instalado el software en el computador y concluido el proceso de calibración, que no requiere de aprendizaje previo, el sistema está listo para acometer las funciones equivalentes al ‘clic’ y al arrastre, que se consigue con distintas opciones mediante parpadeos de los ojos y con la apertura de la boca.
Básicamente para usar el programa es requerido tener los equipos idóneos para su ejecución.
Discapacidad a tratar o intervenir con el programa
Head Mouse está diseñado para intervenir personas con discapacidad motora.
Las personas con discapacidad motriz acceden al control del mouse a través de los movimientos de la cabeza con todas las funciones incorporadas de “arrastrar”, mientras que las acciones faciales se convierten en diversas modalidades de “clic”.
El dispositivo está dirigido a atender las necesidades inducidas por la discapacidad física en extremidades superiores y por esto opera con los movimientos de la cabeza.
Las principales soluciones reportadas en lo que respecta a la interacción de personas con discapacidad física mediante dispositivos apuntadores son: joysticks, mouthsticks, trackballs, pantallas táctiles, reconocimiento de gestos (p. ej., gestos de las manos, de la cara, o de los ojos), sensores inerciales, interfaces cerebro-computador, comandos de voz o soplidos, señales eléctricas de los músculos, y dispositivos basados en interruptores.
Ventajas del programa
El diseño basado en medidas inerciales ofrece múltiples ventajas para atender las necesidades relacionadas con el desplazamiento del cursor tales como:
· Los tiempos de aprendizaje se reducen debido a que se puede asociar el desplazamiento y los movimientos que el usuario puede ejecutar.
· Se libera al usuario de la necesidad de mantener una posición determinada con respecto a la pantalla como ocurre con los sistemas basados en gestos.
· La complejidad de configuración recae principalmente en los desarrolladores -tanto que en este caso el usuario únicamente debe conectar el dispositivo a través de un puerto USB para comenzar a utilizarlo-, y el valor de los sensores es reducido en comparación con las otras propuestas.
· Facilita el acceso a las tecnologías de la información y la comunicación.
Teniendo en cuenta que el enfoque basado en medidas inerciales presenta limitaciones en lo que respecta a la precisión del clic, la implementación basada en la tarjeta de desarrollo Arduino ofrece opciones para tomar ventaja de las soluciones encontradas mediante su aplicación. Por ejemplo, en el mercado se encuentran tarjetas complementarias para el reconocimiento de voz o para el uso de señales BCI tales como el módulo Elechouse V3 o el chip ThinkGear AM de Neurosky. Estas tarjetas son muestras de lo que en este documento se llaman complementos, los cuales tienen la finalidad de enriquecer la interacción.
Desventajas del programa
· El sistema total es poco flexible para el usuario, dado que es necesario que éste sea ayudado para que el ratón sea puesto en el lugar adecuado antes de ser usado.
· No hay un manual de uso del programa ni una adecuada documentación que permita conocer el uso de las diversas opciones incluidas en el programa.
· Ausencia de un diseño adecuado de la diadema y las limitaciones existentes para la ejecución del clic y sus derivados.
· Ninguno de los aparatos reportados fue utilizado como una herramienta de investigación para el desarrollo de interfaces adaptativas en el campo del hardware.
· La mayoría de las pantallas del programa son ajustables en tamaño y se pueden cambiar de posición. No obstante la barra de funciones de mouse (click window) no permite cambios de tamaño, cambios en tipo de letra, ni en ubicación en el monitor (la barra sólo se ubica en la parte superior de la pantalla).
· Los botones de la barra de funciones de mouse (click window) no cuentan con un cambio significativo de colores o contraste que permitan al usuario distinguir entre un botón seleccionado y uno inactivo.
Habilidades o competencias que puedan desarrollar los estudiantes
La habilidad de controlar varias funcionalidades del computador, tales como reproducir música o videos, navegar por internet o editar documentos.
La teoría detrás del diseño supone que el usuario puede mover el cursor en la pantalla del computador y hacer clics izquierdo y derecho, utilizando solamente la cabeza. La implementación se realizó con un microcontrolador que dispone de interfaz USB y conversor analógico-digital (ADC). El registro del movimiento de la cabeza del usuario y la posición de la pantalla se hizo mediante tecnología de acelerómetros de tres ejes. Los algoritmos diseñados e implementados en el firmware del microcontrolador realizan todo el trabajo necesario para procesar la información de los acelerómetros y así controlar el cursor en pantalla.
HeadMouse está especialmente diseñado para personas que no pueden utilizar un ratón informático convencional, y se trata de la única solución gratuita de este tipo, pues explican que soluciones similares pueden llegar a costar 15 mil dólares y además requieren dispositivos adicionales a la cámara web.
Además, la responsable de tecnologías accesibles de Indra, Alicia Fernández, señaló que “su utilización no requiere un aprendizaje previo, ya que su manejo es muy sencillo”. “Este ratón virtual, del que existen versiones en inglés, español, portugués e italiano, funciona a partir del uso de algoritmos de visión artificial. Una vez instalado el software en el computador y concluido el proceso de calibración, que no requiere de aprendizaje previo, el sistema está listo para acometer las funciones equivalentes al ‘clic’ y al arrastre, que se consigue con distintas opciones mediante parpadeos de los ojos y con la apertura de la boca”.
El diseño e implementación de los dispositivos contribuiría a mejorar la construcción de interfaces que se adapten al usuario y que estén orientadas a la enseñanza. La mejoría se debe a que, además de usar el dispositivo para vencer las barreras para la interacción, también se pretende alcanzar un grado adecuado en usabilidad dirigido al aprendizaje mediante el uso de recursos educativos digitales. Un nivel adecuado en usabilidad contribuye a disminuir la marginación de las personas con Necesidades Especiales en la Diversidad (NEED), originada principalmente por la interacción de estudiantes con limitaciones físicas mediante interfaces de usuario generalizadas.
Conclusiones
· Se concluye que el dispositivo habilita una interacción efectiva con el computador, y además permiten la identificación de espacios para la aplicación de complementos de hardware y software para asistir las acciones de interacción.
· El diseño e implementación del dispositivo es efectivo para interactuar mediante las acciones de desplazamiento del cursor y clic.
· El ratón diseñado e implementado es completamente hardware con interfaz USB, ya que no necesita instalar software adicional para ser usado. Solamente son necesarios los controladores (drivers) que vienen por defecto en el sistema operativo bajo la clase HID. Se realizaron pruebas sobre Windows XP (32 bit), Windows 7 (64 bit) y Ubuntu Linux (32 bit) que verifican su funcionamiento sin necesidad de usar software adicional.
· Los porcentajes elevados en el clic izquierdo y movimientos izquierda-derecha del cursor podrían ser causados porque se supuso el mismo valor de umbral para ambos clics, y el mismo para todos los movimientos del cursor. Esta suposición podría no ser válida.
· Una vez instalado el software en el computador y concluido el proceso de calibración, no requiere de aprendizaje previo, el sistema está listo para acometer las funciones equivalentes al ‘clic’ y al arrastre, que se consigue con distintas opciones mediante parpadeos de los ojos y con la apertura de la boca.
Recomendaciones
· Se recomienda el uso de los algoritmos para los movimientos arriba-abajo e izquierda-derecha, dado que se observó su utilidad para sacar el cursor de las esquinas y fronteras de la pantalla. En ocasiones el cursor queda ubicado en estos lugares, y es deseable poder ubicarlo en otra posición, por ejemplo, la mitad de la pantalla.
· Se recomienda situar la webcam encima del monitor, enfocada hacia el usuario, pero también puede colocarse delante y debajo del monitor. Lo más importante es que la cara del usuario aparezca lo más centrada posible en la imagen.
· HeadMouse sólo opera con la webcam que el ordenador detecta como prioritaria (webcam 1). Si hay otros dispositivos tipo webcam instalados (webcam interna, receptor TDT, digitalizadoras de vídeo) deberán deshabilitarse (deshabilitar hardware) para utilizar HeadMouse.
· Hay dos versiones del programa que se diferencian en el modo de control del movimiento del mouse: relativa y absoluta; siendo esta última la recomendada para la mayoría de usuarios.
· El usuario no requiere colocar objetos en su cabeza, los que pueden resultar incómodos para algunos.
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