II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica ... - ASEM Madrid

II Congreso Internacional sobre
Domótica, Robótica y Teleasistencia para Todos
EDITA:
PATROCINA:
DRT4all 2007
Actas

PRÓLOGO
DOMÓTICA
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
ÍNDICE
Pg. 4 Integración de Tecnologías Activas en el Diseño de Edificios de Viviendas.
Pg. 18 Participación de Usuarios en el Desarrollo de un Sistema de Etiquetado de Objetos del Hogar para
Personas con Discapacidad Visual.
ROBÓTICA
Pg. 32 Juegos de ordenador para niños: Desde los juegos específicos a los diseñados para todos
Pg. 35 Desarrollo de Interfaces para Personas con Discapacidad Basadas en Señales EMG y EEG
Pg. 48 Silla de Ruedas Robótica Adaptada para Personas con Discapacidades Cognitivas: Sistema de
Navegación e Interfaz Hombre– Máquina
Pg. 57 Investigación en Curso de Sistemas Asistenciales Inteligentes Adaptativos para Personas Dependientes
en Movimiento Autónomo .
Pg. 66 Diseño de un Nuevo exoesqueleto para neurorehabilitación basado en detección de intención.
Pg. 78 Evaluación funcional de robot portable de ayuda a personas discapacitadas. ASIBOT
Pg. 87 Experiencias docentes en telerrobótica asistencial
TELEASISTENCIA
Pg. 96 Las TIC en el apoyo a las personas
Pg. 101 Exploración de niveles asistenciales y análisis de escenarios para el diseño de nuevos servicios de e-
Salud.
Pg. 108 “KneeMeasurer”. Un Interfaz Vestible para la Medida del Ángulo de las Articulaciones.
Pg. 118 Servicio de Gestión de Información Remota para las Actividades de la Vida Diaria, Adaptable a Usuario
(SIRAU).
Pg. 127 Videoconferencia basada en Multicast: Aplicación a la interpretación de signos a distancia en cursos
con estudiantes con discapacidad auditiva.
Pg. 135 Desarrollo de Herramienta de asistencia Tecnológica para la mejora de Autonomía de las Personas
Mayores: Adimen
Pg. 147 Red convergente de Teleasistencia avanzada para pacientes con enfermedades crónicas y personas mayores
Pg. 160 Aplicación de las Redes Ópticas de Conmutación de Ráfagas en Sistemas de Tele-asistencia
Pg. 172 Detección automática de situaciones peligrosas para el telecuidado de personas mayores.
AYUDAS TÉCNICAS
Pg. 179 Interfaz inalámbrico, universal y no invasivo para control de aparatos periféricos mediante movimientos
de la cabeza
Pg. 190 Ingeniería Afectiva Aplicada a la Síntesis de Texturas Capaces de Transmitir Sentimientos y Emociones
Predefinidas
Pg. 195 Sistema Portátil para Lectura de Displays
ISBN 84-88934-28-9
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
DOMÓTICA
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Integración de Tecnologías Activas en el Diseño de Edificios de
Viviendas
Resumen
Xavier Garcia-Milà Lloveras
Arquitecto
El desarrollo tecnológico actual permite contemplar que los dispositivos para compensar la pérdida de
funcionalidad de una determinada parte del cuerpo no sólo facilitan el desarrollo de la actividad sino que pueden
lleven a cabo una determinada acción sustitutiva. Las tecnologías ACTIVAS actúan por cuenta de la persona
precisando un aporte de energía exterior para poder generar este trabajo sustitutorio.
Integrar estas tecnologías en los edificios de viviendas requiere contestar dos preguntas
¿Qué previsiones constructivas y de diseño hay que hacer para integrar en los edificios de viviendas las
instalaciones que aportan tecnologías activas?
¿Cuáles son sus posibilidades y limitaciones en la mejora de la autonomía personal mediante el control del
entorno inmediato del hogar?
Contestar la primera exige prever en proyecto dónde se conecta, cómo se transporta, dónde se consume y cómo
se evacuan los residuos de cada fuente energética mientras que responder a la segunda nos conduce a identificar
los componentes principales del sistema, ver el alcance de las prestaciones que puede ofrecer y reflexionar sobre
las limitaciones que actualmente presenta.
1. Tecnologías para la accesibilidad: activas y pasivas
El desarrollo tecnológico actual permite contemplar que los dispositivos para compensar la pérdida de
funcionalidad de una determinada parte del cuerpo (o simplemente para ganar en confort) no sólo facilitan el
desarrollo de la actividad sino que pueden lleven a cabo una determinada acción sustitutiva. Desde este punto de
vista, podría decirse que hay tecnologías:
PASIVAS, que mejoran las posibilidades de usar el entorno sin sustituir la actuación del ser humano. Un
pavimento antideslizante en una rampa, la prótesis que ayuda a caminar, el sistema de escritura “braille”, el
tirador anatómico para abrir la puerta o el grifo monomando, por poner algunos ejemplos.
ACTIVAS, que actúan por cuenta de la persona. Un ascensor amplio, la silla de ruedas eléctrica, las puertas que
se abren automáticamente al paso de las personas o el agua que surge de un grifo en cuanto se acercan las manos,
serían ejemplos.
La combinación de ambos “tipos” de tecnologías es necesaria para mejorar la accesibilidad al entorno. No es
difícil escuchar, en profesionales vinculados al proceso constructivo, la siguiente reflexión: En lugar de adaptar
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el entorno urbano y los edificios, ¿no sería mejor desarrollar una silla de ruedas para subir escaleras? La repuesta
parece clara: es necesario hacer ambas cosas a la vez; de igual forma que la mejora de los vehículos de transporte
(coches, trenes, etc...) va paralela a la mejora de las infraestructuras (carreteras, trazados ferroviarios, etc., los
progresos en accesibilidad tienen que ser tanto de las tecnologías “activas” como de las “pasivas”.
2. Utilización de tecnologías activas en la vivienda
La implantación de medidas de accesibilidad en los edificios se ha basado principalmente en la incorporación de
tecnologías pasivas con algunas excepciones notables como son los ascensores y elevadores mecánicos.
Esa primacía de las tecnologías pasivas respecto de las activas es aún más patente en los edificios de viviendas,
habitualmente mucho menos tecnificados que los de uso público; consecuentemente, las previsiones para
incorporar tecnologías activas en edificios de viviendas han ido siempre por detrás de las necesidades. Baste sino
recordar las enormes dificultades que tenemos en la actualidad para incorporar ascensores en gran cantidad de
edificios construidos en las recientes décadas de los 60, 70 y 80 o contemplar como hasta fechas muy próximas
la instalación telefónica se superponía a las fachadas de los edificios, incluso los de nueva construcción, de
forma anárquica e impúdica.
En esencia, las ventajas de la utilización de tecnologías activas para domotizar la vivienda son principalmente
dos:
Reducen considerablemente las capacidades necesarias para el uso de los diferentes utensilios y mecanismos:
apretar el botón del ascensor en lugar de subir las escaleras, acercar las manos al grifo en vez de manipularlo o
activar eléctricamente las persianas para no tener que hacer uso de la cinta o el torno.
Permiten realizar automáticamente muchas actividades de la vida cotidiana: regular la temperatura ambiente,
encender o apagar fuentes de iluminación y regular su intensidad o activar elementos de seguridad.
Y en consecuencia, facilitan la vida independiente e incrementan la autonomía personal de los usuarios con
discapacidad.
En un momento de irrupción en el mercado de cantidad de productos y sistemas para “domotizar” la vivienda o
“controlar el entorno” sería buena una reflexión global acerca de las tecnologías activas aplicadas a las viviendas,
tratando de responder a dos preguntas:
¿Cómo preparar al edificio para incorporar tecnologías activas sin dificultad?, es decir, ¿qué previsiones
constructivas y de diseño hay que hacer para integrar en los edificios de viviendas las instalaciones que aportan
tecnologías activas?
¿Qué aportan las tecnologías activas para mejorar la accesibilidad al entorno físico?, por tanto, ¿cuáles son los
campos de aplicación, qué posibilidades ofrecen y qué limitaciones o carencias presentan?
3. Criterios de diseño integrado de instalaciones de suministro de servicios 1
Como base de partida podría afirmarse que toda tecnología activa precisa de un aporte de energía para poder
generar el trabajo que va a hacer por nosotros y que dicha energía se canaliza, en los edificios, a través de lo que
denominamos genéricamente como “instalaciones”. Por tanto, es oportuno analizar qué instalaciones y en qué
1 En este desarrollo no se han tenido en cuenta las fuentes de energía alternativas como la solar o la eólica, que no dependen de compañías
suministradoras.
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condiciones se incorporan en el diseño y construcción de edificios de viviendas, cuáles son las carencias actuales
y las opciones de futuro
En la actualidad hay disponibles (aunque no en todos los lugares) cuatro tipos básicos de suministros: gas, agua,
electricidad y telecomunicaciones. En el trazado de estas instalaciones distinguiríamos dos tramos claramente
diferenciados:
La instalación exterior al edificio, responsabilidad de las respectivas compañías suministradores hasta el punto
de conexión.
La instalación interior al edificio, responsabilidad de los agentes que intervienen en la construcción del mismo y,
una vez terminado, de los usuarios finales. Resulta interesante distinguir entre los tramos comunitarios y el
trazado privativo interior a cada vivienda.
3.1 Instalación exterior al edificio
Las diferencias entre un tipo y otro de suministro son notables. Trataremos de centrarnos en aquellos aspectos
que más pueden incidir en el usuario, en particular si tiene alguna discapacidad que trate de paliar utilizando una
tecnología activa, lo que le hará más dependiente y vulnerable a cualquier contingencia que afecte al suministro
del servicio.
En esencia las compañías (aunque pueden ser otros agentes) tienen la concesión de un determinado producto
que:generan o transforman
Este proceso es el que va a determinar, en esencia, la calidad del producto final que llega al usuario y
por tanto sus prestaciones. En las telecomunicaciones pueden generarse ya en esta fase problemas de
inaccesibilidad (webs no accesibles, por ejemplo) o soluciones de accesibilidad (noticiarios hablados con
traducción a lenguaje de signos, sería un caso).
Transportan
En esta fase la velocidad y la fiabilidad son esenciales para que llegue en las condiciones adecuadas y
en el momento oportuno.
Suministran
En la cantidad que, hipotéticamente, el usuario precisa.
Gestionan
Destacando, por su trascendencia, el precio que establecen por el servicio que prestan.
Todos estos factores inciden de una forma clara en la utilización de cada uno de los productos como fuente de
accesibilidad. Bien es cierto que la electricidad y las telecomunicaciones ofrecen unas grandes posibilidades en
materia de accesibilidad, pero también lo es que un suministro con una calidad deficiente, no fiable en sus
prestaciones y caro minimiza estas posibilidades.
3.2 Instalación interior al edificio
Ahí es donde adquiere todo su sentido la reflexión sobre los criterios a tener en cuenta para integrar
correctamente las instalaciones en los edificios de viviendas, tanto para poder incorporarlas en el futuro si no
forman parte de los suministros originales (el gas, por ejemplo, no es obligatorio y ciertas telecomunicaciones
tampoco, aunque hay que preverlas) como para poder efectuar sin dificultad operaciones de reparación,
mantenimiento, modificación o ampliación de las ya existentes.
Cuatro son las principales cuestiones a resolver:
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Conexión con el exterior
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El gas y el agua discurren, prácticamente siempre, enterradas bajo la vía pública, por lo que la conexión
se producirá en el subsuelo siguiendo la normativa vigente y las normas de la compañía suministradora.
El trazado eléctrico tiende a soterrarse pero actualmente aún pueden darse dos supuestos de conexión,
aérea o enterrada. También la normativa vigente, complementada con los criterios de las compañías
suministradoras, define claramente las previsiones constructivas a tener en cuenta.
Más complejo resulta el campo de las telecomunicaciones que pueden recibirse por cable (telefónico,
fibra óptica, etc.) o a través de ondas aéreas (telefonía móvil, televisión, radio, etc.). Hay que contemplar ambas
opciones de manera que la conexión pueda producirse soterrada, desde la vía pública o bien aérea desde la
cubierta del edificio. Su regulación normativa es reciente (el reglamento es del año 1999) y por tanto su
incidencia aún es limitada.
Transporte por el interior del edificio hasta las viviendas o entidades privativas
Los fluidos (gas y agua) se transportan mediante tubos mientras que la electricidad y las
telecomunicaciones (si no son aéreas) discurren por cables.
Este capítulo es de especial trascendencia tanto desde el punto de vista constructivo como de la gestión.
Si la instalación no discurre en su totalidad por elementos comunes, registrables, con espacio previsto para
posibles ampliaciones, etc. será difícil adecuarla a las necesidades cambiantes en el tiempo. Pero además de estos
aspectos constructivos hay que tener en cuenta que la modificación de cualquier elemento comunitario deben
consensuarse entre todos los propietarios del inmueble, lo que no siempre resulta sencillo. Por tanto las
previsiones constructivas son necesarias, pero no resultan suficientes sin el acuerdo de la comunidad de
propietarios.
Existen normativas legales y normas complementarias de las compañías suministradoras que regulan las
instalaciones que enlazan los puntos de suministro exterior con cada una de las viviendas. Lógicamente tienen en
cuenta criterios para garantizar su reparación, mantenimiento, modificación o ampliación aunque la casuística es
muy amplia y las situaciones en obra muy diversas, por lo que el papel del proyectista es decisivo. Ya se ha
comentado que la regulación en materia de telecomunicaciones es reciente y por tanto su incidencia es aún corta,
pero por contra sus previsiones son más generosas que las de otros suministros.
Puntos de consumo
Los suministros de fluidos tienen, generalmente, un uso localizado que se ciñe a la cocina y sus
dependencias anexas (lavadero, trastero, etc.) para el caso del gas y se amplía hasta los servicios higiénicos en el
supuesto del agua, mientras que los suministros por cable (electricidad y telecomunicaciones) extienden su
utilización a toda la vivienda.
Decidir la ubicación de los puntos de consumo y sus características es importante y a la vez complejo
porque presupone conocer datos del usuario final (intereses, hábitos, capacidades físicas, etc.) para poder colocar
los puntos de consumo en el lugar adecuado y con el diseño más conveniente. Además, los elementos de uso de
las instalaciones están sujetos a un proceso tecnológico de modificación y mejora constante (calderas,
termostatos, programadores, interruptores, etc.) que complica aún más el tema.
Si ya resulta difícil definir en materia de tecnologías pasivas cómo debe ser el interior de una vivienda
para que pueda devenir útil a niños, jóvenes, ancianos, invidentes, usuarios de silla de ruedas, personas con
dificultades auditivas, etc., mucho más complejo es el campo de las tecnologías activas. Esta dificultad tiene su
contrapeso en la mayor capacidad del usuario para poder modificar el interior de la vivienda que habita.
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Como en tantos campos relacionados con la accesibilidad será necesario trabajar simultáneamente en
dos aspectos. Uno de ellos es tratar de conseguir que los nuevos productos que aparecen en el mercado,
pensados para un uso masivo, tengan las máximas prestaciones posibles en materia de accesibilidad. En esta
línea es interesante ver que se está produciendo una evolución hacia la integración de todos los servicios que
utilizan el cableado como soporte (electricidad y telecomunicaciones) en una única gama de productos. Así, las
principales firmas fabricantes de mecanismos eléctricos ofrecen en sus catálogos nuevos productos con más
prestaciones, de manera que mecanismos tradicionales como los interruptores pueden ser hoy automáticos
(encendiéndose cuando detectan la presencia humana) o reguladores de la luminosidad (disminuyendo o
aumentando la intensidad de la luz a voluntad) y los termostatos de ambiente son cronotermostatos programables
en el tiempo; además se incorporan aparatos (alarmas antirrobo, sistemas de difusión sonora, etc.) que antes sólo
ofrecían empresas especializadas, se añaden instrumentos (detectores de humos, de escapes de agua o gas, etc.)
que facilitan nuevas prestaciones y se integran los sistemas de comunicación (porteros electrónicos,
videoporteros, telefonía, etc.). Que estos elementos sean accesibles garantiza a las personas con discapacidad la
disponibilidad de tecnologías fiables a precios razonables.
El otro consiste en generar productos específicos y adaptar productos existentes para aquellas personas
con discapacidad que no puedan tener acceso inmediato y directo a los que ofrece el mercado. En definitiva,
siempre será necesario para un grupo reducido de usuarios “el traje a medida” que permita utilizar el entorno
inmediato de la vivienda de la forma más autónoma posible. Es interesante ver que se ha desarrollado un
incipiente mercado de empresas que ofrecen adaptaciones domóticas de la vivienda para personas con
discapacidad.
Todos los suministros tienen normativa específica que regula la instalación interior de la vivienda y que,
en general, es suficiente para garantizar el consumo básico; se determinan, por ejemplo, las sectorizaciones y
registros imprescindibles para poder reparar o modificar, el número mínimo de puntos de conexión, unos
márgenes de capacidad para poder ampliar el consumo, etc.
Ante esta gran complejidad y diversidad, parece difícil incorporar criterios de accesibilidad útiles para
todo tipo de usuarios más allá de los que establece la propia normativa del suministro en cuestión, salvo que se
conozca de antemano al usuario final (caso de construir o reparar la vivienda propia o de viviendas que se
venden o adjudican antes de su finalización).
Evacuación de residuos
La utilización de cualquier energía genera unos residuos que hay que evacuar. El gas precisará de
huecos de ventilación y chimeneas de evacuación, el agua de toda una red desagües, la electricidad de una
instalación de toma de tierra con sus oportunos elementos de seguridad y las telecomunicaciones, que se disipan
a través del aire, del necesario aislamiento acústico entre dependencias para evitar molestias a los vecinos.
La regulación normativa es diversa y, por lo general, menos exigente que la aplicable a los otros tres
puntos comentados. Así, se pueden plantear problemas para colocar en la vivienda un aparato que consuma gas y
precise de un conducto hasta el exterior (caldera, secadora, etc.), para modificar un baño sustituyendo la bañera
por una ducha si esta operación modifica la instalación general de la red de saneamiento, para colocar una ayuda
técnica que utilice electricidad dentro de una pieza con agua corriente si no se pueden implementar una serie de
medidas de seguridad o para llevar a cabo una sesión de teletrabajo nocturno que precise de medios
audiovisuales sin molestar al vecindario.
3.3 Esquema resumen
Puede resultar útil generar un esquema resumen de estas tecnologías activas asociadas a la vivienda que
dependen de un suministro exterior. En lo que se refiere a la instalación exterior se distinguen las cuatro fuentes
actualmente disponibles (gas, agua, electricidad y telecomunicaciones) y se apuntan aquellos aspectos
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destacables para conseguir que el suministro sea lo más accesible posible. En cuanto a la instalación interior se
plantean las cuatro cuestiones clave para garantizar la operatividad de cada uno de los suministros: ¿dónde se
conecta?, ¿cómo se transporta?, ¿dónde se consume? y ¿cómo se evacuan los residuos que produce?
Tecnologías activas asociadas a la vivienda
precisan: energía que genera: trabajo
Instalación exterior Instalación interior
Dónde se Cómo se Dónde se Cómo evacua
Fuente Suministro conecta transporta consume residuos
Gas Compañías:
•Generan
Calidad
Vía pública
enterrada
Tuberías Cocina
Chimeneas
huecos vlon
Agua
Accesibilidad
•Transportan
Vía pública
enterrada
Tuberías
Cocina
Baño
Desagües
Velocidad
Electricidad
Fiabilidad
•Suministran
Cantidad
Vía pública
enterrada/
aérea
Cables
Toda la
vivienda
Toma de
tierra
Telecomunicaciones
•Gestionan
Precio
Cubierta,
vía pública
enterrada/aérea
Cables
Toda la
vivienda
Aire
(aislamiento
acústico)
Tabla 1. Tecnologías activas asociadas a la vivienda
4. Posibilidades y limitaciones de las tecnologías activas en la mejora de la autonomía personal mediante el
control de entorno
La integración de las diferentes tecnologías activas en un sistema domótico para poder controlar el entorno de la
vivienda y comunicarse con el exterior es, sin duda, el objetivo principal para aumentar la autonomía personal y
facilitar la vida independiente de las personas con discapacidad.
Tres son las cuestiones que más pueden interesar: identificar los componentes principales del sistema, ver el
alcance de las prestaciones que puede ofrecer y reflexionar sobre las limitaciones que actualmente presenta.
4.1. Componentes de un sistema domótico en la vivienda
En esquema podríamos decir que un sistema domótico en el hogar se compone de los siguientes elementos
Emisores: son los dispositivos que emiten la orden de actuar.
Pueden ser automáticos (por regulación horaria, de nivel, etc.), sensores (temperatura, luz, detector de escapes de
aguo o gas, etc.) o por la acción de la persona bien sea directamente o a través de un dispositivo externo (mando
a distancia, ordenador, teléfono móvil, etc.)
Receptores/Actuadores: reciben la orden y actúan en consecuencia.
La práctica totalidad de los elementos precisan de la energía eléctrica para que la actuación se lleve a cabo, bien
sea para desencadenar, mantener o realizar el proceso. Por tanto, la automatización de funciones requiere ampliar
la instalación eléctrica.
Medio: por el que circula la orden del emisor al actuador.
Puede ser a través de un cableado específico para datos, utilizando el propio cableado eléctrico o también a
través de un sistema inalámbrico (infrarrojos, ultrasonidos, ondas FM, etc.). El cableado específico se utiliza
principalmente en instalaciones nuevas centralizadas y tiene gran capacidad, fiabilidad, rapidez y seguridad, pero
exige una obra importante. La utilización del cableado eléctrico reduce prestaciones, aumenta el riesgo de
interferencias aunque evita la doble instalación. Los sistemas inalámbricos tienen una gran versatilidad y no
requieren de obras pero la no compatibilidad de lenguajes y protocolos, las diferencias de prestaciones y alcance
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entre sistemas y los problemas de seguridad por intrusión, limitan su universalización; sin duda sus
potencialidades son enormes y su implantación va en aumento.
Lenguaje/Protocolo: que se utiliza para que la orden lanzada por el emisor pueda ser comprndida por el receptor
y para que todos los elementos de un sistema complejo puedan entenderse entre sí.
La falta de un protocolo internacional desarrollado y aceptado, al menos, mayoritariamente es una de las
principales carencias y problemas para la implantación extensiva de sistemas domóticos en el hogar. Coexisten,
por ejemplo, el X10 (muy extendido mundialmente al ser el primer estándar que se creó para sistemas
domóticos), KONNEX / EIB (estándar abierto europeo fácilmente escalable), LONWORKS (estándar privado
americano orientado a aplicaciones industriales o de gran tamaño) y otros, además de multitud de sistemas
Propietario (desarrollados y utilizados por una determinada empresa).
Controladores: que permiten controlar, regir y actuar sobre un sistema complejo. Por ejemplo, el ordenador con
su software (tanto el de control interno del sistema, como el de diálogo con el usuario), PDA, Tablet PC,
teléfonos móviles, mandos a distancia específicos, etc.
4.2 Prestaciones de un sistema domótico en la vivienda
Desde el punto de vista de la accesibilidad dos son los aspectos de un sistema domótico que más interesan al
usuario: las posibilidades de control del entorno que ofrece y el modo de acceso al mismo o interfaz entre el
usuario y el sistema.
Hoy en día las posibilidades de actuación que ofrecen son enormes pudiéndose integrar, por ejemplo, funciones
en materia de
Seguridad: alarmas de intrusión, cámaras de vigilancia, alarmas personales, alarmas técnicas de incendio,
detección de fugas de agua o gas, localización fallos eléctricos, etc. (imágenes 1, 2 y 3)
Facilidades de comunicación: telefonía, acceso a Internet, red local de datos, etc.
Control de automatismos: persianas y toldos, puertas y ventanas, cerraduras, riego, electrodomésticos, etc.
Gestión de la red multimedia: captura, tratamiento y distribución de imágenes y sonido
Gestión de la energía: climatización, iluminación, ahorro energético en general, etc.
Movilidad personal: grúas fijas, elevadores hidráulicos, camas regulables, etc. (imágenes 4 y 5) siendo un sector
en constante progresión y cambio.
Imagen 1 Imagen 2
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Imagen 3
Imágenes 1, 2 y 3. Apartamentos para personas con gran discapacidad del Centro Dato. Madrid. Las funciones
en materia de seguridad pueden ajustarse a necesidades específicas como detectar caídas (sensores de presencia a
dos niveles que actúan coordinadamente) o salidas incontroladas de agua (grifos abiertos en duchas, fugas, etc.)
Imagen 4
Imagen 5
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Imágenes 4 y 5. Piso adaptado por ByJ Adaptaciones. Barcelona. Mejorar la autonomía y seguridad de uso de la
vivienda puede requerir dispositivos específicos como una grúa para desplazarse hasta el baño y un asiento móvil
para poder utilizar la ducha y el inodoro sin ayuda de terceros.
En cuanto al modo de acceso o interfaz entre el usuario y el sistema es un aspecto fundamental para la eficiencia
del mismo porque relaciona lo que entiende y puede hacer la persona y lo que entiende y puede hacer la
máquina. Los puntos principales a tener en cuenta son:
Ubicación
Puede ser individual para cada dispositivo, en caso de sistemas sencillos para accionar elementos
puntuales con un pulsador o interruptor, cableado o a distancia, presencial en cada dependencia que permite
poder accionar mandos a distancia o dispositivos por infrarrojos o centralizada en un único lugar de la vivienda
con la ventaja de evitar desplazamientos pero con la servitud de estar vinculado a él (aunque hay sistemas mixtos
que ofrecen cierta flexibilidad).
Además se deberán garantizar las condiciones de alcance (manual, visual o auditivo) para que la
persona con discapacidad pueda utilizarlo autónomamente.
Características materiales
Los requerimientos adecuados de textura (relieves interpretables por invidentes, hendiduras para
facilitar la pulsación de personas con motricidad poco fina, etc.), color (contrastado para deficientes visuales, que
no genere reflejos, etc.) tamaño (adecuado a la destreza, fuerza, agudeza visual, etc. de cada persona) , forma
(ergonómica, sin aristas, etc.) y otras características, vienen muy vinculadas a las necesidades y capacidades de
cada individuo por lo que se han desarrollado multitud de adaptaciones individuales ajustadas a necesidades
específicas. (imágenes 6 y 7)
Imagen 6
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Imagen 7
Imágenes 6 y 7. Mandos a distancia con pulsadores grandes, de colores vivos, sin aristas, etc. y teclados con las
letras contrastadas, con línea Braille, etc. pueden facilitar la interacción a multitud de usuarios con dificultades.
Condiciones de uso
Es el aspecto más importante para personas con grandes limitaciones y especialmente cuando aparece la
multidiscapacidad.
La combinación del tipo de acción que se debe llevar a cabo para actuar sobre un dispositivo (presión,
aspiración, movimiento ocular, voz, simple presencia) (imágenes 8, 9, 10 y 11) con el desarrollo de software para
controlar acciones complejas con actos muy simples (selección por barrido de pantalla, programación de
secuencias y concatenaciones, respuesta por órdenes de voz, automatización de `procesos, etc.) (imágenes 12 y
13) ofrece variadas posibilidades para aumentar la autonomía y la vida independiente de las personas al
adecuarse a las diferentes necesidades y posibilidades de cada usuario.
Imagen 8
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Imagen 9
Imágenes 8 y 9. Pulsadores de barbilla, de palanca, grandes y contrastados cromáticamente son ejemplos de
adaptaciones a condiciones de uso diferentes.
Imagen 10
Imagen 11
Imágenes 10 y 11. Se han desarrollado sistemas de interacción para personas con grandes limitaciones de
movilidad basados exclusivamente en el movimiento de los ojos. Las tarjetas codificadas permiten obtener
condiciones de seguridad y privacidad en el control de accesos por simple detección de presencia.
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Imagen 12
Imagen 13
Imágenes 12 y 13. La selección por barrido y la concatenación de órdenes secuenciales vinculadas a acciones
cotidianas son ejemplos de las posibilidades que ofrece el software para facilitar la autonomía de personas con
importantes limitaciones funcionales.
Sistema de verificación del resultado
Las personas con limitaciones sensoriales son las que más dificultades pueden tener para saber si la
orden dada a la interfaz se ha llevado a cabo o si un determinado utensilio está en funcionamiento. La inclusión
de dispositivos visuales y sonoros que permitan verificar la actuación o que indiquen si un determinado equipo o
instalación funciona, mejoran el uso y ofrecen seguridad frente a manipulaciones indebidas.
4.3 Limitaciones de un sistema domótico en la vivienda
Los sistemas domóticos presentan aún muchos interrogantes que dificultan su implantación generalizada. Por
ejemplo
Precio
Aunque los precios de los componentes principales de una instalación están cayendo muy deprisa aún
tienen costes significativos, especialmente aquellos que por ser adaptaciones específicas tienen una escasa
implantación con una producción muy limitada.
Muchos elementos se pueden instalar sin apenas costes de obra o instalación, en particular si se utiliza la
radiofrecuencia en lugar del cableado para conectarlos entre sí, pero algunos requerirán la ampliación de la
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instalación eléctrica (hasta el actuador), modificaciones de alguno de sus elementos (para automatizar, por
ejemplo, las persianas) o instalaciones costosas (como una grúa fijada al techo para trasladarse del dormitorio al
baño).
Fiabilidad y mantenimiento
El desarrollo incipiente de algunos elementos y la complejidad de los sistemas generalizados de control
de entorno puede requerir de personal especializado (lo que significa agregar costes) para el mantenimiento
regular de la instalación que garantice su operatividad y para modificar o añadir prestaciones. Por tanto, es
necesario mejorar la robustez de los componentes frente a fallos y la flexibilidad de los sistemas que deberían
estar concebidos de forma modular adaptable a la evolución de las necesidades de los usuarios.
Facilidad de uso
Lo que requiere interfaces de usuario sencillas, claras y adaptadas a las necesidades de las personas con
discapacidad. Como en tantos otros campos la industria ofrece elementos usables por la población sin
discapacidad mientras que las adaptaciones a colectivos minoritarios se producen con posterioridad.
También es necesario que el software para programar y modificar las actuaciones del sistema sea de
fácil manejo por el propio usuario o sus allegados.
Compatibilidad de sistemas
Muchos son sistemas “propietario” que dependen de una determinada empresa y no son compatibles
entre sí, mientras que los que pretenden ser “abiertos” chocan con la dificultad de la proliferación de lenguajes
diferentes. Los sistemas deberían estar disponibles como estándares, pero la falta de un protocolo o lenguaje
unificado dificulta que distintos componentes de fabricantes diversos puedan intercambiarse la información
necesaria.
Conocimiento por parte del usuario
La mayoría de los potenciales usuarios no conoce los beneficios derivados del uso de estas tecnologías.
Hoy en día es posible implantar sistemas muy sencillos, que realizan funciones básicas adecuadas a las
necesidades y posibilidades de una determinada persona, cuyos costes de instalación son escasos o nulos, que se
manejan fácilmente y que pueden ampliarse en el futuro.
5. Referencias
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with disabilities, edited by John Gill, 2005.
G. Astbrink, E. Kemppainen, P. Roe, G. Vanderheiden, E. Winterberg, N. Young, Equal measures. Closing the
accessibility gap, edited by Tony Shipley and John Gill, 2005
17

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Participación de Usuarios en el Desarrollo de un Sistema de Etiquetado de
Objetos del Hogar para Personas con Discapacidad Visual
Marta Díaz, Mónica Celma, Mónica Solana, Carlos Pérez, Andreu Català
Centre d’Estudis Tecnològics per a les persones amb Dependència UPC- Universitat
Politècnica de Catalunya - Grup de Recerca d’Enginyeria del Coneixement
Resumen
1
En el desarrollo del identificador de objetos SAPIENS , se han incorporado los usuarios desde las fases iniciales
del ciclo de vida. Consideramos que ésta es la única manera de garantizar el ajuste a usuario, especialmente en el
diseño de tecnologías de ayuda para personas con necesidades especiales. Los principales retos para el diseño
han sido: conseguir un único producto basado en un dispositivo comercial, que sea capaz de atender necesidades
y preferencias heterogéneas y muy dependientes de contexto; y por otra parte conseguir que el producto sea
suficientemente atractivo (aspecto subjetivo) y fácil de usar como para ser bien aceptado e integrado en la vida
cotidiana de la población objetivo.
En el presente trabajo se expone el proceso de diseño y refinamiento que se ha llevado a cabo en la interfaz del
identificador a partir de la observación de secuencias de interacción en entornos naturales, de las sugerencias de
los usuarios, y de la inspección sistemática en las versiones sucesivas de los principios de usabilidad.
1. Introducción
El identificador de objetos SAPIENS que estamos desarrollando en el Centro de Estudios Tecnológicos para las
Personas con Dependencia (CETpD) es un
1
Proyecto SAPIENS Sistema de Agentes Portables Incrustados para Entornos Naturales Seguros (IMSERSO
106/5) dispositivo que facilita al usuario información útil sobre los diferentes objetos de su entorno más
próximo, permitiéndoles identificar características básicas de los objetos tales como su color, tipo de producto,
1
fecha de caducidad o composición, entre otras .
Los productos se identifican con etiquetas gravables, y un lector recupera la información mediante un mensaje
oral. Las dos funciones que ofrece el dispositivo son la lectura de las etiquetas y la grabación de la información
que éstas contienen. El propósito es facilitar a las personas ciegas y con baja visión una mayor autonomía en las
actividades cotidianas y accesibilidad a su entorno.
El desarrollo del identificador SAPIENS se ha realizado con participación de usuarios desde sus fases iniciales.
El plan de ajuste a usuario que aquí se presenta integra todas aquellas actividades realizadas para obtener
información sistemática sobre (i) las características del contexto de uso (tareas habituales, escenario físico, red de
relaciones sociales) y (ii) los requerimientos de los usuarios (sus capacidades, preferencias, estilos de vida), con
la finalidad de orientar las decisiones de los desarrolladores y validar sus propuestas [4 , 5 y 10].
Según Granollers [3], el esfuerzo de usabilidad es la medida que indica los recursos empleados y las actividades
realizadas durante el desarrollo de una aplicación interactiva con la finalidad de conseguir un determinado nivel
de usabilidad. Inspirándonos en su trabajo, se ha llevado a cabo la planificación del esfuerzo de usabilidad para
18

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
el prototipo SAPIENS. Tal y como se muestra en la figura 1, la superficie tanto en la parte de prototipado y
evaluación, como en el análisis de requisitos y el diseño, está ocupada por actividades, indicándonos que el
esfuerzo de usabilidad llevado a cabo se da desde el inicio del proceso de diseño y desarrollo.
Figura 1: Esfuerzo de usabilidad y área determinada por las actividades realizadas durante el proyecto SAPIENS
Siguiendo esta metodología se ha desarrollado un plan con dos niveles de análisis complementarios: por una
parte conocer mejor la realidad social del colectivo de personas con discapacidad visual o visibilidad reducida
(nivel de indagación), y por otro testar en un bucle iterativo (aplicando los principios de la ingeniería de la
usabilidad) las sucesivas versiones del identificador (nivel de evaluación).
En concreto el plan se articula de la siguiente manera: 1. Estudio preliminar: se realizaron 5 sesiones con
usuarios finales con una primera versión operativa del sistema de lectura (versión 0.0). Los objetivos fueron: por
un lado, delimitar los contextos de uso y las actividades en que el sistema podría resultar útil y bajo qué
condiciones (con ayuda, con entrenamiento previo etc), y una primera aproximación a perfiles de usuario. Por
otro, testar la primera versión, e identificar los requerimientos funcionales básicos, para confeccionar una lista de
dimensiones (heurísticos) que serían testeados en las versiones posteriores de forma más sistemática.
Evaluación con usuarios, expertos y cuidadores.
Aquí el objetivo vuelve a ser doble: (i) refinar la aproximación a modelos de usuarios y contextos por un lado,
introduciendo dos nuevos grupos de interés: cuidadores y expertos en rehabilitación y tecnología adaptada, y por
otro (ii) refinar el diseño y elaborar la relación de heurísticos.
Evaluación por dimensiones o heurística.
La última versión, considerablemente modificada respecto a la inicial, se testa con entrevistas semiestructuradas
con evaluadores, que después de una sesión de prueba deben evaluar cuantitativamente el lector en cada una de
sus dimensiones. El objetivo es contar con información muy precisa sobre aspectos del diseño a mejorar para
cada grupo de usuarios. Al redactar este artículo, esta fase no está todavía concluida.
Estudio etnográfico sobre estilo de vida.
Supondría reprender el estudio más general de corte sociológico para aumentar el conocimiento de estilo de vida
de la población objetivo .En concreto, a partir de la experiencia, pensamos que resulta especialmente relevante
conocer: demanda de autonomía, y actitud y familiaridad de las personas ciegas con las TIC. Supone un nuevo
bucle, más amplio que excede los objetivos de este estudio y sería un punto de partida muy útil para la
determinación de requerimientos en el diseño de interfaces móviles en sistemas de ayuda en las actividades de la
vida diaria. En el momento actual, el estudio está planificado, pero todavía no se ha iniciado, su desarrollo está
previsto a lo largo del próximo año.
19

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
2. Primera fase: determinación de perfiles de usuarios y análisis contextual de tarea
2.1. Perfiles de usuarios
Para la identificación y caracterización de los perfiles de usuario (modelado de usuario), se realizó una
descripción de las características más relevantes de la población objetivo. Dichas características son muy
diversas debido a la gran heterogeneidad en variables fundamentales, como por ejemplo familiaridad con
recursos TIC, situación profesional o necesidad de autonomía.
Por otro lado, nos interesaba avanzar en el análisis contextual de tareas, para identificar qué tareas realizan en
casa, cómo las realizan, y con quién (identificación del escenario físico y social).
De la investigación y de las sesiones con usuarios, constatamos que la adopción de un recurso tecnológico de
ayuda a actividades cotidianas es un proceso complejo y precisa de la colaboración interactiva de cuatro grupos
de interés: 1) los propios usuarios; 2) las personas que están a su alrededor, las cuales les ayudan e interactúan
con ellos diariamente (familiares, amigos, educadores, terapeutas, doctores, etc.); 3) los especialistas en
asistencias tecnológicas, y 4) los desarrolladores del sistema [5]. La participación activa de estos grupos
contribuye de forma importante al proceso de desarrollo, selección y aprendizaje de uso del dispositivo, así como
a la integración del sistema en las actividades de la vida diaria del usuario. Si bien el presente estudio se centra
en las necesidades, actitudes, capacidades y preferencias del usuario final, siempre las entendemos en un
contexto social.
En todo caso, el principal motor para la adopción de una ayuda es la actitud positiva de la persona cuya
autonomía se pretende ampliar. Pensamos que la motivación para adoptar y usar bien (voluntad de aportar el
esfuerzo continuado para hacerlo) cualquier nuevo dispositivo está determinada básicamente por la relación entre
su utilidad y su dificultad de uso [11].
Nuestra hipótesis es que la combinación de estas dos dimensiones - percepción de utilidad y percepción de
dificultad de uso- son las más pertinentes para caracterizar perfiles de usuarios en este contexto (Ver Figura 2).
Se trata de dos dimensiones dinámicas, variables a lo largo de la vida de las personas y contexto dependientes.
Además, pensamos que estas dos percepciones pueden ser modificadas gracias a un diseño adecuado, que
refuerce los aspectos valiosos para el usuario (utilidad) y lo muestre asequible, familiar y fácil de usar (facilidad
de uso). La percepción de utilidad se formaría en la relación entre la demanda de autonomía –ganas de realizar
por si mismo actividades que ahora no puede- y la percepción de que el dispositivo es adecuado para adquirir
estas nuevas habilidades de autosuficiencia, es decir que atienda sus demandas de autonomía funcional.
20

-
Dificultad
+
Dificultad
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
- Utilidad + Utilidad
Aceptabilidad
Media Usuarios
capacitados pero
poco motivados
Producto de
bajo nivel de
especialización
pero escalable
según demanda
Funciones
básicas de
lectura y
grabación
Accionamiento
“a la carta”
Integración “a la
carta” de nuevas
funcionalidades
Mínima
aceptabilidad
Usuarios poco
motivados y
poco
capacitados
Producto de
bajo nivel de
especialización
Funciones
básicas de
lectura
(grabación
opcional)
Accionamiento
por teclas o
botones
Máxima
aceptabilidad
Usuarios muy
motivados y muy
capacitados
Producto de alto
nivel de
especialización
Entornos Windows
Sistemas de
navegación
Interfaces estándar
(pantalla táctil)
Integración “a la
carta” de nuevas
funcionalidades
Aceptabilidad
Media Usuarios
muy motivados
pero poco
capacitados
Producto de bajo
nivel de
especialización
pero escalable
según capacitación
Funciones básicas
de lectura y
grabación opcional
Accionamiento “a
la carta”
Integración “a la
carta” de nuevas
funcionalidades
Figura 2. Aproximación a un modelado de usuario sobre las dimensiones de utilidad y dificultad percibidas.
2.2. Determinación de principios para el diseño.
Diversos autores han propuesto diferentes conjuntos de heurísticos o principios de usabilidad para evaluar la
calidad de una interfaz. En nuestro caso, el identificador SAPIENS es una interfaz física que incorpora también
funcionalidades que se pueden asimilar a las de aplicaciones software –por ejemplo la arquitectura de la
información y la navegación-, pero otras que las exceden y que tienen más que ver con aspectos ergonómicos
como el tamaño, el peso o la manejabilidad. Es por eso que no hemos considerado pertinente adoptar en su
totalidad los 10 heurísticos de Nielsen para la valoración de la usabilidad debido a que éstos están pensados para
la valoración de páginas web y otras interfaces de aplicaciones software [8].
21

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Por otra parte, por tratarse de una interfaz de un sistema de ayuda, en la evaluación se deben considerar como
requerimientos esenciales del dispositivo, los aspectos afectivos relacionados con su uso, como la satisfacción o
la percepción de propia capacidad.
Así pues, hemos seleccionado los heurísticos de Nielsen [8] que se adaptan al producto que estamos
2
desarrollando, incorporando otros, inspirándonos en la propuesta del Centro para el Diseño Universal que sí se
orientan a los usuarios con necesidades especiales y tienen en consideración los dispositivos físicos, y no sólo las
aplicaciones informáticas. La relación resultante es la siguiente: Uso equitativo El diseño resulta útil y
susceptible de ser vendido a cualquier grupo de usuarios. Incluimos también un coste asequible a un amplio
grupo de usuarios. Uso flexible. El diseño se adapta a un amplio rango de capacidades y preferencias
individuales. Uso intuitivo y sencillo. El uso es fácil de comprender, independientemente de la experiencia, el
conocimiento, la habilidad verbal o el nivel actual de concentración del usuario. El sistema debe hablar el
lenguaje del usuario, siguiendo las convenciones, haciendo que la información aparezca en un orden lógico y
natural. Información perceptible. El diseño transmite de forma eficaz la información necesaria al usuario,
independientemente de las condiciones del entorno y de sus capacidades. El estado del sistema está perceptible y
mantiene al usuario informado acerca de lo que esta pasando, gracias a una retroalimentación apropiada en un
tiempo razonable. Tolerancia a los errores y recuperabilidad. El diseño reduce al mínimo los riesgos y las
consecuencias adversas de las acciones accidentales
2
www.design.ncsu.edu/cud
involuntarias. Proporcionar las operaciones de “deshacer” y “rehacer”. Bajo esfuerzo físico El diseño debe usarse
de forma eficaz y cómoda, y con un mínimo esfuerzo. Reconocimiento más que recuerdo Minimizar el esfuerzo
de memoria del usuario, haciendo los objetos, acciones y opciones perceptibles. Las instrucciones de uso han de
estar disponibles o fácilmente recuperables. Tamaño y espacio para acceso y uso. Proveer del tamaño y espacio
apropiado para el acceso, alcance, manipulación y uso, independientemente de la talla, la postura o la movilidad
del usuario. Estética y diseño mínimo Los diálogos no deben contener información irrelevante o que se requiere
muy raramente. Cada unidad adicional de información en un diálogo compite con las unidades relevantes y
disminuye su perceptibilidad. Capacitación La ayuda tecnológica debe explotar y no sustituir las capacidades del
usuario. Preferiremos aquellas soluciones que capaciten al usuario para el aprendizaje y desarrollo de otras
competencias – aunque requieran más esfuerzo inicial-, a las que sólo solucionan tareas específicas.
2.3. Requerimientos funcionales
A partir del estudio preliminar con usuarios identificamos dos requerimientos funcionales básicos que actúan
como restricciones al resto de principios para el diseño: el producto ha de ser escalable e integrable a la manera
de realizar las actividades y al estilo de vida de los usuarios finales.
Por este motivo, los requerimientos funcionales se han agrupado en dos grandes bloques: escalabilidad y ajuste a
actividades.
2.3.1. Escalabilidad. La interfaz ha de permitir de forma fácil adaptaciones –aplicación de diversas
configuraciones según el perfil de usuario identificado- e incluso la personalización –ajuste a las capacidades,
necesidades y preferencias de cada usuario, sin pérdida de la calidad.
Aplicamos el concepto de diseño inclusivo buscando un producto que tenga, a la vez, un bajo nivel de acceso y
un techo de potencialidades muy alto. En el caso del lector SAPIENS, lo conseguimos diseñando una versión
básica muy simple, que puede resultar accesible a un amplísimo rango de usuarios, por ejemplo, a todos aquellas
personas que sean capaces de utilizar un mando a distancia de una televisión. Esta versión sería la más adecuada
para el perfil de usuarios del cuadrante inferior izquierdo de la figura 2.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
La facilidad de uso vendría determinada por la simplicidad (poca exigencia cognitiva) y por la naturalidad
(proximidad a los instrumentos que maneja el usuario de forma habitual).
Por otro lado, el mismo dispositivo se podría configurar para conseguir “un techo muy alto”, es decir que pueda
aprovechar las potencialidades de la PDA, a demanda del usuario.
Así pues tendremos un dispositivo de ayuda que en sus versiones más básicas es un producto de baja
especialización, que no requiere un gran esfuerzo para usarlo cómodamente, mientras que en las más potentes, se
trata un auténtico dispositivo TIC, por tanto un producto de alto nivel de especialización que puede requerir un
considerable esfuerzo de entrenamiento para su uso eficiente.
Hemos identificado las siguientes dimensiones que deberían ser ajustables para conseguir esta escalabilidad:
Funcionalidad: En nuestro caso la versión más simple presentaría al usuario únicamente el modo sólo lectura de
las etiquetas. En la versión más compleja y potente el usuario podría saltar del modo identificador de objetos con
funcionalidad de lectura y grabación de etiquetas, al modo PDA con las funcionalidades disponibles de acceso a
Internet, gestión de documentación, agenda electrónica, correo electrónico. Arquitectura de la información y
sistema de navegación: número de niveles, sistemas de ayuda y retroalimentación Sistemas de intercambio de
información: El dispositivo ha de permitir al usuario elegir el sistema de accionamiento (pantalla táctil,
superficies sensibles al tacto, botones, membranas) y el canal y la forma de presentación de la información de
salida: color, contrastes, símbolos y textos en las presentaciones visuales; y el lenguaje, el texto, las expresiones,
el tono y el volumen para los mensajes hablados.
2.3.2. Ajuste a actividades. Determinamos como requerimientos funcionales todas aquellas características que
tiene que cumplir un sistema para adaptarse a las necesidades del usuario en el contexto natural donde realiza sus
actividades. Se proponen desde nuestro estudio los siguientes requerimientos en base al análisis contextual de
tareas: llevable (tamaño y forma); Robusto (material, protecciones resistente a golpes y caídas), Distancia de
alcance del dispositivo (que no requiera un alto grado de precisión para la lectura de las etiquetas, que funcione
aproximando el lector, que no sea necesario el contacto del lector con la etiqueta); Autonomía (tiempo razonable
de duración de las baterías sin necesidad de recarga o recambio); Facilidad de uso/aprendizaje; Mínimo
mantenimiento (tanto en la frecuencia como en la sencillez de las operaciones de mantenimiento).
3. Segunda fase: Evaluación de la usabilidad integrada en el desarrollo
3.1. Descripción prototipo SAPIENS
El lector de etiquetas está integrado en la Agenda Personal Digital (PDA). La PDA tiene un peso de 130gr. y
unas dimensiones de 12x7cm. Consta de una pantalla táctil en la cual se pueden seleccionar dos funciones:
grabar y leer la etiqueta. Toda la comunicación y información que proporciona la interfaz es por voz.
Las dos funciones que ofrece el dispositivo son la lectura de las etiquetas y la grabación de la información que
éstas contienen. La grabación de la información se realiza aproximando la etiqueta al lector y dictando el
mensaje que se desea grabar. Cuando se vuelve a identificar la etiqueta, el sistema procede a la lectura del
mensaje grabado anteriormente en ella.
23

3.2. Test con usuarios
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 3: Fotografía del Prototipo SAPIENS
Fase Fase Total
preliminar evaluación
Usuarios 5 5
Usuarios/expertos 2 2
Cuidadores 2 2
Educadores 2 2
Técnicas en
2 2
rehabilitación
Técnica en
tiflotecnología
1 1
En la fase preliminar de indagación se realizaron cinco entrevistas a usuarios finales con la versión 0.0 del
prototipo SAPIENS (ver tabla 2). Ya que la adopción del prototipo implica la colaboración e interacción de
diferentes grupos de interés, en los tests posteriores incluimos expertos y cuidadores que nos ayudaron a
identificar, rectificar e introducir las mejoras para desarrollar los posteriores prototipos. En la tabla 1
desglosamos los participantes que colaboraron en la evaluación de la usabilidad del diseño.
En cuanto a los usuarios finales, para que estuvieran representados los diferentes perfiles se incluyeron usuarios
jóvenes, adultos, con experiencia y sin experiencia en TIC, con ceguera total y parcial. Se realizaron en los
entornos naturales de los usuarios, cuatro de ellas en el propio domicilio y una en el lugar de trabajo. La duración
aproximada fue de hora y media.
Como variables sociodemográficas se tomaron en cuenta el sexo, la edad, estado civil, nivel de estudios,
condición laboral, momento de aparición de la falta de visión (congénita o adquirida) y la gravedad del deterioro
visual que se padezca (ceguera absoluta o parcial). Todas estas variables son de gran importancia para
representar la heterogeneidad de esta población.
16
24

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
La entrevista estaba compuesta por diferentes bloques de interés: datos personales, vida cotidiana y
desplazamientos, tecnología de ayuda que utilizan, cuestionario del grado de dependencia y opiniones sobre el
proyecto SAPIENS. De estas entrevistas obtuvimos por un lado, delimitar los contextos de uso, como el propio
domicilio o el lugar de trabajo y las actividades en que les resultaría útil un lector de etiquetas, como por
ejemplo, objetos de la cocina, identificar discos y DVDs, ropa, clasificar objetos en el trabajo. Identificamos las
siguientes características que tenía que cumplir el prototipo SAPIENS para adaptarse a las necesidades de los
usuarios: llevable (tamaño y forma), distancia de lectura, accesibilidad en el coste, autonomía, facilidad de
uso/aprendizaje, y mínimo mantenimiento.
En la próxima fase de evaluación, que está en proceso, cuatro usuarios ciegos familiarizados con el uso de
ordenadores evaluarán cuantitativamente la versión final.
La comprensión de la función que tiene la pantalla de la PDA.
Como se muestra en la tabla 2 en la primera versión (v 0.0) la pantalla táctil está dividida en dos zonas
delimitadas con las funciones de Grabar e Inventario, más la barra de menú que está activa en la parte superior de
la pantalla. La expresión Inventario se ha cambiado por la de Leer que resulta más intuitiva (v 1.0 y siguientes),
y se ha suprimido la barra menú.
Versiones
SAPIENS
Imagen
Descripción
/ Evolución
V 0.0 V 0.1
Pantalla
táctil con dos
áreas
sensibles al
tacto:
Inventario –
Grabar No
tiene botón
de ayuda No
tiene botón
de escape
Voz
pregrabada
3.3. Intercambio de información
Botonera
leer-grabar
V 1.0 - V
1.1
Cambio de
la apariencia
física. Voz
con texto al
habla (TTS)
Opción de
utilizar la
pantalla
táctil o la
botonera
V 1.2 -
1.3
Botón
ayuda
botón
escape.
V V 2.0 - V 2.1 V 3.0 - V
3.1
de
y
de
Tabla 2: Evolución del prototipo SAPIENS
Se añade el
programa
para la
introducción
de la
información
con el
ordenador.
Base de
datos (SQL)
Introducir
información
en modo
texto por el
ordenador
Más rapidez
en la
navegación
La PDA permite ofrecer información a los diferentes usuarios por distintos canales - por voz, visual o táctil-. Los
usuarios con visión limitada así como los cuidadores, pueden preferir la presentación visual en formato
aumentado o redundante -visual y por voz- teniendo la posibilidad de elegir.
25

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El uso de una interfaz que es principalmente visual como la PDA es una dificultad con la que nos hemos
encontrado y que hemos ido resolviendo con soluciones propuestas por los usuarios, por los expertos y extraídas
del estudio de las sesiones de test.
A continuación detallamos el proceso de rediseño de la interfaz que se ha resumido en la tabla 2.
3.3.1. Salida de información
Pantalla La pantalla funciona para introducir información para todos los usuarios y como presentación de
información para los usuarios con resto visual. Lo más importante es que la pantalla tenga un diseño consistente
y sencillo. La consistencia permite al usuario desarrollar normas generales acerca del funcionamiento de la
interfaz y la sencillez ayuda a
Uno de los problemas detectados es la dificultad de localizar los límites de cada zona (“Poner una referencia en
3
el límite de los botones táctiles” ). Para resolver este problema, por una parte, se ha introducido una zona neutra
de separación entre las dos zonas activas (v 1.0 y siguientes). Y por otra, una referenciación táctil en el marco de
la pantalla con letras braille (una G en mayúsculas para identificar la zona superior que activa la función de
grabar y la letra L en mayúsculas en la zona inferior para la función leer). Para hacer más visibles las funciones
de la pantalla a los usuarios con ceguera parcial se ha introducido el contraste en blanco-negro: la parte superior
de la pantalla muestra la letra G blanca en contraste con un fondo negro, en el medio de la pantalla táctil se
introdujo una zona neutra de color blanco para delimitar las dos funciones y en la parte inferior de la pantalla
muestra la letra L negra en contraste con un fondo gris claro (v 3.0 y siguientes). Por causas técnicas, el fondo
blanco no fue posible. Esta combinación maximiza el contraste entre el fondo y la letra, en la PDA de nuestro
prototipo. Algunos usuarios han
3
Entre paréntesis, entrecomillado y en cursiva se citan las aportaciones literales de los usuarios.
expresado su preferencia por las combinaciones de amarillo-negro, esta combinación no fue posible
implementarla por limitaciones de la propia pantalla.
En versiones anteriores se identificaba cada zona por las palabras completas Grabar y Leer. En la versión final se
ha preferido identificar las zonas sólo con las iniciales para aumentar su tamaño y facilitar la identificación para
los usuarios con resto visual.
Mensajes La PDA se comunica con el usuario con mensajes de voz, mensajes presentados en la pantalla y con
retroalimentación auditiva (ver párrafo anterior).
En cuanto a los mensajes de voz, en las primeras versiones el mensaje era con voz pregrabada de los técnicos, a
partir de la versión 1.0 los mensajes se procesan mediante un programa TTS (Text-to-speech) “Texto a habla”,
que permite elegir la voz de hombre o mujer y el idioma. En las sesiones de prueba con los usuarios fue bien
valorada.
Los usuarios preferían mensajes cortos y sencillos (“Los mensajes son largos”), por eso los mensajes de salida se
han modificando en este sentido. Por ejemplo La etiqueta está editada, si desea sobrescribir pulse la pantalla,
sino en tres segundos volverá al menú principal se ha substituido por ¿sobrescribir etiqueta?. Para los detalles de
los mensajes de texto ver figuras 5 y 6.
3.3.2. Entrada de información
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Pantalla. Tal como se ha explicado en el apartado anterior la pantalla táctil es uno de los sistemas de
accionamiento y ha ido evolucionando en las diversas versiones para facilitar la delimitación de las zonas y las
funciones asociadas. Siendo la PDA un dispositivo muy basado en la presentación visual y en los accionamientos
sobre la pantalla hemos considerado conveniente conservar la funcionalidad de la pantalla a pesar de las
dificultades de utilizarla eficientemente por parte de las personas ciegas.
Los motivos que nos han llevado a esta decisión son, por una parte, que esta presentación de la información sería
adecuada para la mayoría de personas ciegas con resto visual (el 80% de la población de personas ciegas) y por
la otra, porque pensamos que los acerca a la forma más habitual de interacción de las nuevas generaciones de los
dispositivos TIC, incluso en sus adaptaciones para persones ciegas (por ejemplo los dispensadores automáticos
de billetes de transporte público). En este caso hemos priorizado la capacitación del usuario a la facilidad de uso.
En todo caso, para los usuarios que lo prefieran todas las funcionalidades pueden accionarse por botones.
Botones. La primera versión no incorporaba botones y las funciones se activaban por la pantalla táctil. A partir
de las primeras entrevistas pudimos constatar la preferencia bastante generalizada del accionamiento por botones
(“Prefiero botones”), y en algunos casos observamos diversos problemas en el accionamiento sobre la pantalla.
A partir de la versión 0.1 se incorpora la opción de accionar las funciones grabar y leer por los botones situados
en la parte inferior de la PDA. Y a partir de la versión 1.2 se incorporan dos botones más: un botón de ayuda
donde se explica la localización de las funciones y otro que permite abandonar el sistema. En la última versión se
han referenciado las funciones de los botones con letras braille (ver tabla 2).
Lector. El lector mide 4 x 3.5 cm y se interconecta con la PDA a través de la ranura compact-flash (CF),
permitiendo la lectura de la información contenida en las etiquetas a una distancia máxima de unos 5 cm. Este
alcance permite un uso cómodo y natural, ya que no es necesaria gran precisión, a diferencia de otros lectores
que requieren distancias mucho más pequeñas
o incluso el contacto con la etiqueta (código de barras). En las sesiones de test algunos usuarios consideraron el
diseño poco compacto y poco robusto (“El lector sale mucho de la PDA y puede romperse”). En las versiones
actuales, por tratarse de un prototipo, el lector sobresale de la PDA provocando esta sensación de fragilidad, en
una posible versión comercial el lector se podría doblar sobre la PDA para conferir robustez al conjunto del
dispositivo y un volumen más compacto.
Micrófono. La edición de la información asociada a la etiqueta en todas las versiones es por voz, el usuario
dispone como máximo de 15 segundos para grabar la información asociada a la etiqueta, a partir del mensaje
Hable después de la señal. El micrófono de la PDA es suficientemente sensible para permitir una grabación de
calidad a la misma distancia de manipulación, sin necesidad de acercarla a la cara. Al transcurrir los 15 segundos
finaliza automáticamente el modo grabación y vuelve al estado inicial. Si el usuario lo prefiere puede finalizar el
modo grabación accionando la pantalla en la que aparece la palabra Fin.
3.2. Navegación
La navegación se refiere al camino que puede seguir un usuario para conseguir su objetivo. Interesa que sea corta
(pocos pasos), intuitiva e inequívoca.
Por esta razón la navegación utilizada en el lector SAPIENS es lineal, es decir, el usuario siempre debe seguir los
mismos pasos y una vez completado uno se le conduce automáticamente al siguiente, tal como se observa en los
diagramas de las figuras 5 y 6.
Detallamos a continuación un ejemplo de los pasos que debe seguir el usuario para grabar y leer las etiquetas.
Para realizar la grabación de información, el usuario pulsa el botón derecho y la PDA emite el mensaje de
(grabar) seguido de una señal acústica, acerca la etiqueta al lector y cuando la etiqueta entra en el campo de
lectura del lector emite etiqueta encontrada, ¿sobrescribir etiqueta?, si el usuario está de acuerdo en sobrescribir
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tiene que pulsar la pantalla táctil para aceptar, esto activa el mensaje hable después de la señal, se graba la
información y para finalizar se pulsa la pantalla táctil. Si no se pulsa la pantalla el programa termina igualmente.
Para leer una etiqueta, el usuario pulsa el botón de la izquierda y la PDA emite el mensaje leer seguido de una
señal acústica, el usuario tiene 35 segundos para aproximar la etiqueta al campo de lectura, cuando ésta es
encontrada la PDA te informa con el mensaje etiqueta encontrada y prosigue a su lectura, al finalizar vuelve al
estado inicial.
Figura 5: navegación modo botonera
28

Conclusiones y futuros desarrollos
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 6: Navegación modo menú
Los retos para desarrollar una interfaz como la del identificador SAPIENS son diversos. Por un lado la necesidad
de atender con un único diseño a una población heterogénea en cuanto a sus capacidades – desde ceguera total a
resto visual con discriminación de colores-, necesidades y preferencias. Hemos optado por una plataforma única,
en su versión comercial, que gracias a una gran plasticidad en las dimensiones clave, permite la adaptación al
perfil de usuario e incluso la personalización.
Para conseguir esta escalabilidad es necesario, por una parte, identificar los perfiles de usuario a partir de
estudios de corte etnográfico y de estilo de vida, y por otra dar respuesta técnica y validar las diferentes
versiones.
En cuanto a los perfiles de usuario, a partir de los datos recogidos, hemos confeccionado un modelo provisional
que agrupa a los usuarios según las dimensiones de utilidad percibida y de dificultad – también percibida en el
uso del dispositivo. Nos parece un modelo inspirador, pero que requiere ser revisado y validado. El tratamiento
de la gran heterogeneidad sociodemográfica del colectivo objetivo es uno de los retos, aunque parece que el
modelado de usuario puede ser una manera eficiente de abordarlo.
Respecto a las dimensiones más importantes que han de permitir la personalización de la interfaz, hemos
identificado a partir de las sesiones con usuario las siguientes: la presentación de la información – mensajes de
voz, presentación en pantalla, referenciación táctil que pueden incluir texto en braille, retroalimentación auditiva-
los sistemas de accionamiento –pantalla táctil, botones, voz, teclado de ordenador-, navegación, y accesibilidad a
funciones complementarias de la PDA –internet, correo electrónico etc.
En ocasiones se han tenido que tomar decisiones de diseño que implicaban conceder pesos relativos entre
requerimientos que pueden entrar en conflicto. Por ejemplo hemos preferido las alternativas más capacitadoras –
por ejemplo mantener operativa la pantalla táctil- a costa de incrementar –para algunos usuarios- el esfuerzo de
aprendizaje inicial.
Líneas de trabajo. La versión actual será evaluada próximamente por cuatro usuarios familiarizados con el uso de
dispositivos TIC (han seguido un curso de informática de usuario). Está previsto que en este caso actúen como
evaluadores, puntuando la interfaz en cada una de las dimensiones críticas.
Actualmente el prototipo SAPIENS, se ha incorporado como interfaz a un sistema (en desarrollo) que amplia las
funcionalidades de identificación al vincularlo a un sistema de información de gestión remota (proyecto
4
SIRAU ).
Por último y en términos más generales, pensamos que debería avanzarse en la identificación de heurísticos o
principios propios para valorar la usabilidad de interfaces de tecnologías asistenciales, tal como ya existen para
las aplicaciones informáticas y las páginas web. Los modelos centrados en la eficiencia y la eficacia están muy
relacionados con la resolución de tareas, y creemos, que este enfoque no resulta pertinente en el diseño de ayudas
asistenciales para actividades de la vida cotidiana. Resultaría de gran utilidad para los diseñadores y seguro que
redundaría en productos y servicios que atenderían mejor las necesidades de las poblaciones objetivos. Por otra
parte, debería ser habitual evaluar la calidad de este tipo de dispositivos con instrumentos de medida específicos
5
como los cuestionarios PIADS y QUEST .
5. Agradecimientos
29

5
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Queremos agradecer su participación en el proyecto a: ONCE Delegación Territorial de Cataluña, ONCE
Agencia Administrativa de Vilanova i la Geltrú, Centro de Recursos Educativos para Deficientes Visuales de
Cataluña Joan Amades, Cátedra de
SIRAU Servicio de gestión de Información Remota para las Actividades de la vida diaria Adaptable a Usuario.
Psychosocial Impact of Assistive Devices Scale y Québec User of Evaluation of Satisfaction with Assistive
Technology.
Accesibilidad de la UPC y a todos los usuarios que han colaborado en la mejora del diseño.
6. Referencias
[1] Abascal González, J.: Accesibilidad a Interfaces Móviles para Computación Ubicua Relativa al Contexto. En
Ramos I., Fernández-Caballero A., Lozano MD: Tendencias Actuales en la Interacción. Persona-Ordenador:
Accesibilidad, Adaptabilidad y Nuevos Paradigmas”, XIII Escuela de Verano de Informática.
[2] Fundación Vodafone: Tecnologías de la Información y Comunicaciones y Discapacidad Dependencia y
Diversidad.
[3] Granollers, T. y Lorés, J. (2004): Esfuerzo de Usabilidad: un nuevo concepto para medir la usabilidad de un
sistema interactivo basada en el Diseño Centrado en el Usuario. V Congreso Interacción Persona Ordenador 3 - 7
de mayo de 2004 Universitat de Lleida .
[4] Instituto de Biomecánica de Valencia (2003): Carencias y oportunidades de la I+D para la Innovación en
Ayudas Técnicas para las Personas con Deficiencias Visuales. En Libro Blanco I+D+I al servicio de las Personas
con Discapacidad y las Personas Mayores. Valencia: IBV.
[5] Kintsch, A. and De Paula, R. 2002. A framework for the adoption of assistive technology. In Proceedings of
AAAC 2002: Supporting Learning Through Assistive Technology (June). Park, CO. E3 1--10.
[6] Kurniawan, S.; Sutcliffe, A.; Blenkhorn, P. (2003): How Blind Users' Mental Models Affect Their Perceived
Usability of an Unfamiliar Screen Reader. En las Actas de Human-Computer Interaction INTERACT ‘03
[7] Krueger, R. (1991): El grupo de discusión. Guía práctica para la investigación aplicada. Madrid, Pirámide.
[8] Nielsen, J. (1993). Usability engineering. London, UK: Academia Press Professional, Boston, MA
[9] Noguera, M., López, C., Salinas, J.: El interfaz de usuario. Universidad Illes Balears
[10] Norman, D. A. (2005): El Diseño emocional: por qué nos gustan (o no) los objetos cotidianos. Barcelona:
Paidós.
[11] Remartínez, A. (2004): Tecnología y dependencia. En: Sánchez Fierro, J.: Libro Verde sobre la
Dependencia en España.
Fundación AstraZeneca. ISBN: 84-8473-258-4
http://usuarios.discapnet.es/disweb2000/art/LibroVerdeDependenciaEspa%C3%B1a.pdf
[12] Verdugo Alonso, Miguel A. (2003): IV La psicología de las personas con deficiencias visuales. En Verdugo
Alonso, Miguel A. Personas con discapacidad. Perspectivas psicopedagógicas y rehabilitadoras. Siglo XXI de
España Editores.
30

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
ROBÓTICA
31

Introducción
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Juegos de ordenador para niños: Desde los juegos específicos a los
diseñados para todos
Dominique Archambault
Université Pierre et Marie Curie
Los juegos de ordenador han llegado a ser una parte muy importante de las culturas infantil y juvenil,, y la mayor
parte de los niños de países desarrollados, atesoran una gran experiencia en su manejo.
Además estos juegos están ya siendo utilizados por una parte cada vez más creciente de la población,
especialmente los jóvenes adultos (personas con 25 años de edad media considerando un 40% de mujeres), según
un estudio reciente de análisis de mercado en Francia.
La proporción de jugadores también está incrementándose en otros grupos de diferentes edades. El desarrollo del
mercado de juegos de ordenador así como el de otros productos multimedia, ha experimentado un crecimiento
impresionante en los últimos años.
Los presupuestos de algunos juegos multimedia han alcanzado cifras similares o superiores a algunas
producciones cinematográficas.
Las personas que no pueden utilizar la interfaz gráfica bien por ser ciegos totales o padecer severas deficiencias
visuales, tienen acceso escaso o nulo a esta parte tan importante de la cultura juvenil.
Esto es malo al menos por dos razones:
La primera es que este grupo de personas es probablemente el que puede obtener mayores beneficios de las
tecnologías. Es indudable que las herramientas basadas en tecnologías les proporcionan una gran ayuda en
situaciones variadas de su vida diaria, en la escuela, en casa, en el trabajo, en su movilidad etc. Por esto parece
muy importante que los niños se introduzcan en el uso de las tecnologías lo más pronto posible.
La segunda razón es que las personas con diversidad funcional se pueden beneficiar y no poco del uso de juegos
basados en ordenador para cuestiones relacionadas con su desarrollo psicomotor y congnitivo.
EL diseño de juegos basados en ordenador para ciegos constituye un reto indudable, toda vez que este tipo de
entretenimiento multimedia está basado en un alto porcentaje en lo visual. Aunque es un hecho que el audio se
incorpora cada vez más a los juegos, en la mayoría de ellos juega un papel complementario. Mejora la
experiencia del usuario pero no aporta información adicional o substitutoria de la visual. De ahí que muchos de
estos juegos puedan ser ejecutados al 100% con el audio completamente apagado.
Esta es probablemente la razón por la que casi ningún juego sea accesible para estas personas y de que el diseño
de juegos realizados para este grupo de personassea escasísimo
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Juegos específicos y juegos para todos
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Aun cuando es un hecho que se han desarrollado cantidades inmensas de juegos de ordenador en los últimos 5
años, hay todavía muy pocos hoy que sean accesibles (ingluyendo los específicos y los de uso común).
Si retrocedemos al año 2000, vemos que el número de juegos accesibles a personas con discapacidad era
pequeñísimo.
En el periodo 2000-05 se desarrollan algunos juegos específicos para personas con discapacidad, generalmente
financiados por Fundaciones o por organizaciones sin ánimo de lucro. La mayor parte de estos, aunque pudieran
resultar de utilidad para el grupo de personas a las que van dirigidos, no son agradables para el uso común, si
exceptuamos algunos audiojuegos.
Este tipo de juegos específicos resulta particularmente interesante si se quiere conocer la forma en que las
personas discapacitadas pueden actuar con el ordenador en diferentes situaciones.
Basados en estas experiencias, desde 2005, emerge el conocimiento acerca de los juegos de ordenador para
todos, que podemos dividir en dos grandes grupos: Juegos diseñados para todos, y accesibilidad a juegos
comunes.
Los juegos diseñados para todos son indiscutiblemente un ejemplo de buenas prácticas que demuestran que el
diseño universal puede ser una realidad y no una utopía. Debemos admitir que las funciones diferentes
adicionadas a este tipo de entretenimiento, se suman al desarrollo del juego en sçi.
La accesibilidad de los juegos comunes, se ha materializado de momento en algunos estudios, y libros blancos
hasta ahora. Se han empezado a implementar algunas guías de buenas prácticas en el diseño, que proponen
soluciones para la accesibilidad al juego por parte de personas con carencias leves o moderadas de visión.
Si queremos profundizar en este sector, necesitaremos información sobre el núcleo del escenario de los juegos en
cuestión.
Hacia la accesibilidad de los juegos de uso común
Si consideramos las aplicaciones de escritorio, es indudable que necesitamos soporte de accesibilidad incrustado
en ellas para darles acceso a través de interfaces alternativos que soportan diferentes modalidades como por
ejemplo los lectores de pantallas.en el entorno Windows lo que se logró mediante el módulo incrustado
denominado Microsoft Active Accessibility.
La aplicación accesible debe implementar una interfaz específica y enviar eventos al sistema cada vez que ocurre
algo. Esta tecnología está probada y funciona bien en aplicaciones de escritorio con interacción limitada, pero es
claramente insuficiente en entornos como los juegos.
El mismo problema se encuentra en sistemas operativos alternativos como, por ejemplo, si tratamos de la
accesibilidad de Apple, Gnome oo KDE bajo Linux..
En el caso de los juegos hay, además, dos restricciones muy importantes:
Los juegos accesibles deben ser juegos reales.
33

Debe ser posible jugarlos por completo
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Esto nos lleva a definir un armazón que permita comunicarse a los interfaces de juego alternativos con el núcleo
del escenario del juego de uso común.
Este armazón debe permitir a esas interfaces el acceso a la información necesaria para jugar por medio de
modalidades alternativas de salida y /o de entrada.
Dar a los ciegos y deficientes visuales la oportunidad de tener acceso a los juegos basados en multimedia, se
debe contemplar como una forma más de ayudarles en su integración social.
Referencias
[1] Dominique Archambault, Damien Olivier, and Harry Svensson. "Computer games that work for visually
impaired children". In: Constantine Stephanidis, editor, Proceedings of HCI International 2005 Conference, Las
Vegas, Nevada, July 2005. 8 pages (proceedings on CD-Rom).
[2] Dominique Archambault, Roland Ossmann, Thomas Gaudy, and Klaus Miesenberger. "Computer games and
visually impaired people". Upgrade. 2007 (to be published).
[3] Roland Ossmann, Dominique Archambault, and Klaus Miesenberger. Computer game accessibility: From
specific games to accessible games. In: Proceedings of CGAMES'06 Conference (9 th International Conference
on Computer Games), Dublin, Ireland, November 2006.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Desarrollo de Interfaces para Personas con Discapacidad Basadas en
SeñalesEMG y EEG
André Ferreira, Wanderley Cardoso Celeste,Teodiano Freire Bastos-Filho, Mário
Sarcinelli-Filho
Departamento de Engenharia Elétrica Universidade Federal do Espírito ,Vitória, Brasil
Abstract
Two different electro-biological signal based Interfaces for impaired people were developed: EMG and EEG
based. Such interfaces present like main characteristics relatively simple acquisition and processing systems,
which need of few hardware and software resources, so that they are computational and financial low cost
solutions. Both interfaces have been applied to robotic systems (emulating a robotic wheelchair) and their
performance has been shown in such applications. The EMG based interface was tested in a mobile robot
(emulating a wheelchair), while the EEG based interface was tested as much in a mobile robot as a robotic
manipulator (emulating a manipulator on the wheelchair).
Introducción
En los últimos años, varios centros de investigación se han dedicado al estudio de señales electro-biológicas,
debido a las recientes descubiertas en las áreas cardiovascular, muscular y neurociencias, a la disponibilidad de
recursos computacionales con mejores prestaciones y bajo costo, y al avance en el conocimiento y comprensión
acerca de disfunciones motoras [1] [2].
Señales eléctricas de diferentes partes del cuerpo humano se pueden utilizar como señales de comando para el
control de diferentes sistemas. Sin embargo, es necesario que el usuario sea capaz de generar, de forma
intencional, dichas señales. Además, también es necesario que la interfaz desarrollada sea capaz de “entender” y
procesar dichas señales, detectando el comando que mejor se ajusta al deseo del usuario. La interfaz puede
entonces ser utilizada para mejorar la capacidad de movimiento de personas con disfunciones motoras,
utilizando, por ejemplo, una silla de ruedas robotizada para transportarlas.
Entre los varios tipos de señales electro-biológicas que se pueden utilizar en interfaces para personas con
discapacidad, las más cónmumente empleadas son señales electromiográficas (EMG), electrooculográficas
(EOG) y electroencefalográficas (EEG).
Las señales EOG se obtienen a través del registro del potencial entre la cornea y la retina, y posee un rango de
valores que es proporcional al ángulo de movimiento del ojo con relación a la cabeza. Dichos niveles de señal se
sitúan entre 0,05 y 3,5 mV. Este trabajo aporta resultados de investigaciones relacionadas a señales EMG y EEG.
Señales EOG están todavía en estudio en nuestro grupo de investigación.
Señales EMG se generan por actividad neuromuscular y poseen niveles que varían entre 100 µV y 90 mV, en un
rango de frecuencia que va desde CC hasta 10 kHz. Las señales EMG normalmente poseen un comportamiento
estándar, lo que es una buena característica a ser tomada en cuenta si se quiere desarrollar una interfaz para
personas con discapacidad. Además, dichas señales son más limpias y poseen mayor amplitude cuando
comparada con señales EEG. Así, si un individuo posee cualquier movimiento muscular voluntario, es preferible
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
utilizar señales EMG como señal de control. Sin embargo, hay problemas intrínsecos en utilizar estos tipos de
señales. Considerando que la tecnología asistiva propuesta en este trabajo es también dirigida a personas con
discapacidades neuromotoras, pueden ocurrir en dichas personas espasmos musculares, lo que representa un
problema bastante serio para las interfaces que utilizan señales EMG como señal de control, a menos que la interfaz
tenga una forma robusta de rechazar dichas perturbaciones. Problemas neuromusculares severos pueden también
causar pérdida de movilidad muscular, lo que imposibilita el uso de sistemas controlados por señales EMG. Así,
otros canales de comunicación (señales electro-biológicas) deberían ser utilizados, con el fin de evitar este tipo de
problema. Tal como mostrado en la Figura 1, señales cerebrales pueden ser una solución para el problema cuando no
se pueden utilizar señales EMG y EOG de personas con espasmos musculares y síndrome de “locked in” [3].
Figura 1: Diferentes niveles de interfaces.
Señales EEG son potenciales eléctricos generados por actividad cerebral (neuronas), las cuales se pueden adquirir
sobre el cuero cabelludo (amplitud de señal usualmente por debajo de los 100 µV) o directamente del córtex (por
forma invasiva en el área del cerebro, con una amplitud de cerca de 1 a 2 mV). El rango de frecuencias de dichas
señales es de, usualmente, un poco por encima de CC hasta 50 Hz (Figura 2).
Figura 2: Espectro de frecuencias de señales EEG normales.
Aunque las señales EEG han sido inicialmente utilizadas en Neurología y Psiquiatría, principalmente para el
diagnóstico de enfermedades cerebrales como epilepsia, trastornos del sueño y algunos tipos de tumores cerebrales,
varios grupos de investigación están utilizando señales EEG como canal de comunicación entre el cerebro de una
persona y equipos electrónicos, con el fin de desarrollar sistemas que aportan mejores condiciones de vida para estas
personas. El objetivo principal de esta idea es una interfaz denominada Interfaz Cerebro-Computadora, ICC (o BCI,
del inglés Brain Computer Interface), la cual es un sistema capaz de adquirir señales de EEG, extraer características
de la señal, "entender" el deseo del usuario y comandar dispositivos o equipos electrónicos, tales como
computadoras, robots o sillas de ruedas.
Además, si el objetivo es desarrollar una ICC portátil, un bajo costo, pequeñas dimensiones y bajo peso son ventajas
muy importantes cuando comparada con otras formas de registro de actividad cerebral [4]. Las señales EEG poseen
una buena resolución temporal y, con métodos de procesamiento de señales apropiados, es posible extraer algunas
características con el fin de comandar dispositivos/equipos electrónicos.
Una ICC, tal como una Interfaz Hombre-Máquina (IHM), presenta la estructura básica mostrada en la Figura 3 y
posee dos partes principales. La primera es responsable por la adquisición y condicionamiento de señal (filtrado de
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
señal y amplificación). En el paso siguiente, la señal es enviada para una computadora (a través de un conversor
A/D). La segunda parte empieza con la aplicación de un algoritmo de procesamiento, el cual es necesario para
atenuar señales indeseadas (artefactos). Tras la extracción de las características deseadas de la señal, el sistema
obtiene información suficiente para la toma de decisiones (clasificación) y generar acciones de comando de
dispositivos/equipos. El usuario de la ICC es quién cierra el lazo de bio-realimentación. La información que se
utiliza en este trabajo para clasificar señales de EEG está relacionada con patrones de Desincronización Relacionada
a Eventos (o del inglés ERD, Event Related Desynchronization) y Sincronización Relacionada a Eventos (o ERS,
Event Related Synchronization), los cuales se analizan en el rango de ondas alfa (8 a 13 Hz) adquiridas con
electrodos de superficie en la región occipital de la cabeza. Los patrones ERD y ERS son fenómenos relacionados a
eventos que representan cambios específicos de frecuencia en la actividad cerebral. Dichos patrones pueden
consistir, en términos generales, en la disminución (ERD) o aumento (ERS) de potencia en un rango específico
Figura 3: Estructura Básica de una ICC.
Este trabajo presenta la secuencia de desarrollo de interfaces para personas con discapacidad, en la cual son llevadas
en consideración las consideraciones hechas anteriormente, mostrando el aumento del grado de dificultad en
relación a la adquisición y procesamiento de ambas señales. De esta forma, en la primera etapa de implementación
de la ICC, se ha desarrollado un sistema basado en el parpadeo de ojos (señal EMG). Dicho sistema se ha utilizado
para comandar un robot móvil, el cual es capaz de navegar en un entorno semi-estructurado. En la etapa siguiente, se
ha implementado un sistema capaz de adquirir y procesar señales EEG. En este caso, se utilizan patrones ERS/ERD
de las señales EEG adquiridas por electrodos ubicados en la región occipital (ubicaciones O1 y O2 del standard 10­
20), las cuales están relacionados con la actividad visual. Dichos sistemas se han utilizado para comandar un robot
móvil y un robot manipulador. Se muestran resultados y discusiones con vista a mejorar las interfaces desarrolladas.
Breve Revisión de Comando de Robots Utilizando Señales EMG
Señales EMG son generadas por la contracción o distensión del músculo humano. Dichas señales se pueden utilizar
para comandar sistemas robóticos, tales como manipuladores robóticos (brazos y manos robóticos) y robots móviles
(silla de ruedas robotizadas). El objetivo es desarrollar sistemas capaces de ayudar personas con diferentes
discapacidades motoras.
En las referencias [6] [7] se presentan sistemas que permiten comandar robots manipuladores a través de señales
musculares. En [6] se utilizan sensores en los músculos radiales carpio flexores derecho e izquierdo (músculo
próximo al codo) y un tercer sensor ubicado sobre el músculo braquio radial (músculo sobre el antebrazo) para
generar una serie de comandos para abrir/cerrar una garra, y moverla para posiciones predefinidas, permitiendo a
personas con discapacidad motora severa ejecutar actividades de la vida diaria.
En [8] se adquieren señales EMG de biceps braquiales, que es el músculo principal responsable por la flexión del
codo humano, con el fin de teleoperar un brazo robótico. Aunque el modelo dinámico del brazo robótico es tomado
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
en cuenta, los resultados experimentales muestran la robustez del sistema en la suavización de los movimientos. Un
trabajo similar es presentado en [9]. Sin embargo, los experimentos llevados a cabo en ese trabajo muestran la
precisión y robustez para movimientos de agarre lentos y rápidos, en lugar de únicamente en movimientos rápidos.
Además, los experimentos se realizan con objetivos ubicados en diferentes direcciones y distancias.
Otro trabajo que utiliza un sistema basado en señales EMG para el control de una mano robótica es mostrado en [7].
Dicho sistema reproduce, por teleoperación, los movimientos de los dedos de la mano robótica cuando el usuario
mueve sus dedos, tal como mostrado en [8]. La tasa de aciertos en la reproducción de seis tipos diferentes de
movimientos de dedos es superior al 77%.
Unos pocos sistemas utilizan señales EMG para comandar una silla de ruedas. Una silla de ruedas es de fundamental
importancia para personas con discapacidades motoras provocadas por parálisis o amputación. En [10] se muestra
una Interfaz Hombre-Máquina con tres soluciones para el comando de una silla de ruedas: usando señales EMG,
gestos faciales y voz. Las señales EMG se adquieren del músculo escapular elevador, las cuales se generan por
movimientos voluntarios de elevación del hombro derecho e izquierdo. Los resultados experimentales mostrados en
[10] permiten concluir que el sistema puede utilizarse por personas con discapacidad motoras, aunque se han
realizado únicamente experimentos en ambientes internos. Una de las conclusiones del trabajo desarrollado en [10]
es la necesidad de construir el mapa del ambiente para la navegación externa.
En [11] y [12] se presentan sistemas similares al presentado en [10], los cuales utilizan únicamente señales EMG
como señales de control. La gran ventaja del trabajo mostrado en [11], con relación a los demás, es su bajo costo y
pequeñas dimensiones, debido a que se utiliza un amplificador de señales EMG no comercial. Además, en [12] se
utiliza una combinación de movimientos de los músculos de hombro y cuello para comandar una silla de ruedas.
Varios trabajos tratan del tema de control de robots a través de sistemas basados en señales EMG. Se utilizan
muchos tipos de músculos como generadores de señal. En general, se utilizan mayoritariamente músculos de la
extremidad superior como, por ejemplo, músculos para flexión de mano y codo. Cuando el individuo no posee
dichos músculos, se utilizan comúnmente músculos de movimiento de hombros y/o cuello. En algunos casos, el
individuo no es capaz de mover cualquier parte de su cuerpo, pero puede parpadear sus ojos. En este caso, la señal
EMG generada por el parpadeo puede ser utilizada como señal de comando de dispositivos/equipos electrónicos.
Breve Revisión de Comando de Robots Utilizando Señales de EEG
El potencial eléctrico generado por la actividad neuronal y adquirido en el cuero cabelludo (de forma no-invasiva) o
directamente en el córtex (de forma invasiva) puede ser utilizado para comandar robots y otros aparatos
electrónicos. Los trabajos a continuación presentan una visión general de sistemas comandados por señales
cerebrales.
La señal EEG adquirida en la superficie del córtex (invasiva) no es tan atenuada cuanto la señal adquirida en el
cuero cabelludo (tras atravesar el cráneo), lo que implica en mejor calidad en la señal. Un ejemplo de adquisición
invasiva de señales EEG se puede encontrar en [13]. En ese trabajo, el objetivo era realizar un mapeo de las varias
señales de un mono y hacer una correspondencia con las posiciones tridimensionales del brazo del mono. La
posición estimada de la mano del mono es entonces utilizada para comandar un brazo robótico.
En la referencia [2] se presenta un ejemplo del uso de electrodos de superficie (no-invasivos) para comandar un
robot móvil a través de señales cerebrales. En dicho trabajo se presentan los resultados de dos experimentos, tras
unos días de entrenamiento, donde se podía comandar un pequeño robot Khepera en sus movimientos dentro de una
maqueta representando una casa. Se han utilizado ocho electrodos en ese experimento, los cuales fueron ubicados en
posiciones fronto-centropariental. Se han utilizado filtrado espacial, algoritmo de Welch y clasificador estadístico
para reconocer los estados mentales. Los estados mentales que se han clasificados fueron “relajamiento”,
“imaginación de movimiento de mano (o brazo), derecho o izquierdo”, “rotación de cubos”, “operación de resta” y
“asociación de palabras". Dichos estados mentales se han utilizado en una máquina de estados finitos para el control
del robot. Se ha aplicado una ICC asíncrona, evitando de esta forma la espera por eventos externos, lo que difiere de
ICCs síncronas. Con dicho sistema, se ha conseguido un reconocimiento correcto del estado mental con una tasa
superior al 60% Se ha verificado que utilizando dicha ICC el control del robot se realiza con un tiempo solamente
35% mayor de que si el robot fuera controlado de forma manual. Un trabajo similar es presentado en [14], en el cual
15 individuos han conseguido controlar un robot a través de un teclado virtual y una ICC asíncrona.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Estudios más recientes muestran que es posible utilizar el sentimiento de frustración del individuo para corregir
errores de ejecución. Cuando un individuo envía un comando para un dispositivo/equipo y dicho aparato no
responde como esperado, se genera en el individuo un sentimiento de frustración, aunque el error no fuera causado
por el propio individuo. Dicho sentimiento puede ser detectado en señales cerebrales (a través de potenciales
relacionado a errores, o del inglés Errorrelated Potentials, ErrP) y utilizado para mejorar las prestaciones de la ICC
[15].
Como se ha mostrado anteriormente, varios trabajos permiten comandar dispositivos/equipos a través de señales
cerebrales. Sin embargo, se tratan de ICCs de alto costo, en muchos casos más caros que el robot, la silla de ruedas o
el dispositivo/equipo que se quiere comandar. La interfaz propuesta en este trabajo trata de encontrar una mejor
relación entre aplicación y costo, tal como se muestra a continuación.
Métodos
Se han realizado experimentos basados en actividades musculares y cerebrales con el fin de verificar que un
individuo es capaz de comandar dispositivos/equipos electrónicos utilizando ambas interfaces. Se han desarrollado
dos diferentes interfaces de señal electro-biológicas: EMG y EEG. La primera permite que un individuo comande
dispositivos/equipos a través de parpadeos [16]. La otra interfaz permite el comando a través de señales cerebrales
[17]. En esta sección se presenta el desarrollo de dichos sistemas.
4.1 Interfaz Basada en Señales EMG
La Figura 4 muestra la estructura de la interfaz basada en señales EMG que se ha desarrollado. Dicha interfaz es
compuesta de un sistema de adquisición y procesamiento de señales. No hace falta cualquier preparación práctica
para utilizar dicho sistema. El individuo debe utilizar un gorro comercial, el cual posee electrodos posicionados de
acuerdo con el sistema internacional 10-20 de posicionamiento de electrodos (Figura 5). Los electrodos para
detección de parpadeos se ubican en las posiciones FP1 y FP2 del sistema 10-20. En los experimentos realizados se
requiere únicamente que el cuero cabelludo esté limpio y se debe aplicar un gel de contacto entre el electrodo y el
cuero cabelludo, con el fin de establecer un buen casamiento de impedancia en dichos contactos. Se conecta
finalmente un electrodo de referencia para la oreja izquierda o derecha.
Una vez que se tenga puesto el gorro correctamente, se hace la conexión eléctrica entre el cable del gorro y la tarjeta
de amplificación y filtrado que se ha desarrollado (Figura 4). En dicha tarjeta se ha incorporado una fuente de
alimentación, la cual se ha diseñado para reducir las interferencias de la red eléctrica y de otros equipos externos,
tales como fuentes conmutadas. Dicha tarjeta se conecta a un sistema de conversión analógico-digital (A/D). Se
dispone de cuatro canales analógicos en dicho sistema de conversión A/D, aunque es posible disponer de más
canales en una conexión cascada. Los datos digitalizados de la señal se envían a una computadora a través de una
conexión serial.
En resumen, el sistema opera de la siguiente forma: se hace la adquisición de señal con electrodos y dichas señales
son transmitidas a un sistema de amplificación y filtrado. Seguidamente, las señales se envían a una tarjeta que
realiza la conversión A/D. Finalmente, dichas señales se transmiten a una computadora, donde se lleva a cabo el
procesamiento de las señales recibidas. Una vez procesadas las señales, se generan los comandos para comandar un
robot móvil. Un individuo cierra el lazo de control, haciendo la realimentación biológica.
La interfaz es programada en la computadora, la cual también tiene instalado los softwares de procesamiento de
señal y de envío de comandos para el robot móvil. Dichos comandos se transmiten para el robot a través de un
enlace de radio Ethernet.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 4: Estructura del sistema propuesto.
Los experimentos llevados a cabo en este trabajo se han realizado con un robot móvil a ruedas noholonómico
Pioneer 2DX, el cual emula una silla de ruedas. Dicho robot posee un microcontrolador, para procesar las
instrucciones de bajo nivel, y una PC empotrada (Intel Pentium MMX 266 MHz, 128 MB RAM).
Para generar un comando, el usuario de esta interfaz debe ser capaz de parpadear sus ojos. Como forma de ayudarlo
en dicha tarea, se ha desarrollado un tablero electrónico con barrido automático. Dicho tablero representa el área del
ambiente de navegación del robot, dividido en celdas (Figura 6). Así, cuando la celda deseada (que está asociada a
una posición deseada en el mapa del ambiente) es seleccionada por el sistema de barrido, el usuario debe parpadear
un ojo para elegir dicha celda. Con el parpadeo, se genera una señal de EMG que es capturada y procesada por el
sistema de adquisición y procesamiento de señal.
Figura 5: Sistema internacional 10-20 para posicionamiento de electrodos.
Figura 6: Tablero electrónico desarrollado.
Como la señal EMG producida por un parpadeo posee una forma bien definida (Figura 7), el sistema de
procesamiento es relativamente sencillo. Dicho sistema actúa de la siguiente forma: primero, un umbral es
empíricamente establecido para cada usuario, en base a los cambios de señal que ocurren durante la duración de los
parpadeos generados en la etapa de entrenamiento. Cuando el sistema está en operación, tras la generación de un
parpadeo el sistema verifica si la señal producida ha superado el umbral establecido. En caso positivo, se inicializa
un contador para contabilizar el número de muestras de la señal.
Cuando la señal cae por debajo del umbral, el contador es parado, se contabiliza el número total de muestras y se
compara dicho número con un valor predefinido: si es mayor que el valor predefinido, se considera como un
parpadeo y sino la interfaz considera que no hubo parpadeo. El contador es nuevamente reinicializado para empezar
un nuevo ciclo.
40

4.2. Interfaz Basada en Señales EEG
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 7: Detección de un parpadeo.
Es posible detectar el aumento o disminución de potencia de señales en el rango de frecuencias de las ondas alfa, las
cuales son capturadas en la región occipital. La región occipital es responsable por el procesamiento de la
información visual. Cuando en presencia de estímulo visual (ojos abiertos) la potencia de la señal disminuye, lo que
caracteriza un patrón ERD. Por otro lado, si los ojos son cerrados, hay poco o ningún estímulo visual, lo que
caracteriza un aumento de potencia de señal o un patrón ERS (Fig. 8). La potencia de un patrón ERS puede ser muy
superior a la potencia de un ERD. Así, se puede establecer un umbral de 5 a 10 veces el valor de un ERD para
detectar un patrón ERS. La Figura 9 muestra el aumento de energía asociado a un patrón ERS. Es importante
resaltar que los niveles de señales de EEG varían constantemente, lo que requiere un proceso de calibración del
sistema para determinar los niveles del patrón ERD antes de empezar el análisis. Los dos estados (aumento y
disminución de potencia) se pueden asociar a acciones tales como "seleccionar la celda actual del tablero
electrónico". Con la finalidad de validar dicha idea, se han llevado a cabo varios experimentos con un robot móvil y
un robot manipulador.
Una atención especial debería ser dada a los artefactos. Parpadeos, latidos cardíacos, ruido de la red y movimientos
del cuerpo son ejemplos de artefactos. Ellos pueden perjudicar el análisis de la señal bajo estudio y deberían ser
evitados removidos. El rango de frecuencia de interés en este trabajo es de 8 a 13 Hz. Así, se utiliza en este trabajo
un filtro pasa-banda para rechazar artefactos, los cuales ocurren usualmente entre 0,1 y 5 Hz, atenuando también
ruidos de la red eléctrica (50 o 60 Hz) [18] [19].
La ICC desarrollada es relativamente fácil de utilizar. No se necesita cualquier preparación especial del usuario. Sin
embargo, se debe utilizar un gel para mejorar el contacto entre el electrodo del gorro y el cuero cabelludo. Los
electrodos se ubican en las posiciones O1 y O2 (de acuerdo con el posicionamiento del sistema 10-20, Figura 5).
41

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Figura 9: Patrones ERD y ERS de la banda alfa.
La ICC desarrollada en este trabajo se ha evaluado en un grupo de 25 personas, con edad entre 20 y 50 años, y con
algunos de ellos con historial de meningitis y epilepsia. Los experimentos ejecutados se han dividido en tres etapas.
En la primera, el individuo utiliza un detector de eventos en el cual se identifican los estados de alta o baja energía.
En la segunda etapa, el individuo puede emitir comandos de movimiento del robot en un ambiente de simulación. En
la última etapa, el individuo puede realizar experimentos prácticos para enviar comandos de movimiento para un
robot real [1]. El individuo es considerado capaz de comandar la ICC si la primera y segunda etapas fueron exitosas,
o sea, si fue capaz de comandar el robot por lo menos en el ambiente de simulación. Se han realizado dos diferentes
experimentos para validar el método propuesto. En el primero, el individuo ha utilizado la ICC para mover el robot
en el laboratorio. El robot móvil emula una silla de ruedas que podría, por ejemplo, llevar el individuo para
diferentes habitaciones de una casa u oficina. En el segundo experimento, el individuo utiliza la ICC para comandar
un robot manipulador (emulando una prótesis de brazo). Se han hecho experimentos inclusive utilizando un canal de
comunicación para teleoperación vía TCP/IP.
Primer Experimento – Comandar el Robot Móvil: La ICC se ha utilizado para comandar el robot móvil a ruedas
Pioneer 2DX en un ambiente simulado (Figure 10) y en un ambiente real (Figura 11). El análisis de potencia de la
señal en la banda alfa se ha utilizado para cambiar los estados de una Máquina de Estados Finitos (MEF) y para
generar comandos de movimientos para el robot: mover hacia adelante, derecha, izquierda y atrás.
Figura 10: Ambiente simulado del robot móvil
Segundo Experimento -Comandar el Robot Manipulador: La Figura 12 muestra el sistema completo que se ha
utilizado en el experimento. En dicho experimento, se ha utilizado un robot manipulador BOSCH SR800 (Figura
13), con conexión vía TCP/IP. El usuario ve, en la pantalla de la computadora remota, únicamente el espacio de
trabajo de dicho robot, el cual es dividido en celdas (Figura 14). El software existente en la computadora realiza el
barrido de las celdas y evalúa la potencia de la banda alfa del individuo. La selección de la celda se ejecuta cuando
el software reconoce un patrón ERS. Cuando esto ocurre, las coordinadas de la celda son transmitidas, vía TCP/IP,
para la computadora que controla el robot manipulador, el cual mueve su extremidad para la posición deseada.
Simultáneamente, los datos procedentes de los codificadores ópticos del robot son transmitidos para la computadora
del individuo (operador), con el fin de actualizar la pantalla con las posiciones actuales del robot. La Figura 14
presenta la interfaz gráfica utilizada por el individuo para seleccionar la celda deseada.
42

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Es importante resaltar que en ambos experimentos es necesario realizar previamente el proceso de calibración del
sistema. El procedimiento de calibración consiste en adquirir, por cerca de 10 s, señales de EEG con el fin de
analizar el nivel del patrón ERD. Con base en dicha información, se establece el umbral para detectar el patrón ERS,
el cual se ubica entre 5 a 10 veces el valor del nivel del patrón ERD. Este procedimiento es muy importante, puesto
que dichos niveles varían constantemente en el tiempo y de persona para persona.
Resultados y Discusiones
Se han utilizado ambas interfaces por individuos, previamente entrenados, para comandar robots. La interfaz basada
en señales EMG se ha utilizada para comandar un robot móvil, mientras que la interfaz basada en señales EEG se ha
utilizada para comandar tanto un robot móvil cuanto un robot manipulador. En esta sección se muestran los
resultados y discusiones de cada experimento realizado.
5.1 EMG
Inicialmente, se ha solicitado a ocho individuos que parpadeasen por diez veces cada ojo, con el fin de evaluar el
algoritmo de detección de parpadeos. Los resultados de dichos experimentos se muestran en la Tabla 1. Los
individuos también podían optar entre utilizar el gorro de electrodos o electrodos individuales. La Tabla 1 muestra
únicamente resultados de individuos que fueron capaces de parpadear ambos ojos.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Se observa que el algoritmo de detección de parpadeos ha alcanzado una tasa de éxito de 95,71% en la detección de
parpadeos hechos por individuos que podían parpadear ambos ojos. Eso permite concluir que se puede utilizar dicho
algoritmo para el comando de dispositivos/equipos electrónicos. Uno de los individuos que ha presentado buenos
resultados en la etapa de entrenamiento también ha realizado experimentos con el tablero electrónico, seleccionando
celdas del tablero con parpadeos. Una vez seleccionada la celda deseada en el tablero electrónico, el software de
control transmitía para el robot móvil la posición elegida por el individuo. El robot ejecutaba la acción de
movimiento hasta dicha posición, siguiendo un camino determinado por un algoritmo de generación de caminos
[16]. Dicho algoritmo es basado en el algoritmo de Dijkstra, el cual determina un camino corto y seguro, o sea, más
distante de paredes u obstáculos.
Tabla 1: Resultados exitosos de parpadeos con el ojo derecho e izquierdo.
La Figura 15 muestra el mapa de un ambiente de navegación y el camino generado por el sistema para desplazar el
robot desde su posición inicial hasta la posición final deseada por el individuo. Dicho camino se transmite al robot
móvil, el cual ejecuta sus movimientos en el ambiente de navegación conocido. La Figura 16 muestra los resultados
de la navegación realizada por el robot durante los experimentos.
5.2 EEG
Todos los 25 individuos que han utilizado la interfaz basada en señales de EEG han aprendido a utilizarla en una
única sesión de entrenamiento. La Figura 17 muestra los resultados estadísticos del entrenamiento, indicando el
tiempo de entrenamiento promedio necesario para utilizar la ICC. Dicha Figura indica también el tiempo promedio
para aprender a generar los estados mentales asociados a la concentración y relajamiento del área visual. Tal como
se muestra en dicha Figura, la mayoría de los individuos han aprendido a utilizar la interfaz desarrollada en menos
de 15 min y con únicamente un experimento. El tiempo mínimo y máximo llevado por los individuos para utilizar
dicha interfaz ha sido de, respectivamente, 3 y 50 min.
Aunque dicha interfaz haya sido evaluada por individuos que han sufrido casos de meningitis y epilepsia, la ICC
todavía no ha sido evaluada por personas con discapacidad motora severa. Dichos experimentos son importantes que
sean realizados en personas con discapacidad, puesto que son para estas personas que dicha interfaz ha sido
desarrollada.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Los resultados presentados muestran la versatilidad de la ICC desarrollada. El corto tiempo de entrenamiento
necesario para utilizar la ICC y su bajo costo son otras características significativas.
Aunque la interfaz desarrollada haya alcanzado un muy buen desempeño, estados mentales más naturales, tales
como imaginar el movimiento de una mano derecha (o izquierda) para mover el robot para la derecha (o izquierda)
pueden ser interesantes. Además, si se utilizan más estados mentales se puede tener más flexibilidad para el
comando de dispositivos/equipos. Dichos temas son actualmente objetos de estudio en nuestro grupo de
investigación.
Con la realización de los experimentos, tanto con un robot móvil cuanto con un robot manipulador, se ha podido
verificar la bondad de la interfaz desarrollada para el comando de sistemas robóticos.
Figura 17: Número de resultados exitosos de individuos que utilizaron la ICC versus tiempo de entrenamiento (en
minutos).
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Conclusiones
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
En este trabajo se ha hecho una revisión de dos diferentes interfaces desarrolladas: basadas en señales EMG y EEG.
Ambas interfaces son de implementación sencilla y de bajo costo.
La señal EMG ha sido inicialmente elegida como señal electro-biológica de interés, debido a ser una señal bien
comportada, de fácil adquisición y procesamiento, comparada a otras señales biológicas como, por ejemplo, señales
EEG. Dicha interfaz ha demostrado ser de fácil uso por individuos que pueden parpadear sus ojos de forma
voluntaria. Se ha evaluado dicha interfaz para comandar un robot móvil para desplazarse hasta un destino elegido
por parpadeos, utilizando un tablero electrónico. En todos los experimentos el robot móvil ha alcanzado la posición
de destino seleccionada por el individuo.
La interfaz basada en señales EEG puede ser considerada una evolución de la interfaz basada en señales EMG. Esto
es debido al aumento del grado de dificultad presente tanto en el sistema de adquisición cuanto en el sistema de
procesamiento de señales. Se ha utilizado en esta interfaz los patrones ERS/ERD, los cuales son relativamente
fáciles de identificar. Esto ha permitido obtener un sistema de bajo costo, lo que es muy importante para una
aplicación práctica. Esta interfaz ha sido evaluada tanto en un robot móvil cuanto en un robot manipulador. En
ambos casos, todos los comandos han sido ejecutados correctamente por los robots.
Estos trabajos son una parte inicial de un sistema de ayuda a personas con discapacidad neuromotoras, incluyendo
aquellas con discapacidades severas. Las próximas etapas de este trabajo son: convertir una silla de ruedas eléctrica
(Figura 18) en un vehículo móvil autónomo; implementar la interfaz abordo de dicha silla de ruedas, con el fin de
posibilitar el desplazamiento de personas con discapacidades motoras; explorar más características de señales EEG,
construyendo así una ICC más robusta y más rápida, permitiendo su uso seguro por personas con discapacidades.
Agradecimientos
Los autores agradecen a CAPES (Brasil) y SPU (Argentina) por financiar el Programa Binacional CAPG-BA entre
la Universidade Federal do Espírito Santo, de Vitória, Brasil, y la Universidad Nacional de San Juan, Argentina. Los
autores también agradecen a FAPES/Brasil (Proceso 30897440/2005) por su apoyo financiero.
Referencias
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Silla de Ruedas Robótica Adaptada para Personas con Discapacidades
Cognitivas: Sistema de Navegación e Interfaz Hombre – Máquina
Javier Minguez, Luis Montesano, Marta Díaz, Cesar Canalis
Universidad Zaragoza, Universidad Técnica de Lisboa, Universidad Politécnica de Cataluña,
Colegio Público Alboradat
Abstract
Este trabajo describe las tecnologías utilizadas para convertir una silla de ruedas eléctrica en una silla de ruedas
“inteligente” adaptada para niños con problemas cognitivos. Esta adaptación involucra a la propia silla de ruedas, al
sistema de navegación autónoma y al interfaz hombre-máquina. Además, fue preciso desarrollar un conjunto de
herramientas adicionales y un trabajo de preparación con los niños para conseguir que utilizaran la silla de ruedas de
forma satisfactoria. El énfasis de este articulo esta principalmente en la interfaz de control, en la experiencia del
usuario y en las lecciones aprendidas durante el proceso de adaptación. Todo junto sirve como punto de partida
hacia el desarrollo de este tipo de aplicaciones cuyo objetivo principal es la adecuada integración del usuario y la
silla de ruedas.
1. Introducción
En nuestra sociedad actual hay un número cada vez mayor de personas con capacidades motrices limitadas debido,
por ejemplo, a enfermedades degenerativas u otras patologías, accidentes o una edad avanzada. En algunos casos,
estas discapacidades motoras también tienen asociadas problemas cognitivos. Las sillas de ruedas robóticas son un
tipo especial de vehículos de ayuda a la movilidad cuyo objetivo es mejorar la calidad de la vida de este sector de la
sociedad aumentando su movilidad y autonomía [13]. Desde un punto de vista robótico, estos dispositivos se pueden
considerar como robots equipados con sofisticados sistemas autónomos de movimiento [1, 4, 5, 10]. Sin embargo,
para desplegar estos vehículos en aplicaciones reales, es necesario desarrollar los interfaces hombre-máquina de
acuerdo con las necesidades, las capacidades y las preferencias de los usuarios (véase [6, 7, 14] para algunos
interfaces adaptados al control de sillas de ruedas).
Un aspecto fundamental del diseño de estos dispositivos es emparejar las demandas del interfaz con las capacidades
del usuario. De hecho, un diseño incorrecto de este emparejamiento afecta al funcionamiento del sistema y, por lo
tanto, al grado de satisfacción del usuario. Cuando la tarea es difícil y/o cuando el interfaz es complejo y
desconocido, puede ser necesario desarrollar herramientas adicionales para entrenar a los usuarios y para ayudarles a
construir una representación -modelo mental - del sistema que tienen que manejar.
Figura 1. Uno de los niños del colegio conduciendo la silla de ruedas con el interfaz táctil.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Este artículo describe el sistema de navegación autónomo de un vehículo robotizado, el interfaz hombre-máquina y
el proceso entero que permiten a niños con problemas cognitivos conducir la silla de ruedas (Figura 1). El énfasis
del documento está en el sistema de navegación y el interfaz de control. Por un lado el sistema de navegación consta
de todas las herramientas robóticas necesarias para mover un robot móvil entre posiciones libre de colisiones. Por
otro lado se han construido (e integrado en el sistema) tres tipos de interfaces genéricos y adaptables para cubrir los
diversos casos de movilidad: (i) posibilidad de control de un brazo (pantalla táctil), (ii) control de sólo algunas
partes del cuerpo, es decir por ejemplo un dedo, (necesario sólo un botón pulsador), y (iii) capacidades de habla
(interfaz de voz, dado que no requiere control del cuerpo). Usando estos interfaces, los niños manejaron la silla de
ruedas a través de las diversas órdenes de movimiento disponibles. A su vez, el sistema de navegación autónomo
ejecutó el movimiento, liberando de esta forma al usuario del control de bajo nivel del vehículo y asegurando
movimiento libre de colisiones. Por último, en este trabajo se describe también la experiencia desde el punto de vista
del usuario junto con las lecciones que aprendimos durante el desarrollo de las pruebas.
2. Robot Silla de Ruedas Inteligente
En esta sección, proporcionamos la descripción general del sistema y una breve descripción de la plataforma
hardware usada en la fase de experimentación y valuación del sistema. El diseño de una silla de ruedas inteligente
tiene por lo menos las funcionalidades siguientes: la plataforma hardwarerobótica, el sistema de navegación
autónomo y el interfaz (Figura 2).
Figura 2: Arquitectura del sistema compuesto por el interfaz, el sistema de navegación y la silla de ruedas. El
interfaz realiza la interacción con el usuario y traduce las órdenes a primitivas de movimiento. El sistema de
navegación ejecuta estas primitivas calculando los comandos de movimiento del vehículo.
El interfaz hombre-máquina realiza la comunicación entre el usuario y el sistema de navegación. En el caso de
personas con problemas cognitivos, este módulo desempeña un papel crucial y tiene que ser adaptado a los
requisitos específicos de cada usuario. El sistema autónomo de movimiento conduce el vehículo entre localizaciones
evitando las colisiones con los obstáculos detectados por los sensores. La autonomía de este módulo es muy
dependiente del usuario. Generalmente, cuanto más severa es la enfermedad en términos cognitivos, mas alto es el
grado de autonomía requerido al sistema. Estos dos módulos se describen detalladamente en las secciones
siguientes.
En relación a la plataforma móvil, el vehículo está construido a partir de una silla de ruedas eléctrica comercial. Las
ruedas traseras funcionan en modo diferencial y las ruedas delanteras son de movimiento libre. Hemos instalado dos
ordenadores Intel 800Mhz a bordo, uno para el control de bajo nivel y otro para los tareas de más alto nivel. El PC
de control tiene instalado un sistema operativo tiempo real (VxWorks). El PC de alto nivel funciona con el sistema
operativo Windows y en el se ejecuta el sistema de movimiento y el interfaz hombre máquina. Este último
ordenador también maneja los dispositivos de entrada-salida (sonido, ratón virtual a través de un botón pulsador y la
pantalla táctil VGA). Ambos ordenadores están conectados con RS-232 y Ethernet. El sensor principal es un láser
o o
plano que funciona a 5Hz, con un campo visual de 180 y 0.5 de resolución (lo que implica barridos de 361 puntos)
situado en la parte frontal del vehículo. Este sensor proporciona la información sobre los obstáculos delante del
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
vehículo. La silla de ruedas también está equipada de una tarjeta de red Ethernet que permita conectar del vehículo
con una red local durante la operación del mismo.
3. Sistema de Navegación Autónomo
La tarea del sistema de navegación autónomo es conducir el vehículo entre localizaciones dadas evitando los
obstáculos detectados por el sensor láser. El sistema de movimiento [9] integra las siguientes funcionalidades:
1. Modelado local: construcción de un modelo del entorno y calculo de la localización del vehículo. Este
módulo integra las medidas del sensor para construir un modelo local del entorno. Para su implementación, elegimos
un mapa binario de rejilla de ocupación para modelar los obstáculos estáticos y el espacio libre; y un conjunto de
filtros de Kalman extendidos para seguir los objetos móviles alrededor del robot. La rejilla tiene un tamaño limitado
y viaja centrada con el robot. De esta forma, representa la porción del entorno requerida por el planificador local y
mantiene acotado el tiempo de cálculo. Para estimar la localización del robot se ha utilizado una técnica de scan
matching (MbICP) [15] que calcula el movimiento relativo del robot entre dos barridos láser.
2. Planificación local del movimiento: este módulo tiene dos partes:
Planificación táctica del movimiento: cómputo de la dirección táctica para evitar los movimientos cíclicos y las
situaciones de atrapamiento. Su implementación esta basada en una función de navegación dinámica, en particular
el planificador de D*Lite [11].
Movimiento reactivo: cómputo del movimiento libre de colisiones. Hemos utilizado el método ND [8]. Este método
utiliza una estrategia de “divide y vencerás” basada en situaciones y acciones para simplificar el problema de
evitación de obstáculos.
La integración de estos dos módulos forma el sistema de navegación. El funcionamiento de este sub-sistema es una
parte crítica puesto que es el responsable de la generación de movimiento y por lo tanto de la robustez, fiabilidad y
seguridad del vehiculo [12].
4. Interfaz
El módulo de interfaz hombre - máquina (HMI) traduce los comandos del usuario a posiciones a alcanzar para el
sistema autónomo del movimiento. También proporciona la información de realimentación al usuario (Figura 2).
Ambas funcionalidades utilizan interfaces de entrada-salida (IO) adaptados a las capacidades de cada usuario
específico. Por último, el intérprete de movimiento convierte las órdenes del usuario en primitivas de entrada al
sistema de navegación.
El HMI trabaja de la siguiente forma. El usuario da una orden con uno de los interfaces disponibles de entrada
(Figura 3). Este comando se procesa y se pasa al intérprete de movimiento, que calcula la nueva posición final y la
envía al sistema de navegación. En paralelo, el interfaz de salida da al usuario la información relacionada con sus
órdenes y el entorno. El HMI trabaja en una frecuencia distinta a la del sistema de movimiento y la comunicación se
hace de una manera asíncrona.
4.1. Intérprete de movimiento
El papel del intérprete de movimiento es convertir las órdenes detectadas por el interfaz IO en una posición final. Se
han desarrollado dos estrategias que se adaptan al diverso grado de autonomía del usuario:
Estrategia orientada a la meta: el usuario selecciona la posición final del vehículo en el espacio. El sistema del
movimiento autónomo conduce el vehículo hasta que se alcanza la meta (que permanece fija en el espacio), el
usuario detiene el vehículo o cambia la posición final con una nueva orden.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Estrategia tipo volante: el usuario selecciona una dirección de movimiento (las órdenes se interpretan como volante).
La meta se recalcula continuamente basada en el comando ordenado por el usuario. El movimiento continúa hasta
que las nuevas órdenes cambian la dirección de movimiento o el usuario detiene el vehículo. La primera estrategia
de movimiento es una implementación de un sistema “ordena y olvida”. Desde un punto de vista cognitivo es el más
exigente, dado que el usuario tiene que entender la representación del espacio; la relación entre el mapa, la silla de
ruedas y la localización de la meta; y las convenciones para representar acciones, estados y posiciones. Por esta
razón, para utilizar esta estrategia desarrollamos algunos juegos cognitivos a modo de entrenamiento que
describimos en la sección siguiente. La ventaja de esta estrategia es que una vez que se coloca la meta, el vehículo
tiene el control completo de la trayectoria (asegurando movimiento libre de colisiones hasta el destino). Por lo
tanto, el usuario toma un papel de mera supervisión del movimiento.
Por otra parte, la segunda estrategia utiliza en menor medida la información del interfaz. El usuario solamente
necesita entender la relación de los comandos con el movimiento de la silla de ruedas. Sin embargo, el usuario esta
más próximo a la generación del movimiento, dado que debe modificar continuamente la dirección del movimiento.
Esto puede llegar a fatigar al usuario o ser problemático si existen problemas de atención. Es importante resaltar que
con ambas estrategias el sistema de navegación es el último responsable de la generación del movimiento. De esta
forma, la evitación de obstáculos está garantizada.
4.2. Interfaz de Entrada
La interfaz de entrada depende fuertemente de las capacidades físicas y cognitivas del usuario para seleccionar los
comandos. Por esta razón es difícil cubrir una amplia gama de necesidades por adelantado. Se han diseñado tres
interfaces según diversos perfiles de usuario. En la mayoría de los casos, estos deben ser adaptados a cada usuario
en función de sus especificidades.
4.2.1. Interfaz de voz. Esta clase de interfaz está orientada especialmente a los niños incapaces de mover o
controlar con precisión cualquier parte de sus cuerpos pero con una capacidad razonable de dictado. El interfaz de
voz es un sistema de reconocimiento del habla usado para recuperar el conjunto de palabras dichas por el usuario. El
modelo de lenguaje representa el sistema de las palabras (vocabulario) que incluye adelante, izquierda, derecha,
lejos, medio, cerca, anda, para, comienza y acaba. Una secuencia de palabras describe una localización de la meta o
una dirección de movimiento. Los modelos acústicos del reconocedor se entrenan para cada usuario con el fin de
adaptar el reconocimiento. Se utiliza una técnica de máximo a posteriori [2] para obtener las representaciones
estadísticas de los fonemas españoles y transformar la señal de audio en un conjunto de parámetros y variaciones
[3]. De acuerdo con estos parámetros y los modelos acústicos, un algoritmo de reconocimiento de patrones recupera
el conjunto de palabras dichas por el usuario.
4.2.2. Botón pulsador. Los usuarios en este caso son niños capaces de controlar solo una parte reducida de sus
cuerpos (por ejemplo, un dedo, el codo o la rodilla; ver la figura 3a). El botón está situado en un brazo móvil que
permite situarlo en la parte del cuerpo que los niños pueden controlar. En este caso, el sistema ofrece
secuencialmente los diversos comandos a través de la pantalla, y el usuario los selecciona con una sola pulsación.
Una pulsación larga para el vehículo inmediatamente. Este tipo de interfaz no es apropiado para la estrategia de
movimiento tipo volante dado tiene mucho retardo en la selección de los comandos.
4.2.3. Interfaz táctil. Diseñado para los niños que controlan un brazo con la suficiente precisión como para
seleccionar una zona en la pantalla. (Figura 3b). El interfaz es una pantalla táctil donde el usuario selecciona los
comandos. La posición final o meta se selecciona en función de la localización deseada en el en un mapa. La rejilla
polar del interfaz permite seleccionar una dirección en el modo de manejo tipo volante.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 3. (a) Botón pulsador adaptado a una rodilla. (b) Niño 3 conduciendo el vehículo usando el interfaz táctil en
un pasillo de la escuela. (c) Interfaz de entrada-salida el mapa 3D construido durante la operación. El interfaz
muestra los obstáculos, la zona donde se pueden colocar las posiciones finales y los botones para rotar, para
encender y para parar el vehículo.
4.3. Interfaz de Salida
El objetivo del interfaz de salida es mostrar toda la información requerida para utilizar el sistema (Figura 3c). La
pantalla muestra un mapa 3D construido sobre el modelo 2D generado por el sistema de movimiento (construido en
línea usando el sensor láser). Para una utilización en condiciones realistas, este mapa tiene que ser construido en
base a las observaciones del vehículo y debe de ser capaz de reflejar los cambios en el entorno. Los mapas a priori
no incluyen algunos obstáculos como, por ejemplo, sillas o mesas u otras personas alrededor del vehículo. Debido a
sus deficiencias cognitivas, algunos usuarios tienen dificultades para interpretar los mapas a priori debido que no se
corresponden con el estado actual del entorno. Para facilitar su interpretación, la perspectiva del mapa es como si
estuviese visto con cámara virtual situada en la posición de los ojos del usuario del vehículo. Con cualquiera de los
interfaces, los niños seleccionan las localizaciones a donde se quiere ir con la silla de ruedas o direcciones de
movimiento en el mapa. A su vez, hay botones especiales para encender o para detener la silla (con iconos
familiares para los niños similares los encontrados en los semáforos), y botones para rotar completamente la silla en
su lugar. El tamaño, el color y la forma de todos los elementos del interfaz se adaptan a las características de cada
usuario. Los niños también reciben realimentación auditiva.
5. Experiencia con los usuarios
Esta sección describe el trabajo realizado para enseñar a los niños a conducir el vehículo (subsección 5.1) y la
experiencia de conducción del mismo (subsección 5.2).
5.1. Trabajo previo
Los educadores de la escuela seleccionaron a cinco niños (niños 1-5) para participar en esta experiencia. Las
capacidades cognitivas de los niños varían desde el niño 1, que son capacidades similares a un niño de 10 años no
discapacitado, hasta el niño 5, que tiene problemas cognitivos severos. Todos los niños utilizan sillas de ruedas no
eléctricas estándares en su vida diaria. Algunos de ellos son capaces de manejar de forma semiautónoma y otros
necesitan ayuda constante. Ninguno de ellos había utilizado una silla de ruedas eléctrica antes.
El primer paso fue familiarizar a los niños con el HMI. Para ello, desarrollamos algunos juegos cognitivos con tres
objetivos: (i) comprender mejor los requisitos del interfaz para cada usuario, (ii) registrar la voz de los usuarios para
entrenar al sistema del reconocimiento de voz, y (iii) enseñarles a utilizar el interfaz y su relación con la silla de
ruedas. Los juegos utilizan música y personajes de dibujos animados conocidos para mantener la atención de los
niños y para reforzar el procedimiento de aprendizaje. Como un valor añadido, algunos de estos juegos se han
adaptado a los requisitos educativos de la escuela y ahora se utilizan a diario para el estimular sus capacidades
cognitivas.
Los juegos cambian dependiendo del HMI. Sin embargo sus principios son los mismos: fueron diseñados para
enseñar a los niños incrementalmente los mecanismos subyacentes del interfaz. En el interfaz de voz, por ejemplo,
con el primer juego los niños aprenden la relación entre los comandos de voz y el movimiento de los personajes en
52

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
la pantalla. Con el segundo aprenden la relación entre los comandos de voz y el espacio físico. Con el tercero la
relación entre las órdenes de voz, el espacio físico y el mapa del interfaz. Consideramos que los niños están
preparados para conducir la silla de ruedas cuando se sienten confortables con este último juego. En el caso de los
otros interfaces, aprenden estas relaciones de una forma similar utilizando el botón pulsador o tocando la pantalla
táctil. Los niños encontraron estos dos últimos interfaces mucho más fáciles de utilizar que el interfaz de voz. Esto
estaba previsto debido al restringido vocabulario fijado y a la estricta gramática del sistema de reconocimiento del
habla.
Utilizamos este procedimiento con los niños 2 a 5. El tiempo de entrenamiento individual de los niños fue alrededor
de 3 horas para el interfaz de voz (niños 2 y 4), y 45 minutos para el interfaz táctil (niños 2, 3 y 4). El entrenamiento
fue realizado durante varios días integrándolo con sus actividades habituales para no modificar sus rutinas. Los
educadores supervisaron el proceso de acuerdo con las capacidades específicas de cada niño basado en
características como la atención, frustración, o cansancio. Además de esto, el niño 1 utilizó directamente el vehículo
sin ningún entrenamiento previo para estudiar el proceso de aprendizaje en estas condiciones y para evaluar la
facilidad de uso. Finalmente, el interfaz de botón pulsador estaba especialmente diseñado para el niño 5 debido a sus
problemas de movilidad. Durante la sesión de entrenamiento nos dimos cuenta de que la versión actual del interfaz
del botón pulsador no está bien adaptada a sus capacidades motrices y a sus necesidades cognitivas. La interacción
era muy difícil y frustrante así que decidimos en este caso desechar las pruebas reales con el vehículo.
5.2. Experiencia de conducción con el vehículo.
Diseñamos unas pruebas de campo con los usuarios para evaluar: (i) el funcionamiento del sistema de movilidad, (ii)
la utilidad de los interfaces, y (iii) la experimentación de los usuarios al conducir la silla. En este documento nos
centramos en las primeras dos ediciones -el funcionamiento y la utilidad, y se dan algunas indirectas sobre la
evaluación psicológica actualmente en curso incluyendo la experiencia afectiva en la sección 6.
5.2.1. Diseño de los experimentos. La experiencia se llevó a cabo en dos escenarios: el interfaz de voz fue probado
en el laboratorio de la Universidad de Zaragoza y el interfaz táctil en la escuela de los niños. Realizamos un total de
4.12 horas y de 1055 metros de operación completa (niños utilizando la silla de ruedas) que fue registrada para un
análisis posterior. En ambos casos se pidió a los niños que alcanzaran con la silla de ruedas unas posiciones finales
predeterminadas. Durante la sesión o después de la misma, los educadores (que tomaron el papel de facilitadores
durante la prueba) entrevistaron a los niños para saber sus opiniones sobre el sistema, el interfaz y evaluar la calidad
de la experiencia.
En el caso del interfaz de voz, los niños 2 y 4 visitaron nuestro laboratorio en febrero. Los educadores describieron
la experiencia a los niños como un gran juego. Todos los compañeros de clase (alrededor de 10 niños) participaron
en la visita para hacer que los dos usuarios de la silla de ruedas estuvieran más cómodos. Los ensayos fueron
desarrollados en nuestro departamento durante hora punta (12pm-2pm). El niño 2 utilizo el modo de conducción
tipo volante mientras que el niño 4 utilizo la estrategia orientada a la meta. Esta decisión fue tomada porque el niño
4 tiene problemas de atención y no estaba cómodo utilizando una conducción tipo volante. En la primera
experiencia, el niño 2 salió de la oficina y realizó un paseo a lo largo del pasillo ayudado por el educador y uno de
los ingenieros. Después de un viaje de 50 metros, el niño 2 decidió volverse a la oficina, cruzó la puerta final y
alcanzó el punto de partida (en total viajó el 108m). El niño 4 salió de la oficina utilizando únicamente dos
secuencias de palabras. El sistema de navegación evitó todas las mesas, sillas y gente moviéndose a su alrededor y
finalmente cruzó la puerta de la salida. La distancia recorrida fueron 24 metros. Notar que durante el movimiento de
la silla, el entorno estaba constantemente evolucionando puesto que las oficinas y los pasillos estaban llenos de
profesores y de estudiantes que hacían su trabajo cotidiano.
El segundo conjunto de sesiones de pruebas fue realizado en mayo. Pasamos una semana en la escuela en donde los
niños utilizaron el vehículo durante las mañanas (cuadro 5). Una vez más los educadores propusieron el uso de la
silla de ruedas como un nuevo juego en la escuela. Todos los niños 1-4 utilizaron el interfaz táctil con la estrategia
orientada meta. Los niños 2 a 4 se entrenaron con los juegos y después comenzaron directamente a utilizar la silla de
ruedas. El niño 1 aprendió en línea cómo utilizar el interfaz para conducir la silla de ruedas con la ayuda del
educador (tabla 1). En este caso le llevó alrededor 5 minutos comenzar a mover el vehículo. Durante los primeros
días, realizaron circuitos pre-establecidos para comparar los resultados entre ellos. El último día insistieron en visitar
a sus compañeros de clase en diversas estancias y otros cuartos como el de fisioterapia, la cocina, etc… así que se
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
les permitió llevaran la silla a su aire. Consideramos esta actitud un indicador claro de que se sentían cómodos con
la silla de ruedas y orgullosos de poder manejarla correctamente. Todos los ensayos fueron realizados durante las
horas de trabajo de la escuela y el entorno evolucionaba constantemente y estaba lleno de personas no familiares con
robots.
5.2.2. El funcionamiento del sistema de movilidad. Describimos a continuación el funcionamiento de la
navegación y de los módulos de HMI. Desde el punto de vista del movimiento, el funcionamiento del sistema de
navegación fue muy bueno durante toda la experiencia. En total, el sistema de navegación realizó 465 misiones. Los
ensayos se realizaron en entornos no preparados donde había muchas situaciones con poco espacio para maniobrar
como, por ejemplo, puertas o pasos estrechos entre los muebles o la gente. También, los entornos eran muy
dinámicos. Pese al buen funcionamiento del sistema, ocurrieron un total de 10 colisiones lo que hace un total de
0.021 colisiones por misión. De estas colisiones, 6 correspondieron un funcionamiento incorrecto del sistema, 2 a
situaciones que requirieron muchas maniobras que eran difíciles de alcanzar debido al patinaje de las ruedas, y 2 a
colisiones con los obstáculos no detectados por el láser (es decir en una altura más baja que el sensor, por lo tanto
inevitables). El movimiento fue generalmente suave, cómodo y adaptado a la operación humana.
5.2.3. Utilidad del interfaz. Como mencionado anteriormente, se utilizaron los interfaces de voz y táctiles. El
interfaz de voz trabajó razonablemente bien, pero durante las sesiones se hicieron evidentes algunas de las
limitaciones y dificultades de este interfaz para los niños con problemas cognitivos,
Figura 4: Experiencia con el interfaz de voz en la Universidad. Las imágenes de la izquierda son dos tomas de los
niños utilizando el intefaz de voz (Niño 2, arriba, y Niño 4 abajo). La Figura del centro muestra la planta del edificio
del Departamento de Informática sobre impuesta con el mapa construido por el sistema de navegación y la
trayectoria llevada a cabo por el Niño 2. La Figura de la derecha muestra las trayectorias de los objetos móviles
detectados por el sistema
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 5: Experiencia con el interfaz táctil y el botón pulsador en el colegio. La Figura muestra 6 instantáneas del
Niño 1 (abajo izquierda), Niño 2 (abjo derecha), Niño 3 (arriba izaquierda) y Niño 4 (arriba derecha) durante los
experimentos y el mapa del entorno construido por el sistema de movimiento (abajo centro) principalmente debido a
los problemas que tiene de dicción. Esto es de hecho un desafío para los sistemas de reconocimiento de voz actuales
con la dificultad añadida de desarrollar la aplicación en ambientes ruidosos. Además, aparecieron situaciones en las
que los niños se olvidaron de utilizar la palabra clave o no preservaron las reglas de la gramática. Debido a esto, el
sistema no seguía las instrucciones lo que aumentaba su frustración y nerviosismo. Ambas situaciones condujeron a
una prestación del sistema de reconocimiento de voz peor que el interfaz táctil. Sin embargo, los niños aprendieron
estrategias para tratar con estos casos y consiguieron mover la silla de ruedas.
El interfaz táctil resultó estar muy bien adaptado para los niños, que utilizaron todas las órdenes disponibles. Los
resultados sugieren que las posibilidades mostradas en la pantalla son suficientes y todas son necesarias para la
navegación. Además, las áreas de la pantalla resultaron ser lo suficientemente grandes y se adaptaron bien para los
problemas de manipulación de los niños, que carecen mucha precisión en el movimiento del brazo
6. Conclusiones
Hemos presentado en este artículo las tecnologías principales necesarias para construir y adaptar una silla de ruedas
robótica autónoma para niños con problemas cognitivos. Hemos descrito brevemente la silla de ruedas, el sistema de
movimiento, el interfaz hombre-máquina, todo el trabajo desplegado hasta que los niños condujeron el vehículo, y la
prueba con los usuarios en ambientes reales. Entendemos que las lecciones aprendidas en esta experiencia un buen
punto de partida para el desarrollo de este tipo de aplicaciones. En paralelo, estamos evaluando el comportamiento
de los usuarios durante los experimentos basándonos en todo el material registrado. Esta evaluación se centra en las
opiniones del usuario de la utilidad del interfaz, de la calidad del movimiento y de su grado de satisfacción en la
conducción de la silla de ruedas. Con estos resultados esperamos continuar caminando hacia el desarrollo de
soluciones asistenciales centradas en usuarios con problemas cognitivos.
Agradecimientos
Deseamos agradecer al Colegio Público de Educación Especial Alborada, y en especial a los educadores José
Peguero y José Manuel Marcos. Agradecemos a Luis Montano de la Universidad de Zaragoza por su ayuda en el
desarrollo del proyecto. Agradecemos a Eduardo Lleida y a Oscar Sanz ambos de la Universidad de Zaragoza su
ayuda con el sistema del reconocimiento de voz. José Manuel Alcubierre y Hermes López son los estudiantes que
desarrollaron el trabajo de ingeniería.
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Investigación en Curso de Sistemas Asistenciales Inteligentes
Adaptativos para Personas Dependientes en Movimiento Autónomo
Resumen
Cecilio Angulo, Javier Mínguez, Marta Díaz, Joan Cabestany
Universidad Politécnica de Catalunya
Universidad de Zaragoza
La sociedad española demanda como bien universal disponer de servicios asistenciales adecuados y accesibles para
usuarios discapacitados. Con objeto de cubrir estas necesidades, este artículo presenta investigación en curso sobre
tecnologías adecuadas y herramientas tecnológicas para el caso de personas con dificultades de movilidad que
requieren de supervisión médica. La investigación se centra en el desarrollo de estructuras de control novedosas a
ser usadas en redes de sensores corporales para monitorizar el andar (elementos físicos vestibles); en la evaluación
de técnicas para el movimiento autónomo de vehículos robóticos en ayuda a la movilidad; y en el diseño de métricas
de evaluación para cualquier sistema de movilidad desde el punto de vista biomédico: físico, midiendo y analizando
parámetros corporales de los usuarios como la actividad cerebral, cardiaca y respiratoria, y psicológico, evaluando y
analizando emociones, sentimientos y la experiencia de usuario. Se presentan unos esfuerzos investigadores iniciales
proponiendo una sinergia entre robótica y biomedicina, acometidos por equipos complementarios y
multidisciplinares.
1. Introducción
La sociedad española demanda servicios adecuados, accesibles y sociales para las personas discapacitadas y, en
general, personas con necesidades asistenciales. Como prueba de ello, se aprobó la Ley LIONDAU (Diciembre
2003) [1] sobre igualdad de oportunidades, no discriminación y accesibilidad universal para personas dependientes;
se ha editado el Libro Blanco sobre “Atención a personas dependientes en España” [2]; así como se ha aprobado en
Abril 2006 [3] el anteproyecto de ley sobre “Promoción de la Autonomía Personal y Atención a las Personas
Dependientes” (Diciembre 2005). Centrándose en estas necesidades como objetivo, este artículo presenta
investigación en marcha que está creando nuevo conocimiento y herramientas tecnológicas adecuadas y accesibles
para personas con dificultades motoras que necesitan de monitorización médica.
El objetivo principal es la investigación básica en la supervisión del movimiento humano y la evaluación de técnicas
de movimiento autónomo para vehículos robotizados de ayuda a la movilidad. Se están desarrollando metodologías
de análisis de la adaptación al usuario en base a dos aplicaciones: (i) una red de sensores corporales, con objeto de
reducir el riesgo de caídas de las personas que la visten, así como la rehabilitación psicomotriz y monitorización; y
(ii) robótica móvil, a través de un vehículo de ayuda a la marcha (un andador) y una silla de ruedas eléctrica. Este
concepto dual se define desde las bases generales sobre las cuales se aplica la ayuda al movimiento (véase la Figura
1): (a) personas con capacidad de movimiento autónomo (andantes) con riesgo de caída o aquellas que se hallan en
proceso de rehabilitación, quienes desean mantener maximizado su espacio de relación social (supervisión en todo
momento, en todas partes); (b) personas con necesidad de ayuda en el movimiento (un andador eléctrico 2 , por
ejemplo), cuyo grado de dependencia no debería incrementarse con un entorno vital más reducido y estructurado; y
(c) personas dependientes en silla de ruedas, a las que se les supone una dependencia de este elemento para
desarrollar su actividad diaria.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
El andador eléctrico robótico de la Figura 1 (medio) ha sido desarrollado por Haptica y el Trinity College.
Figura 1. Esta figura muestra los tres elementos de ayuda a la movilidad para personas dependientes que son
objetivo de aplicación de esta investigación: una red de sensores corporales para monitorizar la marcha, un andador
eléctrico y una rueda de sillas eléctrica, ambos robotizados.
Este artículo hace referencia a la solución de problemas científicos de alto nivel como la supervisión del movimiento
humano a través de sensores corporales y la evaluación de técnicas de movimiento que operan sobre elementos de
ayuda a la movilidad, así como contribuir a la solución de los problemas actuales de la sociedad española como la
mejora de la calidad de vida de las personas con necesidad de ayuda en el movimiento, ya sea por dependencia
(temporal o permanente) o por edad avanzada.
Se proponen tres objetivos científicos novedosos siguiendo esta investigación inicial en el área de la evaluación de
movimiento, ya sea supervisado del usuario o generado autónomamente por robots (andador eléctrico y silla de
ruedas): (1) Desarrollo de una estructura de control novedosa que significará un paso decisivo hacia el
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
establecimiento de una forma de agentes software inteligentes autónomos en la forma de elementos hardware
(“Elementos Hardware Inteligentes" o EHI). (2) Diseño de una métrica para evaluar técnicas de movimiento sobre
la base de parámetros cualitativos y cuantitativos del movimiento generado en los robots. (3) Evaluación de los
sistemas de ayuda en función de la respuesta biomédica de los usuarios a los elementos (la red de sensores o los
vehículos).
La investigación científica conduce a tres aplicaciones innovadoras: (1) El desarrollo de una red de sensores
corporales (BSN), donde los nodos son sensores con la habilidad de procesado en línea de la información,
comunicación inalámbrica e interacción efectiva con el usuario (bio-feedback). Será importante dotar los
componentes con capacidad de aprendizaje para obtener la adaptación del entorno al individuo, y no a la inversa.
(2) Disponibilidad de una herramienta para evaluar las tecnologías de movimiento basada en la calidad del
movimiento generado. La utilidad genérica es diseñar un procedimiento de selección capaz de elegir la técnica más
adaptada al contexto específico de la aplicación robótica a partir de un cierto número de técnicas existentes. En el
caso de esta investigación coordinada, los elementos físicos son un andador eléctrico y una silla de ruedas. La
tecnología mejor adaptada para cada aplicación (seleccionada con criterios rigurosos y objetivos) se instalará en los
robots. (3) La posibilidad de disponer de una evaluación de todos los sistemas basados en la respuesta biomédica.
Esto permitiría rechazar técnicas o adaptarlas de forma que el usuario se sintiera más relajado, seguro o confortable.
Los parámetros no serían subjetivos puesto que se medirán a partir de la actividad del individuo. Este último punto
es extremamente importante para usuarios de edad avanzada o aquellos que utilizan mucho tiempo estos vehículos
como el andador o la silla de ruedas.
Como resulta habitual en este tipo de investigaciones, se están conduciendo estos objetivos a través de un trabajo
conjunto de equipos complementarios y multidisciplinares. Por ejemplo, esto se refleja de forma explícita en el
objetivo científico de evaluación de los sistemas en base a la experiencia de usuario. Para trabajar sobre este punto,
el consorcio crea una sinergia de miembros especializados en ciencias biomédicas e ingeniería de sistemas que
mantienen una complementariedad de experteza de los sistemas y de las herramientas para llevar a cabo las
evaluaciones: redes de sensores, técnicas de movimiento robótico, métodos para la medida de estímulos cerebrales
del usuario durante el desarrollo de las actividades, técnicas de observación filmada, metodologías de ayuda, etc.
Por otra parte, el nexo de unión en la aplicación o el elemento físico es un andador eléctrico. Aquí la red de
sensores corporales para supervisión de caídas y el movimiento autónomo generado por el andador deben trabajar de
forma simultánea.
2. Objetivos de investigación
El primer objetivo es el desarrollo de una red de sensores corporales (BSN) que trate con personas con dependencia
motriz de forma ubicua [4]. La meta última es mejorar su calidad de vida. En los últimos años se han desarrollado
algunas redes de sensores corporales para la supervisión de usuarios [5]. Sin embargo, hasta la fecha todas estas
redes se han caracterizado por: análisis fuera de línea de los datos del usuario; escenarios de trabajo muy
estructurados (en el hogar, en un edificio asistencial, hospital, etc.); los sensores no comporten información, o lo
hacen de forma reducida; se requiere de un PC conectado por cable para llevar a cabo algún análisis en línea [6, 7].
Esto causa que los BSN deban disponer de un cableado engorroso, por lo que sólo son útiles en ciertos espacios
estructurados. Además, los nodos son sensores pasivos y no poseen capacidad alguna para crear interacción con el
usuario, lo que provoca una reducción importante en su rango de aplicación.
Los objetivos marcados en las dos siguientes secciones son la evaluación de técnicas de movimiento autónomo
desde dos perspectivas diferenciadas: robótica móvil y respuesta de usuario. El desarrollo de metodologías objetivas
para la evaluación de técnicas es una de las mayores preocupaciones en la comunidad científica. Así, su creación
permitirá establecer objetivos claros para desarrollos futuros en la materia a la vez que proveerá al sector
tecnológico con herramientas de selección. Recientemente, este tópico ha motivado la creación de una Conferencia
internacional (Performance Metrics for Intelligent Systems 2001-2006) patrocinada por el IEEE y el National
Institute of Standards and Technologies. En este congreso uno de los objetivos prioritarios es la evaluación de
componentes dentro de sistemas inteligentes, uno de los cuales es la planificación y control de robots móviles [8].
2.1. BSN basados en EHI
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
La meta principal es el desarrollo de una red de sensores corporales basada en EHIs, con comunicación inalámbrica,
bio-feedback en línea y adaptación al usuario. La hipótesis de partida de esta parte de la investigación ha sido
propuesta recientemente en trabajos tales como [9, 10]. La idea es que, en redes de sensores distribuidos, la
necesidad de un coordinador general es limitada o incluso puede ser eliminado si cada nodo de la red de control se
construye en base a un procesador lógico y todos ellos cooperan. Es esta una concepción modular de la percepción.
Se desarrollará una arquitectura cooperativa basada en una red de Elementos Hardware Inteligentes (“EHI”) para
completar la BSN. Cada nodo hardware (sensor o actuador) tiene asociado un procesador capaz de generar
decisiones a partir de la información disponible y de enviar información a compartir con el resto de nodos. Las
decisiones tomadas por los algoritmos desarrollados sobre los procesadores incrustados en los nodos y la
información relevante recogida por todos los elementos serán accesibles a la red entera a través de comunicación
inalámbrica y visible desde el entorno externo, si fuese necesario, a través de una pasarela. El procesado en línea de
la información en los nodos que conforman la red de sensores corporales permite bio-realimentación con el usuario
así como que la red se adapte a sus necesidades. De igual modo, es deseable, pero no excluyente, la necesidad de un
PC o una PDA para el procesado externo de los algoritmos más complejos sobre la información.
Por otra parte, durante el procesado de la información, la adaptación de las reglas utilizadas (aprendizaje) debería
servir al ambiente asistido para mejoras sus prestaciones de múltiples formas: (a) introducción de nuevo
conocimiento (hechos, comportamientos, reglas) en el sistema; (b) generalización de conceptos a partir de ejemplos
múltiples; (c) especialización conceptual a partir de ejemplos concretos; (d) reorganización de la información dentro
del sistema de una forma más eficiente; (e) creación o descubrimiento de nuevos conceptos; (f) reutilización de la
experiencia [11].
2.2. Métrica de evaluación de técnicas de movimiento
El objetivo de esta parte del estudio es la creación de una métrica que permita evaluar las técnicas de movimiento
consideradas desde el punto de vista del movimiento resultante (la perspectiva de la robótica móvil). Históricamente
han sido diseñadas muchas técnicas para asegurar un movimiento autónomo libre de colisiones (movimiento basado
en sensores para la evasión de obstáculos). Por ejemplo [12–17], entre muchos otros. Es predicible que bajo
idénticas condiciones cada técnica generará un tipo de movimiento diferente Sin embargo, preguntas como cuál es la
más robusta entre ellas o cuál se comporta mejor en un determinado contexto no pueden ser actualmente
respondidas desde un punto de vista científico ni tampoco tecnológico. En otras palabras, una vez enfrentados con
una aplicación de robótica móvil, la selección de una técnica de movimiento frente a otras es una materia de
especialistas que no es accesible a un mundo tecnológico general. Ello es debido a que no existen comparaciones
objetivas de métodos, ya sean a nivel cuantitativo (en términos de robustez o de parámetros de actuación tales como
el tiempo o la distancia total recorrida) o a nivel cualitativo (en base a la seguridad del movimiento). Actualmente
sólo existe una comparación experimental [18]; sin embargo, se trata de una comparación antigua y, por tanto, no
incluye los avances en este campo de los últimos 15 años. Además está basada en observaciones, por lo que no
presenta una metodología rigurosa y objetiva encaminada a resolver este problema.
El objetivo científico de esta parte del estudio es el desarrollo de un procedimiento de evaluación de técnicas de
movimiento desde la perspectiva cuantitativa y/o cualitativa del movimiento generado en diferentes contextos.
2.3. Métrica basada en respuestas biomédicas
Se pretende en esta sección de estudio desarrollar una métrica que evalúe los sistemas basada en la respuesta
biomédica del usuario (perspectiva biomédica). La investigación en “computación emocional” [19] explora la
computación en desarrollos donde la emoción humana es un concepto esencial. En las áreas de cuidados de salud o
clínica, cualquier propuesta de intervención (terapéutica o preventiva) debe tener en cuenta su impacto sobre la
calidad de vida del paciente. No sólo se trata de mejorar su salud, sino también la percepción subjetiva de bienestar.
En este sentido, los escenarios deben ser concebidos y validados de forma explícita en términos de compatibilidad
con el bienestar del usuario-paciente. Así, por ejemplo, una técnica de movimiento podría ser robusta y mover el
vehículo siguiendo trayectorias óptimas en tiempo, distancia, etc. Sin embargo, cuando una BSN monitoriza al
usuario o al robot que guía o transporta a un humano, surge la pregunta fundamental sobre ¿cómo se siente el
humano durante el movimiento? [20]. En el desarrollo de tecnologías de cuidados de la salud, la satisfacción del
usuario es una especificación esencial. Por tanto, se requiere medir y evaluar de forma sistemática la calidad de la
interacción entre el usuario y el dispositivo así como la reacción del individuo a una técnica de movimiento en
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
particular. Este hecho tiene vital importancia en la demanda creciente de robots autónomos para el transporte
humano (véanse las estadísticas en [21] para las aplicaciones actuales de transporte), específicamente para aquellas
diseñadas para personas de la tercera edad y/o aquellos usuarios que deben utilizar estos vehículos de forma
continuada.
El objetivo en este punto es el desarrollo de un procedimiento de evaluación de la reacción del usuario durante la
supervisión de sus movimientos (con bio realimentación) o del movimiento generado por el vehículo. En ciencias
biomédicas, una forma de evaluar la respuesta humana a eventos externos es el estudio de la actividad biomédica
(física y psicológica) durante el desarrollo de una tarea. Otras metodologías incluyen la observación filmada,
técnicas de verbalización, etc. Mediante el uso de estas metodologías, se pretende desarrollar una forma de de
evaluación del movimiento y de las técnicas de su supervisión a parir de las reacciones del usuario. No existe hasta
la fecha ningún trabajo publicado sobre este tema, aunque éste podría ser de interés para cualquier aplicación
robótica de transporte automático.
3. Grupos objetivo
Para poder describir los objetivos tecnológicos de la investigación y su relación con los dispositivos de ayuda a la
movilidad es necesario identificar los requerimientos específicos (perfiles de usuario) y contextos de uso, los cuáles
se identifican a través de los escenarios físicos y las relaciones sociales.
3.1. Personas con capacidad de marcha
Se trata de aquellas personas con problemas de marcha y equilibrio relacionados con la edad y/o por otras causas,
como por ejemplo los efectos secundarios relativos a un cierto tratamiento farmacológico. En este caso el objetivo
específico de estudio es la ayuda en la prevención de caídas mediante la supervisión de la marcha a través de
sensores fijados en el cuerpo. Con respecto a los requerimientos técnicos, éstos estarán relacionados con la
tecnología necesaria para seguir su traza de movimiento en el contexto de uso de entornos no estructurados, en
especial en situaciones externas al hogar.
3.2. Personas con necesidad de ayuda en la marcha
Se considera en este segmento poblacional a las personas con comportamientos de marcha lenta o incierta, pero que
pese a ello pueden realizar desplazamientos independientes sujetos a una cierta ayuda. Las causas de la discapacidad
podrían ser enfermedades y patologías como Parkinson, parálisis cerebral, traumatismos craneales, esclerosis
múltiple, necesidad de reducción de peso sobre las piernas o problemas de equilibrio. El objetivo sobre este grupo de
usuarios es la atención a la marcha, mantener el equilibrio, seguridad y prevención de caídas. Las principales
dimensiones de usabilidad del conjunto serán: ergonómico, transportable, adaptable, condición óptima al usuario a
través de control automático. La red de sensores para la supervisión de caídas y el movimiento autónomo generado
por el andador eléctrico deberán trabajar conjuntamente para dar atención a este grupo.
3.3. Personas no andantes
En general, se considerarán en este grupo las personas que para mantenerse en pie necesitan de ayuda en sus piernas.
La causa de la discapacidad puede ser un accidente medular con conservación de la movilidad de los brazos
(accidente, esclerosis múltiple, piernas frágiles, problemas de equilibrio, accidentes vasculares). En este caso el
objetivo de atención es la locomoción autónoma de sillas de ruedas. Los requerimientos tecnológicos están
relacionados con el movimiento para el transporte de personas, la evasión de obstáculos y la gestión de trayectorias.
Las dimensiones de usabilidad son: ergonómica (asiento), transportable, adaptable, condición óptima de control
sobre el usuario.
Desde el punto de vista de la investigación aplicada, la coordinación de ayudas para estos subgrupos permite
contemplar globalmente el diseño de de tecnologías de ayuda a la movilidad de acuerdo a las necesidades de los
grupos de usuarios y a los contextos de uso: la marcha supervisada, la marcha ayudada y el transporte automático.
Además, esta coordinación permitirá el avance de los siguientes aspectos transversales comunes en dispositivos de
atención, sea cual fuera la tecnología específica incorporada: (1) conocimiento sobre estilo de vida, perfiles de
usuario y contextos de uso de tecnologías de atención y adaptables para el movimiento autónomo; (2) metodologías
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
para el diseño contextual interactivo y adaptativo de dispositivos y sistemas para personas con dependencias
funcionales que afectan su movilidad; (3) aspectos clave del diseño de soluciones tecnológicas, específicamente
relacionadas con la interacción entre el sistema y el usuario: (a) el grado de control del usuario sobre el sistema
(sobre el dispositivo y sobre la información recogida), (b) diseño de interficies adaptativas que incremente la
capacidad real y la percibida del usuario, (c) consecución de productos aceptables y atractivos para el usuario
(calidad de uso), (d) nuevas arquitecturas sobre la jerarquía de control y la distribución de procesos entre los
diversos agentes implicados (sensores/ actuadores/ personas/ entornos).
4. Primeras experiencias
Se han desarrollado unas primeras experiencias por parte del equipo multidisciplinar sobre dos líneas de
investigación.
4.1. KneeMeasurer
Trabajando sobre la red de sensores corporal basada en elementos hardware inteligentes se ha diseñado una primera
aplicación para la medida de ángulos de articulaciones, en particular para la articulación de la rodilla.
El prototipo desarrollado para la medida de ángulo de articulaciones, KneeMeasurer [22], consiste en dos nodos
sensores dotados con acelerómetros biaxiales cada uno. Los dos nodos sensores se encuentran situados en una
posición conocida entorno a la rodilla. Los acelerómetros disponen de dos salidas analógicas, una para cada eje, que
están directamente conectadas a un conversor analógico-digital. Las placas sensorias están conectadas por medio de
cables a una unidad de procesado que captura todas las medidas de los sensores, calcula los ángulos de la
articulación y envía esta información hacia una unidad de escritorio, portátil o PDA mediante comunicación
Bluetooth. La unidad de procesado ha sido desarrollada en nuestro laboratorio en base a una experiencia previa de
trabajo con nodos BSN desarrollados por el Imperial College London. En nuestro prototipo de nodo KneeMeasurer
la CPU es un dsPIC30F3012 de reducido consumo, basada en una arquitectura Harvard modificada, con una
longitud de instrucciones de 24 bits, un ancho de 16 bits en el caso de datos, hasta 30 MIPS de velocidad de
operaciones (entrada de reloj externo de 40 MHz, aunque se está trabajando a 14MHz) y con una capacidad de 24Kb
de memoria Flash. Las características analógicas incluyen convertidores A/D de 12 bits 200 Ksps para la captura de
señales. La elección de este tipo de CPU se debe principalmente a su capacidad para negociar de forma muy rápida
con instrucciones de procesado de señal.
Nuestro nodo EHI incluye en su versión final, de forma similar al nodo BSN del Imperial College, un transceptor de
baja potencia ZigBee para comunicar con un elemento externo a través de protocolo IEEE 802.15.4. Las razones
para utilizar una comunicación inalámbrica ZigBee son su baja potencia de consumo y su alto nivel de transferencia
de datos. Se han implementado dos módulos diferentes, uno primero que envía información mediante protocolo
ZigBEE a un ordenador de sobremesa, y un segundo módulo que utiliza comunicación Bluetooth puesto que la PDA
receptora no dispone por el momento de protocolo ZigBee de recepción.
Un factor determinante que está siendo tomado en consideración es la talla del prototipo. Uno de los objetivos a
cumplir es conseguir un sistema lo menos engorroso posible para el paciente que deba vestirlo. Por ello la
miniaturización de los componentes es una prioridad. En el prototipo actual, los nodos sensores construidos tienen
un tamaño de 30x30mm y la placa del microcontrolador es aproximadamente de idéntica medida.
4.2. Interficie humano-máquina de la silla de ruedas
Se ha comenzado a trabajar en aspectos de la interficie humano-máquina (HMI) del sistema de navegación
autónomo de la silla de ruedas robotizada. Se han desarrollado tres tipos de interficies adaptables genéricas para
cubrir diversos casos de dependencia motriz: (i) posibilidad de control con el brazo (pantalla táctil), (ii) control de
partes aisladas del cuerpo, por ejemplo un dedo, (botón de pulsación único), y (iii) capacidades de habla (interficie
de voz sin necesidad de control corporal). Estas interfícies han sido integradas con el sistema de navegación
autónomo, el cual es un sistema de movimiento depropósito universal capaz de dirigir el vehículo entre
localizaciones mientras evita colisiones con obstáculos detectados por los sensores. Utilizando la interficie, los niños
usuarios comandan la silla de ruedas a la vez que el sistema de navegación autónomo ejecuta un movimiento
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
liberando al usuario del control de bajo nivel del vehículo y asegurando un movimiento libre de colisiones (véase
Figura 2).
Las diferentes HMI han sido diseñadas de acuerdo a diversas restricciones de los usuarios potenciales: interficie por
voz, botón de pulsado e interficie táctil. Las experiencias y lecciones aprendidas junto con una explicación más
detallada del trabajo de investigación pueden ser consultadas en [23].
5. Conclusiones
Las líneas de trabajo en curso descritas conllevan la consecución de nuevos objetivos científicos en el área de la
supervisión y la evaluación del movimiento, ya sea éste generado por el usuario o bien por robots de ayuda (un
andador eléctrico o una silla de ruedas robotizada). En concreto, los objetivos individuales que se desearían
conseguir son:
Figura 2. Esta figura muestra dos niños usando la silla de ruedas robotizada con comandos de voz y una interficie
táctil.
Desarrollo de una novedosa estructura de control que pretende ser un paso decisivo hacia la implantación de una
acción autónoma de los agentes software inteligentes en la forma de elementos hardware (“elementos hardware
inteligentes” o EHI).
Desarrollo de métricas de evaluación de técnicas de movimiento basadas en parámetros cuantitativos y cualitativos
de los movimientos generados por los robots.
Evaluación de las tecnologías de movimiento sobre la base de la respuesta biológica de los usuarios. Se encuentra en
desarrollo un procedimiento para evaluar los sistemas de ayuda a la movilidad desde la perspectiva del usuario. En
particular, la observación sistemática de secuencias de uso debe permitir la evaluación de la calidad de la interacción
en dos de los aspectos críticos de los dispositivos bajo investigación: (1) la monitorización del movimiento del
usuario y (2) el movimiento generado por los dispositivos de ayuda al desplazamiento.
63

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Para conducir la investigación sobre estos objetivos, el consorcio crea una sinergia de miembros especialistas en
ciencias biomédicas e ingeniería de sistemas que poseen un conocimiento complementario de los sistemas y
herramientas que se usan para las evaluaciones. De una parte, una parte de los miembros disponen de experiencia en
redes de sensores y en la parte fisiológica de las ciencias biomédicas: evaluación de la interacción
persona/dispositivo y del comportamiento durante la ejecución de tareas complejas con interfícies computerizadas,
así como en el trabajo hospitalario con población mayor con problemas de dependencia. De otra parte, el consorcio
dispone de investigadores con experiencia en técnicas de movimiento para robots, en interacción humano-máquina y
en la parte física de las ciencias biomédicas (medida y análisis de parámetros orgánicos del usuario durante el
desarrollo de actividades).
Las primeras experiencias han sido desarrolladas de forma exitosa, en tanto que los dispositivos prototipo han sido
diseñados y construidos eficientemente, así como las interficies de usuario de las ayudas robóticas han sido tetadas
en aplicaciones reales.
Agradecimientos
Queremos agradecer a Cristóbal Raya, Jordi Parera y Marc Torrent del Laboratorio de Computación Ubicua
(LabCU) en la Universitat Politècnica de Catalunya su apoyo en el desarrollo del trabajo de ingeniería. De igual
modo a Luís Montesano de la Universidad Técnica de Lisboa, Portugal por su apoyo durante el proyecto. Agradecer
también a José M. Alcubierre y Hermes López de la Universidad de Zaragoza por su ayuda en el desarrollo de
ingeniería.
Al Colegio Público de Educación Especial Alborada, Zaragoza nuestro sincero agradecimiento por su apoyo y
especialmente a los educadores José Pegueiro, José Manuel Marcos y César Canalís agradecerles su ayuda,
comentarios y trabajo con los niños durante todo el desarrollo del proyecto.
Este trabajo ha sido financiado de forma parcial por la ayuda al proyecto ADA (DPI2006-15630-C02-01 y DPI2006­
15630-C02-02) del Ministerio de Educación y Ciencia español.
7. Bibliografía
[1] LEY 51/2003, de 2 de diciembre, de igualdad de oportunidades, no discriminación y accesibilidad universal de
las personas con discapacidad. BOE n. 289 de 3/12/2003, pp. 43187 – 43195.
[2] Rodríguez-Castedo, A. et al., Libro Blanco de la Dependencia, Publicaciones del IMSERSO, Diciembre 2004.
[3] Proyecto de Ley 121/000084 de Promoción de Autonomía Personal y Atención a las Personas en situación de
Dependencia, Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales. Aprobado por el Consejo de Ministros de 21 de abril de
2006.
[4] M. Weiser, “The Computer for the 21st Century”, Scientific American, Vol. 265, No. 9, 1991, pp 66-75.
[5] BSN 2005. International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks. April 12-13, 2005.
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Pervasive, 2005. Munich, Germany. May 2005, pp. 8-13.
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monitoring”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 51 (8), 2004, pp. 1434 – 1443.
[8] PerMis06. Performance Metrics for Intelligent Systems http://www.isd.mel.nist.gov/PerMIS_2006/CFP.htm
. [9] R. Téllez, and C. Angulo, “Evolving Cooperation of Simple Agents for the Control of an Autonomous Simple
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64

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
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[17] J. Minguez, and L. Montano. “Nearness Diagram (ND) Navigation: Collision Avoidance in Troublesome
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Disabled Children”, submitted to drt4all Conference, Madrid, Spain, 2007.
65

Abstract
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Diseño de un nuevo exoesqueleto para neurorehabilitación basado en
detección de intención
M. Bureau, G. Eizmendi, E. Olaiz, H. Zabaleta, J. Medina 2 , M. Perez
Fundación Fatronik, Centro de investigación tecnológica.
GIuttmann Institut para Neurorehabilitacion-UAB
En las sociedades industrializadas, la prevalencia de enfermedades neurológicas tales como accidentes cerebro
vasculares, lesiones medulares, daños cerebrales traumáticos está aumentando muy rápidamente. Aunque está
demostrado que la tecnología sirve de gran ayuda en procesos de rehabilitación y programas de neurorehabilitación,
la presencia de sistemas mecatrónicos en estas áreas sigue siendo muy pequeña.
Este artículo, propone un Nuevo diseño de un exoesqueleto para extremidades inferiores para la neurorehabilitación
de la marcha de personas con patologías neurológicas. Dado que los usuarios destinados a utilizar este tipo de
exoesqueleto tendrán una capacidad motora muy reducida, el control del sistema debe estar basado en la
intencionalidad de la persona. La detección de intención se basa en la monitorización de los ángulos de cadera y
rodilla. Este exoesqueleto también incorpora un sistema de monitorización de EMG para la detección de intención,
control y neurofeedback.
También se presentan resultados de los test realizados en pacientes con diferentes afecciones para ver las diferencias
de patrón de EMG respecto a pacientes sanos.
1. Introducción
En las sociedades industrializadas, la prevalencia de enfermedades neurológicas tales como accidentes cerebro
vasculares (ACV), lesiones medulares (LM), daños cerebrales traumáticos está aumentando muy rápidamente. La
vida es cada vez más estresante y los nuevos hábitos de vida son factores que están contribuyendo al envejecimiento
de la población. Por otra parte, las reformas introducidas en los protocolos de asistencia inmediata y gracias a las
nuevas técnicas de la medicina moderna, la tasa de supervivientes en accidentes también está aumentando muy
rápidamente. Como consecuencia directa, tal y como se puede observar en la Tabla 1, la prevalencia de LM se ha
visto duplicada:
Prevalencia Incidencia
Derrame cerebral 1690 220
Lesión medula 900 2.5
Daño cerebral
traumático 200 175-200
Tabla 1: Estadísticas en x casos por 100.000 habitantes. Datos obtenidos de la American DHSS.
66

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Las enfermedades neuromusculares causan dependiendo del grado de afectación una discapacidad motora. Esta
discapacidad adquirida puede acarrear graves problemas en la marcha incluso haciendo imposible el caminar. El
seguimiento de un programa de rehabilitación es crucial para recobrar parte de la movilidad perdida. La motivación
e intensidad son aspectos muy a tener en cuenta en esos programas de rehabilitación.
El objetivo de este trabajo es presentar el desarrollo del diseño de este exoesqueleto de extremidades inferiores para
neurorehabilitación basado en detección de intención para compensación de actividad funcional.
Hoy en día, la rehabilitación de la marcha y las extremidades inferiores se basan en fisioterapia manual y ejercicios
musculares específicos. El uso de terapia mediante robots mejora los procedimientos de rehabilitación actuales,
permitiendo así una rehabilitación de mayor calidad y aumentandotambién la motivación del paciente, quien se
sentirá más independiente de la disponibilidad de fisioterapeutas o de terapeutas ocupacionales, mejorando
repetitividad y motivación. Además, permite comenzar la rehabilitación con movimientos específicos.
En los últimos años se han abierto varias líneas de investigación de plataformas robóticas para la rehabilitación de la
marcha, pero pocas de ellas han tenido éxito, y ninguna de ellas es portable, lo cual limita mucho las posibilidades
de aplicación real en casos de rehabilitación funcional.
Fatronik está diseñando un exoesqueleto, una solución portable y transparente, que incite al usuario a interactuar con
él, para así evitar un mero movimiento pasivo e inducido de su extremidad. La portabilidad de la solución permitirá
desarrollar programas de rehabilitación en escenarios hasta ahora imposibles.
El exoesqueleto no tiene como objetivo pacientes de una patología concreta, si no pacientes que como consecuencia
de diferentes patologías tienen una discapacidad motora con problemas de coordinación muscular que impide el
control de equilibrio o que tiene problemas en movimientos básicos de la vida cotidiana. De todas maneras se ha
creído necesaria una estimación inicial del nivel de asistencia que el exoesqueleto va a poder dar para calcular las
necesidades mecánicas de la estructura y los motores. Como hipótesis inicial, se ha estimado una asistencia del 50%
en términos de par durante la marcha. Esta hipótesis deberá ser contrastada con test experimentales.
Este artículo presenta el primer año de desarrollo del exoesqueleto descrito. En primer lugar, se ha realizado un
análisis del estado del arte para posteriormente definir tanto el diseño mecánico como el diseño del controlador
necesario para la rehabilitación. El trabajo concluye con una comparativa de la relación entre EMG y fuerza
presentada en otros artículos entre sujetos con afecciones neurológicas y pacientes sanos.
2. Estado del arte
Hoy en día existen varios tipos de exoesqueletos aún en fase de desarrollo. Los proyectos más sonados son el Irbid
Assistive Leg (HAL), desarrollado por el Prof. Sankai en el Cybernics Laboratory de la Universidad de Tsukuba en
Japón [1] y el Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX), desarrollado por el Prof. Kazerooni en la
Universidad de Berkley en USA.
La órtesis activa HAL (Hybrid Assistive Limb) [1] es un sistema de ayuda a la marcha para personas con
discapacidad motora. Este dispositivo camina y soporta el peso de una fuente de alimentación autónoma, y ha sido
diseñada para ayudar a los músculos del usuario. El HAL utiliza un control basado en señales EMG junto con
información de la posición del sistema cuerpo-maquina. El sistema aporta una fuerza dependiendo de la situación de
cada instante. Para la calibración, se utiliza un modelo biomecánico de extremidades inferiores, de tal manera que se
puede estimar la viscoelasticidad de cada articulación para utilizar métodos de control de impedancias. El primer
prototipo de HAL únicamente disponía de dos grados de libertad actuadas por motores rotativos eléctricos;
extensión-flexión de la cadera y extensión-flexión de la rodilla. En su última versión, el exoesqueleto también es
capaz de actuar sobre la articulación del tobillo, proporcionando así la asistencia en la flexión y extensión dorsiplantar.
BLEEX es un exoequeleto que aumenta la capacidad motora de la persona. Es capaz de transportar su propio peso
más una carga externa de 34kg [2]. Dispone también de una fuente de alimentación autónoma, tiene una velocidad
de desplazamiento de 1,3m/s con carga máxima. El sistema de control está basado en las mediciones de presión en
la plataforma de apoyo dispuesta en cada pié, por lo que no existen mediciones directas de señales biológicas del
67

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
paciente ni de las zonas de contacto entre usuario y máquina [3]. En consecuencia, los problemas para adquirir la
actividad muscular desaparecen. Dispone de 7 grados de libertad actuados mediante cilindros hidráulicos: 3 en la
cadera, 1 en la rodilla y 3 en el tobillo
.
Otras líneas de investigación en torno a las órtesis activas son el RoboKnee, Lokomat y Lopes.
El RoboKnee es una órtesis de articulación de rodilla que trabaja paralelamente a la rodilla del usuario, pero no
transfiere los esfuerzos al suelo, sino al propio pie del usuario. El RoboKnee busca una máxima transparencia con el
usuario. Mediante los actuadores elásticos en serie se obtiene una muy baja impedancia. En este aparato, la intención
del usuario se calcula mediante las fuerzas de reacción en la suela y el ángulo de la rodilla [4].
El Lokomat y LOPES son también robots destinados a la rehabilitación de la marcha. El Lokoman es una órtesis
activa de cuatro grados de libertad [5] que propone un método de control adaptativo para minimizar las fuerzas de
interacción entre paciente y máquina con un patrón de seguimiento de trayectorias de la marcha parametrizable. Por
el contrario, LOPES busca ayudar al paciente en el seguimiento de dichas trayectorias que no es capaz de realizar y
utiliza un método de control de impedancias [6].
3. Desarrollo técnico
El desarrollo técnico se ha dividido en dos partes principales; el desarrollo mecánico y el desarrollo del sistema de
control y detección de intención.
El desarrollo mecánico se basa en un análisis biomecánico de la atropometría humana y de la marcha. Dado que
inevitablemente el exoesqueleto tiene que ajustarse al cuerpo humano, éste debe tener las medidas antropométricas
muy concretas y además ajustarse durante todo el ciclo de la marcha. El desarrollo mecánico incluye tanto el
desarrollo estructural del exoesqueleto como la selección de los actuadores que lo van a mover. Por ello, para
realizar cuanto antes las primeras pruebas, se ha construido un prototipo experimental.
El sistema de control del exoesqueleto incluye los algoritmos de detección de intención del usuario, así como los
árboles de decisión oportunos para asistir al usuario de manera adecuada durante el ciclo de la marcha mediante el
aporte de par en cada una de las articulaciones. La modularidad del sistema de control le permite ser robusto y
escalable. En el prototipo experimental, el sistema se ha testeado de un único grado de libertad. Basándonos en los
resultados se ha diseñado un sistema de control del futuro exoesqueleto completo.
4. Diseño mecánico
El desarrollo mecánico del exoesqueleto incluye dos partes: el diseño estructural y la selección de los actuadores. El
proceso de selección de los actuadores es una parte crucial del proyecto, ya que aunque las fuerzas presentes en las
articulaciones son muy grandes, por exigencias de estética y usabilidad, los actuadores deben ser pequeños y ligeros.
4.1. Diseño de los actuadores
Para determinar las articulaciones y el número de grados de libertad que va a disponer este exoesqueleto, se han
analizado las fuerzas presentes en cada una de las articulaciones en los movimientos más comunes de la vida
cotidiana: sentarse, levantarse, caminar, subir, y bajar escaleras.
En la siguiente figura (Figura 1) se muestran los patrones de ángulo y potencia de las articulaciones de cadera,
rodilla y tobillo en el plano sagital durante la marcha. Estos datos han sido obtenidos de experimentos normalizados
de la marcha [7]. Los experimentos han sido realizados con pacientes de una talla normal a una velocidad
normalizada. Aunque estos datos muestren resultados de pacientes concretos y los datos antropométricos difieran
entre diferentes países, nos da una aproximación bastante buena para obtener una estimación biomecánica de los
pares que tendremos que soportar en nuestro exoesqueleto.
68

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 1: Ángulo, par y potencia desarrollada en cadera, rodilla y tobillo en el plano sagital durante la marcha.
La potencia máxima de cada una de las articulaciones la podemos ver en la Tabla 2.
Los valores se han calculado considerando un paciente estándar de 75kg con un exoesqueleto de un peso estimado
de 30kg, siendo el paciente capaz de aportar el 50 % del par requerido.
Como se explica en [8] los pares más exigentes durante movimientos de la vida cotidiana están en el plano sagital.
Por ello, los grados de libertad en los que se van a actuar son tres: extensión-flexión de la cadera, extensión-flexión
de la rodilla, y flexión plantar y dorsal en el tobillo. En el prototipo experimental se ha actuado la rodilla mediante
un motor eléctrico y el tobillo mediante un resorte mecánico que lleva el pié a su posición natural durante la fase de
balanceo para evitar arrastrarlo.
69

Cadera
Rodilla
Tobillo
Marcha (W)
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Subir
escaleras (W)
Bajar escaler
(W)
Power
max (W)
Flexión 82,55 87,75 33,75
-
-
Extensión 42,32 0 114,75 87,75
Abducción 26,19
-
Adducción
Rotación
25,52
26,19
ext.
Rotación
4,93
int. -2,16
4,93
Flexión 67,37 195,75 13,5
-
Extensión
Varus
Valgus
Rotación
ext.
Rotación
int.
131,3 -20,25 -324 195,75
Dorsiflexión 165,0 195,75 67,5
Flexion - -
plantar 39,56 -13,5 249,75 195,75
Eversión 2,97
Inversión
Extensión
Flexión
-0,81
2,97
Tabla 2: Potencias máximas de cada una de las articulaciones en movimientos comunes de la vida cotidiana.
Las especificaciones de cada una de las articulaciones motorizadas se muestran en la Tabla 3, y han sido
seleccionadas para que sean las óptimas en cada caso.
CADERA
RODILLA
Ángulo Par Potencia Velocidad
(º) (Nm) (W) (rpm)
-10 /
75 72 87,75 25,78
3,2 /
100 101,25 195,75 45,83
Tabla 3: Ángulo, par potencia y velocidad de cada una de las articulaciones motorizadas.
El volumen, el peso y la estética de los actuadores también se ha tenido en cuenta en el proceso de diseño. Se han
tenido en cuenta tres posibles tipos de actuadores: cilindros hidráulicos, músculos neumáticos artificiales y motores
eléctricos.
La manera más simple de utilizar cilindros hidráulicos es disponiendo dichos cilindros de manera transversal al eje
del actuador. Dado que el paciente tiene que poder sentarse, los cilindros se deben poner de alguna otra disposición
70

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
con el aumento de peso y restricción de peso que ello conlleva. Para la alimentación de este tipo de actuadores se
necesita un tanque hidráulico (3 kg de peso), un sistema de bombeo (1 kg de peso) y una fuente de alimentación
eléctrica autónoma (baterías). El sistema necesita un circuito de presión a 100-150 bares, por lo que la seguridad
quedaría parcialmente mermada.
Debido a las especificaciones de las articulaciones (Tabla 3), el diámetro externo de los cilindros superaría los
30mm y como estos cilindros únicamente funcionan a compresión, serían necesarios dos cilindros para cada
articulación con su propia microválvula y un sensor de posición longitudinal adicional para cada articulación.
Sumando todos los elementos necesarios el peso estimado mínimo del sistema de actuación basado en cilindros
hidráulicos es de 20 kg. Esta alternativa se ha descartado, principalmente, el problema de ser un sistema demasiado
pesado.
La segunda opción barajada ha sido utilizar músculos artificiales con control neumático debido a su ligereza,
flexibilidad y capacidad de fuerza. El tamaño estimado del músculo para obtener las fuerzas necesarias es de unos
40mm de diámetro con un peso de 800g para cada uno, por lo que el peso asciende a 1600g por cada articulación
actuada. En cambio, son actuadores de un funcionamiento muy simple. La desventaja principal de utilizar este tipo
de actuador son los elementos adicionales que se necesitan para hacerlos actuar correctamente. El compresor que
aporta aire a presión al sistema pesaría entre 3 y 4 kilogramos, por lo que el sistema no cumple las exigencias de
ligereza y estética.
La tercera opción es utilizar motores eléctricos. Esta opción simplifica el diseño y mejora el aspecto estético de la
solución final. Otra ventaja importante es el volumen y peso del sistema, obviando el peso de las baterías. Además
esta solución no limita de ningún modo los recorridos de las articulaciones, para los cuales se han dispuesto, por
motivos de seguridad, topes mecánicos.
Los requerimientos de par en este tipo de actuadores ha sido difícil de resolver. Después de analizar soluciones
comerciales de servomotores con reductores de reducido tamaño y peso, no se ha encontrado ninguna solución que
aporte el par y la potencia necesarios. Finalmente, se ha diseñado una solución que incluye un motor de RoboDrive
(rotor y estator), con una reductora planetaria de Harmonic Drive, con el que sí se llegan a obtener los pares y
potencias requeridos. El conjunto diseñado se puede ver en la Figura 2.
El par, la potencia y la velocidad alcanzados por el conjunto, se puede ver en la Tabla 4.
Motor Gear
Figura 2: Conjunto de estator y rotor de RoboDrive junto con el redactor planetario de Harmonic Drive.
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Par
nominal
(Nm)
Par
máximo
(Nm)
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Velocidad
(rpm)
Potencia
(W)
Motor
85x13
Gear:
CSD 32 71,5 151 60 450
Tabla 4: Valores de par, velocidad y potencia alcanzados mediante el diseño actual.
La solución obtenida tiene un diámetro total de 113 mm, una longitud de 104.5mm y un peso de 2,8kg.
3.2. Características estructurales
Uno de los objetivos principales a la hora del diseño estructural es que el diseño sea ajustable y que, además, se
ajuste al mayor número de personas posible. Dependiendo del sexo, peso y edad del paciente la antropometría puede
cambiar considerablemente. El exoesqueleto se ha diseñado para abarcar a personas desde 1550 mm hasta 1850 mm.
El muslo es ajustable desde 380 mm hasta 470 mm y la pantorrilla desde 360 mm hasta 450 mm [9]. Otro aspecto a
tener en cuenta es la facilidad de uso y regulación del mismo. Para ello se han utilizado mariposas de ajuste rápido,
que permiten posicionar las medidas muy fácilmente.
En el diseño del exoesqueleto es también muy importante definir cuidadosamente el recorrido de cada una de las
articulaciones. El exoesqueleto debe ser capaz de moverse libremente en los rangos de todas las articulaciones
durante la marcha, los movimientos de sentarse y levantarse, subir y bajar escaleras; pero siempre sin alcanzar las
zonas prohibidas que podrían causar graves daños al paciente. Los rangos de movilidad de las articulaciones se
muestran en la Tabla 5.
La convención de la medida de los ángulos se ha hecho definiendo como cero la posición de erguido, siendo valores
positivos los de la dorsiflexión, la flexión de la rodilla y la flexión de la cadera; mientras que los valores negativos
son la flexión plantar, la extensión de la rodilla y la extensión de la cadera.
Ángulo (º)
CADERA 115/-12
RODILLA 0 / -115
Tabla 5: Rango de movilidad de las articulaciones motorizadas del exoesqueleto.
Es especialmente importante asegurar que la rodilla no exceda el ángulo cero donde la articulación puede luxar.
Aparte de topes mecánicos, estos topes están programados también mediante software.
En cuanto al confort del uso del exoesqueleto es importante que el usuario se sienta cómodo y con seguridad. Para
ello los elementos de contacto con el paciente los ha realizado el ortopeda especialista J. M. Vallecillo, utilizando
materiales y formas adecuadas que aseguren al máximo el confort del paciente, pero lo suficientemente rígidos
como para garantizar la correcta transmisión del movimiento al paciente.
Para validar el diseño estructural y asegurar si la estructura resistirá, se ha realizado un análisis por elementos
finitos. En todo momento se han tenido en cuenta las situaciones más desfavorables: los instantes de máximo par y
fuerza de reacción del suelo. Se ha incluido el modelo de un cuerpo humano para representar el sistema lo más
realista posible.
Las tensiones máximas se han localizado en el área entre el tobillo y pié. La tensión máxima calculada es de unos
60MPa, lo que está muy por debajo del límite de fluencia del acero con el que se ha diseñado la estructura (250
MPa). Con esto la resistencia de la estructura queda garantizada (Figura 3).
72

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Figura 3: Resultados del análisis mediante elementos finitos. La tensión máxima localizada entre el tobillo y el pié
(60 MPa).
4. Diseño de control
El objetivo del sistema de control es mover el exoesqueleto de tal manera que sea útil para la rehabilitación de
pacientes, mediante el re-aprendizaje de patrones neuromusculares.
Teniendo en cuenta que los pacientes que utilizarán este exoesqueleto no pueden realizar movimientos de la vida
cotidiana, ni movimientos de rehabilitación por sí solos, el exoesqueleto deberá mover las extremidades inferiores
sobre trayectorias predefinidas en el tiempo. Este exoesqueleto debería entenderse más como un asistente de
movimiento, que como un aumentador de fuerza.
El control se puede realizar basado en detección de intención del paciente, con árboles de decisión de de patrones de
reconocimiento modificados [10] y [11] dependiendo de la afección del paciente. En caso de discapacidad motora
severa, la detección de intención se realizaría de forma secundaria, pero siempre fomentando la interactuación del
paciente con el exoesqueleto.
La señal EMG del paciente se utiliza como complemento de la estrategia de control y detección de intención, por un
lado, y para neurofeedback durante la rehabilitación, por el otro.
El primero de los movimientos que se ha pensado asistir, lógicamente, es el movimiento de levantarse de una silla.
Pero en el futuro trabajo, se piensa en la asistencia de los movimientos más comunes de la vida cotidiana: marcha,
subir y bajar escaleras, y subir y bajar cuestas.
4.1 Señales EMG
Se ha monitorizado la señal mioeléctrica del paciente por tres razones principales: cálculo de fuerzas del paciente,
detección de intención y neurofeedback.
Se ha realizado una estimación de fuerza, tal y como se expone en [12], con una ventana móvil de 200 ms, para
determinar las principales diferencias y utilidad de la técnica en pacientes con afecciones neuronales. El test
realizado es muy simple. Sentado en una mesa, el paciente debe extender y flexionar la rodilla lo máximo posible
sin ningún tipo de ayuda externa y evitando el movimiento del tronco, ya que este movimiento puede contribuir a la
extensión de la rodilla. El equipo de adquisición de las señales electromiográficas es un electromiógrafo de Desliz,
con electrodos diferenciales 2.1 [15] de dos músculos; vasto lateral y bíceps femoral. Se ha adquirido también el
ángulo de la rodilla durante el test mediante goniometros del mismo fabricantes. Los datos se han tomado a una
frecuencia de 1 KHz, mediante una tarjeta de adquisición de datos DaqPad 6015 de Nacional Instruments [16].
El test se realizó en 10 pacientes sanos y 8 pacientes con diferentes patologías. Los test con pacientes con patologías
se han realizado en el Instituto Guttman de Neurorehabilitación en Badalona, mientras que los pacientes sanos han
73

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
realizado el test en Fatronik, San Sebastian. Los test se han realizado de acuerdo a un protocolo aprobado por el
comité ético local.
4.2 Modelo Rodilla-pantorrilla-pie
Para obtener el par de la rodilla partiendo del ángulo de la rodilla, se ha diseñado un modelo simplificado de dos
segmentos (pantorrilla y pié) tal y como se muestra en la Figura 4.
T K, θ
4.2 Resultados
Foot
Calf
Figura 4: Modelo de dos segmentos
La fórmula de dinámica inversa que modeliza dichas
fuerzas, nos da la información del par presente en la rodilla
durante el test.
TK = TR + g ⋅ ( mF ⋅ L F + m C ⋅ L C )⋅ sin ( θ )
+υ Kθ& + ⎜ ⎛ 2 1 2 ⎞
mF ⋅ LF + mC ⋅ LC ⎟ && θ
⎝ 3 ⎠
Siendo mF y LF la masa del pié y la longitud desde el eje de
la rodilla hasta el centro de gravedad del pie; mC and LC son
la masa de la pantorrilla y la longitud desde el eje de la
rodilla hasta el centro de gravedad de la pantorrilla y � es la
fricción media estimada 0.2 [Nms/rad][12].
En la Figura 5 se muestran los resultados de la relación entre fuerza y EMG de [12] un paciente sano. El error
medio obtenido ha sido de R=0.131 Nm/2.
V
Nm
5 x 10-4 Vastus lateralis
0 V
4 x 10-4 Biceps femoris
-5 -4
0 10 20 30 0 10 20 30
time [s] time [s]
Knee Joint Torque in sagital plane
20
10
0
-10
-20 0 5 10 15 20 25 30
2
0
-2
time [s]
Figura 5: Calibración entre EMG y fuerza en un paciente sano hombre de 38 años durante la extensión y flexión de
rodilla.
Para ver la efectividad de esta técnica de calibración entre EMG y fuerza, se ha realizado un estudio con 8 pacientes
con diferentes tipos de lesión medular. Los pacientes realizaron el test en el Instituto Guttman y Hospital de
Neurorehabilitación en Badalona. Los test se han realizado de acuerdo a un protocolo aprobado por el comité ético
local.
La Figura 6 muestra los resultados del test realizado en una paciente de 31 años de edad con una lesión medular
parcial a la altura de sacro. Los resultados muestran un error medio de R=0.453 Nm/s.
74

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Hip(º)
V
Nm
Hip Acc(º.s-2)
5
0
-5
0 10 20 30 40
10
5
0
200
150
100
ti
Standing Up motion detection
td
50
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
x 10 -4
4
2
0
Vastus lateralis
V
-1
0 10 20 30 40
-2
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5
time (s)
1
0.5
0
-0.5
Biceps femoris
time [s] time [s]
Knee Joint Torque in sagital plane
-5
0 5 10 15 20
time [s]
25 30 35 40
Figura 6: Calibración entre EMG y fuerza en una paciente de 31 años, mujer con una lesión medular parcial a la
altura del sacro.
4.3 Detección de intención
La detección de la intención del acto de levantarse de una silla es el primer paso antes de construir una trayectoria y
proceder al control de los motores, para que la sigan.
Al comienzo de la acción se flexiona la cadera, de tal manera que el centro de gravedad se adelanta y aumenta la
cinética de nuestro cuerpo para, posteriormente, activar los músculos extensores de la rodilla y completar el
movimiento. El punto de máxima flexión de la cadera (Figura 7) se determina como punto inicial del movimiento
para generar la trayectoria de la rodilla. Además, la velocidad de la flexión de la cadera ha demostrado ser
proporcional a la velocidad global del movimiento.
Figura 7.: Detección de intención de la acción de levantarse.
La trayectoria se ha modelizado mediante un polinomio de grado siete.
f ( )
n
x = ∑a ix i
Las constantes ai del polinomio se han escogido ajustando la curva a la curva normalizada de la misma acción de
pacientes sanos. En caso de que el paciente sea capaz de ejecutar este movimiento, las constantes podrían ajustarse
para cada paciente.
i=0
te
75

5. Conclusiones y trabajo futuro
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Este exoesqueleto busca mejorar la rehabilitación funcional en pacientes con una discapacidad motora y funcional
similar, no para pacientes con una patología en concreto. La mayoría de los usuarios potenciales no son capaces de
mantener el equilibrio, por lo que los circuitos en los que se realiza la rehabilitación, deberán ser cerrados y con
sistemas de ayuda del equilibrio (barras paralelas, agarres, etc.).
Por eso, se hará una caracterización de los pacientes potenciales que utilizarán este exoesqueleto. Esta
caracterización se va a realizar en el Instituto Guttmann.
En cuanto a la detección de intención, no es posible definir una única estrategia de actuación, ya que la discapacidad
de estos pacientes es muy dispar. Por eso es necesario definir grupos con necesidades comunes para definir árboles
de decisión que funcionaran para todos ellos.
Como se ha dicho, el exoesqueleto se ha diseñado para ayudar un 50% al paciente. Esta estimación inicial tiene que
validarse con test experimentales. De todas maneras, el criterio utilizado para la selección de los actuadores da
resultados que abarcan hasta un 60% de discapacidad.
En estos momentos, aún quedan partes del exoesqueleto que están siendo desarrollados. En el aspecto mecánico, es
necesario validar experimentalmente el confort del exoesqueleto, la adaptabilidad del sistema y el efecto estético que
produce en los pacientes.
El diseño del sistema de control y los algoritmos de control se han extrapolado para cuatro motores, mientras que los
patrones de seguimiento tienen que verificarse experimentalmente.
6. Agradecimientos
Los autores quieren agradecer la colaboración de Juan Manuel Vallecillo. Un agradecimiento especial a los
pacientes del Institut Guttman de Badalona que muy amablemente accedieron a colaborar en nuestro proyecto.
7. Referencias
[1] H. Kawamoto, Y. Sankai, “Comfortable Power Assist Control Method for Walking Aid by HAL-3”, IEEE Int.
Conf. On Robotics and Automation, October 2002, 6 pp Vol 4.
[2] D. P. Ferris, G. S. Sawicki, A. R. Domingo, “Powered Lower Limb Orthoses for Gait Rehabilitation”, Thomas
Land Publishers, 2005, pp. 34-49.
[3] H. Kazerooni, J. L. Racine, L. Huang, R. Steger, “On the Control of the Berkeley Lower Extremity Exoskeleton
(BLEEX)”, IEEE International Conference on Robotics and Automation, April 2005.
[4] J. E. Pratt, B. T. Krupp, C. J. Morse, S. H. Collins, „The RoboKnee: An Exoskeleton for Enhancing Strength
and Endurance During Walking“, IEEE International Conference on Robotics and Automation, April 2004.
[5] S. Jezernik, A. Pfister, H. Frueh, G. Colombo, M. Morari, „Robotic orthosis Lokomat: its use in the
rehabilitation of locomotion and in the development of the biology-based neural controller“, Conference of the
International Functional Electrical Stimulation Society, June 2002.
[6] R. Ekkelenkamp, J. Veneman, H. Van der Kooij, „LOPES: Selective control of gait functions during the gait
rehabilitation of CVA patients“, International Conference on Rehabilitation Robotics, June-July 2005.
[7] J. Linskell, CGA Normative Gait Database, Limb Fitting Centre, Dundee, Scotland, Young Adult. Available:
http://guardian.curtin.edu.au/cga.data/
[8] Dejan B. Popović, T. Sinkjær, “Control of Movement for the physically disabled”, Aalborg Univerity, 2003.
[9] D. B. Chaffin, G. B. J. Anderson, “Occupational biomechanics”, John Wiley & Sons, 1991, pp. 80.
76

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[10] S. E. Hussein, M. H. Granat, „Intention detection using a neuro-fuzzy EMG classifier”, Engineering in
Medicine and Biology Magazine, IEEE, November 2002.
[11] R. Kamnik, T. Bajd, „Robot Assistive Device for Augmenting Standing-Up Capabilities in Impaired People”,
Intl. Conference on Intelligent Robots and Systems, IEEE, October 2003.
[12] C. Fleischer, K. Kondak, C. Reinicke, and G. Hommel, .Online calibration of the emg force relationship,. in
Proceedings of the IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, 2004, pp. 1305.1310.
[15] DelSys, Inc., http://www.delsys.com.
[16] National Instruments Corporation, http://www.ni.com
77

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Evaluación funcional de Robot Portable de Ayuda a Personas Discapacitadas,
ASIBOT.
A. I. de la Peña González, A. M. Gil Agudo
Unidad de Biomecánica y Ayudas Técnicas del Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo
A. Jardón Huete
Resumen
Roboticslab Universidad Carlos III de Madrid
El auge actual de la tecnología y las expectativas que pone en ella la población en general favorecen la creación y
aceptación de nuevos productos. El concepto de usabilidad abarca aspectos de la utilización de un producto
íntimamente relacionados con el grado de satisfacción del usuario. Los diseños realizados bajo estos planteamientos
deben ser bien acogidos en el mercado. Se presenta una experiencia para valorar la usabilidad del prototipo de un
robot de asistencia al gran discapacitado en el proyecto ASIBOT de la Universidad Carlos III de Madrid en
colaboración con el Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. Tras la identificación de los usuarios y los
escenarios reales en los que se realizaran las pruebas, se diseñó una herramienta para recoger de forma estructurada
esa valoración y trasladar posteriormente los resultados para sugerir mejoras en el diseño de un nuevo prototipo.
Introducción
En el ámbito de la discapacidad las expectativas creadas en el desarrollo de nuevas tecnologías son aún mayores que
en la sociedad en general, el usuario confía y espera poder suplir su discapacidad con alternativas derivadas del
desarrollo de ayudas técnicas diseñadas y adaptadas a sus necesidades.
En el mundo de la discapacidad se están introduciendo continuamente productos que interactúan con el usuario, en
mayor o menor grado, para cubrir sus necesidades de la vida diaria. Resulta apropiado además de realizar una
valoración técnica de estos productos implementar una valoración funcional diseñada por expertos y llevada a la
práctica por los propios usuarios [1, 2, 3].
El concepto de usabilidad esta íntimamente relacionado con el grado de satisfacción que el usuario tiene con el
producto. Su objetivo es conocer y mejorar la medida en la que un producto y/o entorno puede ser usado por los
usuarios para conseguir objetivos específicos con efectividad, eficiencia y satisfacción en un contexto de uso
determinado [4]. Durante el proceso de diseño se dan numerosas actividades que no tienen que ver estrictamente con
la usabilidad, pero es importante que participe algún especialista para comprobar que los criterios son tenidos en
cuenta e incorporados al producto. No es suficiente realizar esta labor en fases posteriores, ya que cuanto antes se
incorporen los aspectos funcionales y ergonómicos, el proceso será más rápido, eficaz y barato.
Las Ayudas Técnicas son utensilios, dispositivos, aparatos o adaptaciones que se utilizan para suplir funciones o
ayudar en las limitaciones funcionales de las personas con discapacidad.
Como cualquier producto que empleamos habitualmente, las ayudas técnicas han de satisfacer la expectativas del
usuario con respecto a las funciones que se espera puedan realizar. En el caso de productos diseñados y destinados
para el ámbito de las personas con discapacidad, es lógico pensar que este requisito cobra aún más valor si pensamos
que las funciones que debe suplir son generalmente básicas para la autonomía personal.
78

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
La valoración habitual de un producto siempre considera el análisis de las funciones previstas. Así, por ejemplo,
existen numerosos procedimientos de ensayo y/o estándares de valoración que determinan en qué medida un
producto cumple las funciones relacionadas con normas técnicas de calidad, que valoran cuestiones como la
dureza, la resistencia, la durabilidad o la seguridad. Son cuestiones centradas en las características propias de la
ayuda técnica o a lo sumo en la relación mecánica que el usuario mantiene con el producto. Este tipo de
consideraciones suelen formar parte del proceso previo a la implantación de las Tecnologías de la Información y la
Comunicación en el mercado.
Por otro lado la satisfacción de los usuarios con respecto a la tecnología, además de cumplir las expectativas de los
recursos tecnológicos está condicionada por la percepción emocional provocada por estos en los usuarios.
Esta parte del diseño e implantación de un recurso es obviada con frecuencia y, aunque el mercado empieza a ser
consciente de la gran importancia que tiene el hecho de incorporar estrategias que incluyan al usuario final, no
siempre se aplican estas técnicas o en todo caso es cuestionable la forma de llevarlas a cabo [5,6].
En el presente artículo se presenta una experiencia propia en la evaluación de la usabilidad de un prototipo de robot
de asistencia personal denominado ASIBOT, involucrando directamente a los usuarios. Este estudio forma parte del
proyecto de desarrollo de nuevas tecnologías robóticas destinadas al beneficio de los discapacitados denominado
ASIBOT. La investigación se llevó a cabo en el marco del Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. Este
centro está especializado en el tratamiento integral de la persona con Lesión Medular Espinal, afectación física con
derivación de carga psíquica que provoca un alto grado de discapacidad. El estudio realizado se centró en la
planificación de la experimentación con pacientes vinculados con este Centro.
El proyecto denominado ASIBOT, “Desarrollo y experimentación de un robot personal portable de ayuda a personas
discapacitadas y mayores en actividades de la vida diaria”, fue aprobado por el IMSERSO en su línea de
investigación científica de desarrollo e innovación de Tecnología de apoyo a las personas con discapacidad y
personas mayores en el año 2005. La entidad coordinadora y que además es la responsable del desarrollo del robot
es Roboticslab, del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Carlos III de Madrid y
como entidad participante figura la Fundación Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo para la Investigación y
la Integración (FUHNPAIN).
2. Objetivo
Teniendo en cuenta que es necesario establecer un vínculo entre la opinión del usuario basada en sus necesidades y
el desarrollo del producto, pretendemos trasladar a un centro de I+D+I la opinión representativa de los usuarios de
forma estructurada para influir en la mejora de un producto ya existentes o generar criterios de diseño adecuados
para nuevos productos.
El objetivo del estudio fue experimentar y valorar el robot ASIBOT sobre una muestra de pacientes lesionados
medulares en un entorno intrahospitalario, simulando un ambiente cotidiano para determinadas actividades de la
vida diaria básicas. De la experimentación se deberían recoger de forma estructurada las impresiones del uso del
robot y generar nuevas ideas u opiniones de los usuarios no contempladas a priori en el proyecto, con el fin de
servir de base para mejorar el diseño de un nuevo prototipo.
3. Material y Método
Dentro del plan de trabajo del proyecto inicial de desarrollo del robot ASIBOT, una etapa fundamental fue el
desarrollo de un formato de ensayos. Nuestra intervención estuvo centrada en esta actuación.
La metodología de nuestro trabajo se basó en la recogida de información de forma estructurada de la interacción de
los usuarios seleccionados con el robot. Para ello se elaboró un plan de ensayos en el que se concretaron los distintos
escenarios y tareas a desarrollar. En los días de las pruebas se contó con la presencia de los usuarios y de personal de
las dos entidades implicadas en el estudio. Se recogió información de cada uno de los usuarios que interactuaron con
la ayuda técnica y posteriormente se llevó a cabo un análisis de dicha información. Para finalizar se elaboraron unas
conclusión finales derivadas de las respuestas recogidas.
79

3.1. Descripción de los usuarios
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
En cuanto a la población diana, el estudio se dirigió a personas con Lesión Medular Espinal con más de un año
desde que se produjo la lesión. De este modo, no se consideraban aquellos casos con lesión aguda. Se trataba de
identificar usuarios que tras superar la fase inicial hubieran experimentado estancias habituales en sus domicilios,
dando lugar a la percepción de las principales dificultades con las que se encuentran en su vida diaria. De este modo
serían capaces de valorar de forma más objetiva la funcionalidad de la ayuda técnica al encontrarse diariamente con
numerosos problemas de dependencia.
El robot estaba diseñado para asistir a la persona con gran discapacidad. Por ello, se eligieron personas con
afectación a nivel cervical desde el nivel neurológico C4 hasta C8, por las consecuentes limitaciones a nivel de
miembros superiores y la posibilidad de realizar sin problemas de capacidad vital las distintas pruebas.
Los criterios de exclusión fueron: epilepsia, retraso mental, deficiencia visual no corregida o afectación psiquiátrica.
Con estos criterios la población analizada en la prueba definitiva fue de cinco usuarios.
3.2. El robot de asistencia personal ASIBOT
El sistema robótico denominado ASIBOT, diseñado por el equipo del Departamento de Ingeniera de Sistemas y
Automática de la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid, supone un avance
significativo en el campo de los robots de servicio, ya que incorpora todos lo sistemas electrónicos de
accionamiento, control y comunicaciones a bordo del robot, lo que supone el primer robot manipulador escalador
portable. Es decir, no solo puede ser portado de un entorno a otro con facilidad sino que desplazándose entre
distintos conectores se puede desplazar por sí mismo. La única conexión física del robot es la alimentación a 24 V
DC, que le es suministrada a través de los conectores situados habitualmente en la pared y que utiliza para
desplazarse. El sistema de control que se facilita al usuario está basado en una interfaz multimodal que funciona en
base a un PDA, y proporciona un sistema de teleoperación asistido. En la Fig. 1. se muestra el robot ASIBOT
sosteniendo una cuchara adaptada que usa para coger comida de una bandeja especial. Así el robot acerca la cuchara
cerca de la boca del usuario y este con la movilidad residual del cuello puede introducirse la comida en la boca.
Fig.1. Imagen del robot asistiendo a un usuario.
El ASIBOT tiene un diseño modular capaz funcionar en diversos entornos con un elevado rango de autonomía y
movilidad, al ser capaz de desplazarse por las paredes, muebles u otras superficies con precisión y de manera fiable
a través de conectores situados en el recorrido de desplazamiento del brazo robótico. Esta modularidad le permite
readaptarse a las demandas funcionales resultantes y a las variaciones en la condiciones del paciente [15], [16].
Además de la movilidad entre conectores, al estar anclado a un solo punto le permite manipular herramientas
acopladas a su extremo libre, dotadas de actuadores bajo el control del sistema y/o del propio usuario. Esta
actividad es relevante para personas con afectaciones motóricas en los miembros superiores ya que permite acercar
objetos, coger y mover utensilios para las actividades de la vida diaria hasta un plano de trabajo próximo al usuario.
De esta forma la seguridad no se ve comprometida al recaer en la voluntad de la persona los movimientos finales
necesarios para contactar con el robot o utensilios que maneja.
80

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
En definitiva se ha logrado integrar en un diseño innovador de funcionalidades de robot escaladores y brazos
manipuladores con un propósito asistencial para personas discapacitadas.
3.3. Metodología de recogida de información
Para elaborar el diseño de la investigación se realizó la correspondiente revisión bibliográfica y se valoraron varios
test relacionados con el desarrollo de metodología para evaluar la satisfacción del usuario de dispositivos de ayuda
al discapacitado [7, 8]. En el planteamiento del diseño se incorporó el concepto de usabilidad, íntimamente
relacionado con el grado de satisfacción de un producto.
Se decidió que la técnica o herramienta empleada para realizar la evaluación del producto, debería proporcionar
información acerca de la opinión de los usuarios representativos de forma individual mediante intervenciones
consecutivas de varios de ellos. Estos usuarios serían beneficiarios directos de la ayuda y la recogida de la
información sería ejecutada de forma presencial [9,10,11].
Finalmente de entre todas las técnicas revisadas que hacen posible la participación del usuario y ante la inexistencia
de un sistema adecuado a nuestras necesidades para evaluar la satisfacción de los usuarios, se tomó como base
para el diseño la intervención a través de las siguientes técnicas: “Pruebas de usabilidad” apoyadas en la “Creación
de escenarios” y aplicando criterios de valoración definidos en el denominado “Test K.I.U.” [4].
Los objetivos principales de estas técnicas hacen referencia a conocer problemas importantes y frecuentes, detectar
fallos, necesidades o requisitos, generar criterios de diseño y requerimientos del usuario final así como la valoración
global de la usabilidad (detectar carencias, posibles causas y proponer soluciones) del producto, que nos permitirá
plantearnos qué aspectos son necesarios modificar en el nuevo diseño. Las principales carencias de usabilidad hacen
referencia a criterios de facilidad de aprendizaje de uso, utilidad y funcionalidad, facilidad de uso y satisfacción en
el uso. [12,13,14]
Incorporamos estas técnicas al diseño de un cuestionario propio elaborado por el personal de la Unidad de I+D+I
de Biomecánica y Ayudas Técnicas del Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. Previamente, mediante un
estudio piloto se aseguró la validez de los datos y comprensión de las preguntas. Se analizaron la adecuación de las
preguntas a los objetivos y se comprobó que el tiempo de duración total del test no fuera superior a los 30 minutos
con el fin de evitar fatiga y distracción. Se evitaron preguntas que provocaran estímulos negativos en el usuario y se
incluyeron explicaciones para completar el cuestionario. El usuario debería contestar de forma rápida y sin
detenerse demasiado tiempo en reflexionar cada una de las respuestas. Los cuestionarios fueron anónimos, en caso
necesario contaron con la ayuda del personal sanitario de la Unidad de Biomecánica para rellenarlo. No se recogió
ningún dato personal que identificará a cada paciente a excepción del nivel de lesión medular. Este dato podría ser
interesante para identificar las capacidades residuales del paciente y relacionarlas con las respuestas.
El cuestionario de los ensayos propiamente dicho constaba de tres partes: Una primera parte de preguntas cerradas,
con respuestas graduadas en una escala satisfacción aditiva de Likert graduada en 5 puntos (de +2 a -2) y centrada
en la valoración de las funciones o actividades propuestas a realizar por el robot durante los ensayos. La segunda
parte consistió en preguntas con el formato anterior centradas en la valoración de las características del robot. En la
tercera parte del cuestionario se formulaban cuatro preguntas abiertas sobre el uso, la utilidad y las necesidades
asistenciales de cada individuo. Finalmente se valoró de forma general la ayuda técnica a través de dos preguntas
concretas con respuestas en un formato de escala ordinal.
El marco de desarrollo estuvo ubicado en un contexto hospitalario llevado a cabo en un entorno adecuado para
valorar el desarrollar las actividades que fueron objeto de estudio. Para ello se contó con las instalaciones de la
Unidad de Terapia Ocupacional del Hospital que simulan en parte un entorno cotidiano de hogar.
Desarrollo de la Experimentación
El equipo de trabajo constituido por personal de los dos centros colaboradores, creyó oportuno la realización de una
prueba piloto previa a los ensayos en escenarios reales con el objeto de valorar formas distintas de interactuar con
la interfase robot-usuario implementadas en una PDA donde en forma de grandes botones visuales-táctiles se
mostraban seis opciones distintas de elección de respuesta o función a realizar por el robot (por ejemplo comer,
81

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beber, etc...). Se ofrecían los siguientes modos de selección ordenados de mayor a menores requerimientos de
movilidad para accionarlos:
- Táctil, mediante contacto del usuario o con un lápiz.
- Joystick, para selección de opción con botón para validar.
- Reconocimiento de voz, distintas opciones de activación y selección por voz.
- Secuencia de encendido (barrido de opciones y diferentes selecciones de opción
elegida).
En dicha prueba piloto se elaboró un cuestionario de características similares al propuesto para valorar el uso del
robot en cuanto a la forma de graduación de la respuesta a las preguntas formuladas. Se interrogó sobre la facilidad
de uso, lo práctico, la adecuación a sus capacidades de cada una de las interfases y la capacidad de manejarlas sin
ningún tipo de ayuda. Finalmente en dos preguntas abiertas se animó a los usuarios a exponer cualquier tipo de
sugerencia o idea para un control más sencillo. Durante esta jornada se mostró un video demostrativo del prototipo
realizando una variedad de actuaciones de ayuda al usuario discapacitado.
Fig. 2. Detalle de las pantallas del HMI basada en PDA y dispositivos para garantizar la accesibilidad.
Se aprovechó la presencia de los usuarios elegidos para recoger su opinión a priori sobre las situaciones, actividades
o tareas en las que el usuario piensa que podría beneficiarse de la ayuda del robot. Así mismo, se recopilaron, por
orden de importancia, las principales actividades dependientes de otra persona más ingratas para cada usuario. De
esta manera, se intentaría aproximar a las demandas de los usuarios y dentro de las posibilidades de actuación del
robot los escenarios más adecuados para realizar los ensayos presénciales con el robot. Posteriormente y
dependiendo de cada escenario, se seleccionan de entre las funciones posibles las más adecuadas para los ensayos.
4.- Resultados
Los resultados de la experimentación se presentan en relación con el momento en el que se llevaron a cabo.
4.1 Primera jornada: Prueba piloto: Valoración de Interfases y primera toma de contacto con el robot.
Tras la recogida de datos de la primera sesión presencial en la cual se contó con la presencia de seis usuarios que
cumplían los criterios inclusión, se extrajo información relevante mediante preguntas formuladas en un cuestionario,
para posteriormente orientar la realización de los ensayos reales con el robot hacia las actividades más
demandadas.
En una primera pregunta de aproximación a las principales demandas de independencia, los usuarios pudieron
exponer las actividades más ingratas y en las que les gustaría no depender de otra persona sin contemplar la
posibilidad de que pudiera o no realizarlas el robot. El vestido y el aseo, en este orden, fueron mencionadas por la
mayoría de los usuarios.
Se les solicitó que priorizaran entre cuatro escenarios o situaciones propuestas por nosotros en las cuales el uso del
robot podría resultarles más útil. Los resultados según orden de importancia fueron los siguientes:
82

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
1º En el aseo diario (peinado, lavado de cara y manos , higiene bucal , peinado del cabello, afeitado o maquillaje).
2º Acostado en la cama (acercar objetos, ...)
3º En la silla de ruedas (comer, beber, acercar objetos, ...)
4º En la cocina (abrir puertas de armario, desplazar utensilios, ...)
Los resultados indicaron el aseo como el más apropiado para la realización de los ensayos propiamente dichos con el
robot. Este fue el argumento que justificó que la evaluación se llevara a cabo en el Escenario Aseo. La valoración de
los recursos disponibles para las pruebas también apuntó hacia la elección del escenario del aseo frente al lavabo
por la posibilidad de valorar un mayor numero de funciones de la vida diaria básicas. Las funciones propuesta en
este escenario fueron cuatro: beber, cepillarse los dientes y lavarse la cara.
En cuanto a los resultados tras la evaluación de las diferentes interfases propuestas se extrajeron las siguientes
conclusiones de las respuestas de los seis usuarios:
A excepción de una persona, todos manifestaron ser capaces de MANEJAR SOLOS las diferentes interfases
propuestas: reconocimiento de voz (con distintas opciones), Joystick, Táctil y Secuencia de encendido con pulsador
de selección.
En cuanto a la FACILIDAD DE USO la mejor valorada fue la opción Táctil seguida del reconocimiento de voz, el
Joystick y por último la Secuencia de encendido.
La interfase más PRÁCTICA resulto ser la Táctil, después la Voz y la Táctil en igualdad de resultados y por último
la Secuencia de Encendido.
Las interfases basadas en reconocimiento de VOZ y JOYSTICK fueron como las mejores valoradas en lo que
respecta a la ADECUACIÓN de la interfase a sus CAPACIDADES DE MOVIMIENTO.
4.2 Segunda jornada. Ensayo definitivo: Manejo del robot en el escenario del Aseo.
Se contó con la presencia de cuatro usuarios de los seis que estuvieron presentes en la anterior jornada más un
nuevo usuario, que aunque no estuvo en la prueba piloto, también cumplía los criterios de inclusión. Todos eran
varones. Se evaluaron las funciones de beber, cepillar los dientes y lavar la cara.
Para cada una de las funciones se realizaron varias afirmaciones a las que se debía asignar una puntación de
respuesta graduada según escala Likert de valoración de la Satisfacción con valores graduados desde –2 a +2,
donde +2 es completamente satisfecho, +1 satisfecho, 0 indeciso, -1 insatisfecho, -2 completamente insatisfecho.
Los resultados globales en cada una de tres funciones fueron los siguientes:
- en la función de BEBER se obtuvo una puntuación media de 0,75. Una puntuación de 1 indicaría satisfecho y el 0
significaría indeciso por lo que el uso del robot para esta función se definió como CORRECTO. Una de los usuarios
no contestó en esta función
- en la función de CEPILLARSE LOS DIENTES se obtuvo una puntuación media de 0,46. Una puntuación de 1
indicaría satisfecho y el 0 significaría indeciso por lo que el uso del robot para esta función se definió como
CORRECTO.
- en la función de LAVAR LA CARA se obtuvo una puntuación media de -0,86. Una puntuación de -1 indicaría
insatisfecho y el 0 significaría indeciso por lo que el uso del robot para esta función se definió como MEJORABLE.
Tres usuarios no respondieron en esta función.
83

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
De estos resultados se puede extraer las siguientes conclusiones: los usuarios consideraron el uso del robot para las
funciones de beber y cepillado de los dientes como adecuado a estas tareas, sin embargo, no opinaron lo mismo
para la tarea de lavarse la cara donde el desempeño del robot debía ser mejorable.
Fig. 3. Baño previo a la adaptación y adaptado.
Fig. 4. Personal del HNPT evaluando los ensayos.
Respecto a la valoración general del robot tras el uso se formularon dos cuestiones: una relativa a independencia
que le proporcionaría el robot y la siguiente en relación a la sustitución de su cuidador por el robot liberando a la
persona por lo tanto de la carga de trabajo. Cuatro usuarios contestaron a esta pregunta. Las puntuaciones medias a
estas afirmaciones fueron las siguientes:
Conseguiría más independencia en su vida diaria: 4,5 de media sobre 10
Sería interesante liberar a su cuidador o familiar en esas tareas de asistencia: 5,75 sobre 10.
Cabe destacar la respuesta de un paciente que puntuó cero en los dos ítems, ya que su nivel de lesión era más bajo
y al tener una movilidad aceptable en sus miembros superiores le resultaría más efectivo realizar la función por sí
mismo que con la ayuda del robot. Esta circunstancia provocó que las puntuaciones medias se vieran
considerablemente afectadas por lo que se propuso una nueva medida de centralización para resumir la
información, el uso de la mediana. En cada ítem la mediana seria 5,5 y 7 respectivamente para cada pregunta. La
puntuación es superior a 5 lo cual podría indicarnos un resultado positivo en la valoración general.
Las características del robot también fueron evaluadas por los usuarios reflejando su opinión a través de la misma
escala gradual de satisfacción de valores desde –2 a +2. Los mejores resultados fueron para la sencillez de
manejo, la velocidad de funcionamiento y la funcionalidad multiuso.
84

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Se recogieron cambios propuestos por parte de los usuarios para que fuera más útil el robot. Las sugerencias más
citadas fueron: tamaño más reducido, más facilidad en la movilidad del robot, más facilidad en el reconocimiento de
la voz del usuario, la posibilidad de incluir más tareas , añadir otros dispositivos terminales y más seguridad a la
hora de detener el funcionamiento del robot.
Otras tareas propuestas por los usuarios en las que podría resultar de utilidad este robot fueron: limpiar la casa,
cocinar, tapar o destapar la cama, doblar sabanas, vestir, afeitar, tareas de precisión, peinado, cortar uñas, coger
vasos, abrir ventanas, abrir puertas.
Se volvió a preguntar priorizando las actividades más ingratas en las que les gustaría no depender de otra persona
sin contemplar la posibilidad de que pudiera o no realizarlas el robot. Destacó el aseo personal sobre
movilizaciones, vestido y tareas de agarre de objeto o alcance.
5.- Conclusión
Tras la experimentación presentada en este trabajo podemos concluir que dentro del mundo de la Tecnología de la
Rehabilitación, es preciso introducir elementos de participación de los usuarios en el proceso de I+D+I para orientar
el objetivo de la investigación hacia necesidades concretas herramientas y dotar los productos resultantes de una
mayor usabilidad. La herramienta aquí planteada ha mostrado su eficacia a la hora de recoger de forma
sistematizada y estructurada la opinión de un colectivo de usuarios en torno al prototipo de un robot y a introducir
sugerencias de mejora basadas en demandas reales.
6.- References
[1] A. Harris, L.L. Pinnington y C. D. Ward, “Evaluating the inpact of Mobility-Related Assistive Technology on
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7. Derechos de autor
El autor o los autores de los artículos presentados como soporte documental para sus intervenciones en el Congreso,
en el mismo acto de enviarlos para su aprobación, aceptan la cesión de los derechos de autor sobre los mismos para
su publicación en el libro de actas del Congreso.
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Resumen
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Experiencias docentes en telerrobótica asistencial
Pere Ponsa, Marta Díaz, Andreu Català
4all-L@b-Centro de Estudios Tecnológicos para la Dependencia
Universitat Politécnica de Catalunya
Atendiendo a la necesidad de desarrollar actividades de docencia, investigación y transferencia tecnológica en el
ámbito de la telerrobótica asistencial, este trabajo muestra como primer estudio las experiencias docentes sobre esta
temática en dos asignaturas de estudios universitarios de la Universitat Politécnica de Catalunya. A partir de las
asignaturas se promueve la necesidad de crear un marco metodológico genérico que permita la integración de todas
las disciplinas afines a la telerrobótica asistencial. Una vez establecido el método, el trabajo aborda la problemática
de la telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico bajo la perspectiva de la ingeniería de la usabilidad y el diseño
centrado en el usuario.
1. Introducción
Uno de las principales referencias en telerrobótica, automatización y control supervisor es Thomas B. Sheridan,
quién ha influido en profesionales de las áreas de ingeniería de sistemas y factores humanos a lo largo de dos
décadas [1]. Una de las principales ideas de este autor es que los progresos en robótica dependen no solo de los
cambios en la tecnología, sino también en los avances en la comprensión de la relación entre personas y máquinas.
Esta idea introduce un concepto interesante. Si bien es necesario estudiar cada factor por separado, persona (perfil
del usuario, aspectos cognitivos, tipo de discapacidad, tipo de dependencia) y la máquina (estructura cinemática,
tipo de pinza prensora, control de la trayectoria), Sheridan enfoca la atención en la relación entre ellos, por tanto en
la parte de interacción:
Reparto del control de la tarea entre persona y máquina: la tarea la ejecuta la persona con el soporte del robot, la
tarea la ejecuta el robot, etc.
Interacción entre persona y máquina: tipo de interfaz física adaptada al tipo de discapacidad como joystick, pedal,
teclado especial, etc.
A esta idea conviene añadir que el sistema persona-máquina no puede considerarse de forma aislada, hay que
valorar que la persona y la máquina se encuentran en un entorno, por ejemplo el ámbito doméstico, y por tanto el
“sistema” pasa a ser la persona, la máquina y el entorno y lo que conviene analizar son las múltiples interacciones
entre ellos cuando se lleva a cabo una tarea [2].
La ergonomía cognitiva ya engloba esta última idea dentro del marco conceptual actual denominada sistema
cognitivo conjunto, en el que se describe cómo debe arroparse el concepto de diseño centrado en el usuario desde la
perspectiva del diseño contextual.
A mediados de los años ochenta se observa un cambio en la forma de concebir el diseño, pasando de ser visto como
un proceso lineal a la idea actual de ciclo en la que se centra la idea en el carácter iterativo del proceso y en las
necesidades y capacidades de los usuarios. Dentro del ciclo de diseño se enmarca el concepto de usabilidad, es decir,
a como el usuario puede usar el sistema que está siendo diseñado. Para ello es necesario llegar al concepto de
evaluación de la usabilidad:
- deben existir unas especificaciones de usabilidad
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- la opinión del usuario debe tenerse en cuenta
- el diseño debe ser poco costoso
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Corresponde a los expertos en ingeniería de la usabilidad definir como se evalúan las especificaciones, como
recoger la opinión del usuario y tenerla en cuenta dentro del ciclo de diseño, y finalmente como concretar el número
mínimo de prototipos a partir del cual, la iteración del ciclo se considera ya suficiente para dar por finalizado el
diseño.
Como ejemplo de marco metodológico se dispone del Modelo de Proceso de la Ingeniería de la Usabilidad y la
Accesibilidad MPIu+a desarrollado por Toni Granollers que recoge cada una de las fases del ciclo (poner aquí el
nombre) [3]. Y para la medida de la usabilidad es necesario contar con la aportación de los estudios experimentales
llevados a cabo en los laboratorios de usabilidad.
Este trabajo está dividido en 4 secciones. La sección dos recoge la puesta en marcha de dos asignaturas en la
temática de telerrobótica dentro de la Universitat Politécnica de Catalunya. La sección tres recoge el marco
metodológico genérico para considerar la telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico. La sección 4 indica como
la ingeniería de la usabilidad puede integrarse con la telerrobótica asistencial. Finalmente, conclusiones y líneas
futuras de desarrollo.
2. Experiencias docentes
En la Universitat Politècnica de Catalunya se han puesto en marcha en el curso 2006/2007 dos nuevas asignaturas.
La primera es ‘Sistemas de Teleoperación’ (seis créditos, optativa) en el Plan de Estudios de la titulación Ingeniería
Técnica Industrial especialidad electrónica industrial. El programa está formado por los siguientes temas:
Fundamentos, Telerrobótica, Interacción, Interfaces persona-máquina, Control remoto de procesos.
El tema Fundamentos presenta las definiciones de los principales conceptos y describe los diversos ámbitos de
aplicación. El tema Telerrobótica comenta la evolución histórica de los sistemas bilaterales basados en robots
manipuladores. El tema Interacción comenta los principales paradigmas de interacción (realidad virtual, realidad
aumentada y computación ubicua). Se describe la interacción entre persona y robot. El tema 4 muestra el diseño de
interfaces persona-máquina y dispone de un apartado para el diseño de interfaces para personas con necesidades
especiales. El tema Control remoto de procesos muestra diversos ejemplos de monitorización remota de procesos;
los estudiantes a modo de prácticas realizan la monitorización remota de la interfaz de control y supervisión de las
instalaciones deportivas de la Universitat Autónoma de Barcelona en la localidad de Bellaterra.
La asignatura se desarrolla mediante la metodología docente denominada aprendizaje colaborativo. A parte de las
clases magistrales, los estudiantes se dividen en grupos e inician la búsqueda de información relativa a los diversos
temas. Después de algunas semanas de feedback con el profesor, el método se ha mejorado de forma que los grupos
aprenden a encontrar la información relevante. En este sentido los estudiantes han llevado a cabo interesantes
aportaciones en los siguientes aspectos:
Búsqueda de información sobre telemedicina: arquitectura local y remota basada en tecnologías de la información y
comunicación, para el intercambio de información de salud a distancia
Búsqueda de equipos y componentes para condicionar el uso de un robot manipulador en el ámbito de la
telerrobótica asistencial
Descripción y clasificación de interfaces persona-máquina
Análisis de la interacción de personas ciegas con teclados adaptados y programas lectores de pantalla
Los grupos de estudiantes han mostrado mucha soltura en el manejo de los datos y han sabido focalizar los
problemas de la disciplina que quedan por resolver. La descripción de componentes y equipos en el lenguaje
técnico ha permitido que los estudiantes vean de forma natural como sus conocimientos de ingeniería pueden
aplicarse en el desarrollo de nuevos productos orientados a personas con necesidades especiales.
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Para la siguiente edición de la asignatura, se prevé incentivar el ingenio de los grupos de estudiantes, de forma que
aporten bocetos de proyectos concretos en la temática de telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico. Los
grupos deberán concretar las fases de diseño, creación o adquisición de componentes tecnológicos, tipo de la tarea a
realizar, adecuación de los aspectos tecnológicos a las necesidades y capacidades de la persona, adecuación al
ámbito doméstico, presupuesto económico, y discusión con el resto de grupos, en el marco del aprendizaje basado
en problemas/proyectos.
La segunda asignatura es ‘Teleoperación e interfaces persona-máquina’ (cuatro créditos y medio) en el Plan de
Estudios del Master de Automática y Robótica de reciente creación y dirigido por el departamento de Ingeniería de
Sistemas, Automática e Informática Industrial de la Universitat Politécnica de Catalunya. El programa está formado
por los siguientes temas: Fundamentos, Diseño de interfaz de supervisión, Interacción e interfaces persona-máquina
y Telerrobótica.
El tema Fundamentos concreta los principales conceptos como telerrobótica, automatización y control supervisor. El
tema Diseño de interfaz de supervisión muestra criterios basados en los principios de la ergonomía cognitiva para el
diseño de interfaces sobre ordenador para la monitorización y supervisión remota. El tema Interacción e interfaces
persona-máquina hace hincapié en las relaciones entre la persona y el robot mostrando los diversos avances a partir
de tesis doctorales recientes. Finalmente, se describe el tema de Telerrobótica atendiendo a los conceptos físicomatemáticos
necesarios para entender la programación de tareas del robot.
La asignatura se desarrolla de forma no presencial, y bajo la metodología denominada aprendizaje por
descubrimiento. Los estudiantes proceden en su mayor parte de Latinoamérica, en concreto de países como México,
Chile, Perú o Colombia. El intercambio de opiniones a través de la plataforma digital mediadora en forma de
campus virtual permite valorar los diversos matices que tienen los conceptos de automatización e interacción en
función de los aspectos culturales.
Los estudiantes trabajan de forma individual. En el campus se dispone de documentación de soporte sobre cada uno
de los temas. A partir de la reflexión con el profesor, el estudiante escoge un área de investigación y empieza a
elaborar 3 bocetos sucesivos de trabajos de investigación. Los bocetos son comentados por el profesor a lo largo del
curso, de forma que el feedback sirve para que el estudiante prepare un trabajo final extenso que sirva de base para
la continuación de la investigación fuera de la asignatura en el marco de la obtención de la tesis doctoral.
Se ha dejado libertad para que los estudiantes afronten el reto de un área de su interés. Las áreas que han tenido
aceptación en esta edición de la asignatura han sido:
Telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico para personas con dependencia
Tecnologías al alcance de las personas con discapacidad
Metodologías de diseño centrado en el usuario en el ámbito de la telerrobótica aplicada a la medicina
Telerrobótica e interfaces persona-máquina en la robótica de servicios (ingeniería civil)
Los trabajos han intentado acercar disciplinas científicas afines con el fin de proponer una visión compartida de los
problemas a tratar [4], [5], [6], [7]. Conviene destacar algunas de estas ideas, por lo que en las siguientes secciones
de este trabajo se valoran con detalle.
Para la siguiente edición de la asignatura, se prevé introducir algunos aspectos en el programa que hagan hincapié en
los problemas cuotidianos de personas con algún tipo de discapacidad, de manera que los estudiantes puedan
planificar un proyecto de ayuda robótica orientado a la tarea a realizar por la persona.
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3. Marco metodológico genérico
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Si se considera una perspectiva de diseño centrado en el usuario en el ámbito doméstico, confluyen muchas
disciplinas asociadas con el concepto de telerrobótica asistencial. Citando algunas de ellas: electrónica,
teleoperación, ergonomía, accesibilidad, domótica, tecnologías de la información y la comunicación, interacción,
usabilidad, robótica e inteligencia ambiental.
La telerrobótica asistencial abre las puertas a un nuevo universo de soluciones tecnológicas aplicables en multitud de
ámbitos, entre otros, a la asistencia a las personas en la realización de tareas cotidianas en el ámbito doméstico [8].
Existen ya robots que dan de comer a las personas con discapacidades que no les permiten hacerlo por sí mismas,
casas domóticas que permiten un pleno control de los servicios que ofrece una vivienda a través de una gran
variedad de dispositivos e interacciones, o servicios de asistencia domiciliaria capaces de alertar de forma inmediata
a un equipo médico en caso de emergencia logrando que cada persona tenga la posibilidad de tener un médico en
casa [9], [10], [11], [12].
Sin embargo, un problema que presentan estas soluciones tecnológicas es el diseño de la interacción del usuario con
el resto del sistema [13], [14], [15], [16].
Ubicuidad, transparencia e inteligencia son las tres propiedades básicas de la telerrobótica asistencial, y en general
de los entornos inteligentes:
- ubicuidad para encontrarlos en e
- l punto donde esté la persona
- transparencia para pasar inadvertidos en el medio físico
- e inteligencia para adaptarse a las preferencias de cada persona.
Idealmente, los dispositivos y los objetos “inteligentes” soportados por la tecnología “desaparecerían” integrados en
el entorno cotidiano, con las personas rodeadas de interfaces inteligentes e intuitivas incluidas en todo tipo de
objetos [17]. El entorno sería capaz de detectar la presencia humana, reconocer a las personas, los aspectos
personales y sus necesidades, así como los cambios del propio entorno. El entorno inteligente respondería siempre
bajo el control humano. Habría agentes inteligentes que pudiesen reaccionar de forma autónoma reactiva (actuar en
función de los sucesos producidos en el entorno, con la función de tomar decisiones de servicio de manera
automática), o bien de forma preactiva (tomando la decisión de actuar antes de que se den los sucesos o de notificar
al individuo sobre la necesidad de tomar decisiones o llevar a cabo alguna acción).
Un factor clave del éxito de potenciales soluciones de telerrobótica asistencial basadas en tecnologías de inteligencia
ambiental es diseñar el entorno teniendo en cuenta aspectos físicos, sensoriales y cognitivos de la relación personasistema.
Entre los factores a considerar debemos incluir la accesibilidad, la usabilidad la ergonomía cognitiva y el
beneficio o la utilidad y la mejora en la situación personal o social.
Obsérvese como se enfoca la atención en la integración de disciplinas de manera que contribuyan a un objetivo muy
claro. El objetivo fundamental de la telerrobótica asistencial basada en tecnologías de inteligencia ambiental es
optimizar, desde el punto de vista de los factores humanos, la relación del usuario con el resto del sistema,
circunstancia que puede contribuir decisivamente a mejorar los parámetros de utilidad, eficiencia y satisfacción, y
por tanto la calidad de vida de las personas que los utilicen.
¿Cómo abordar el problema? Si bien se están produciendo avances día a día en cada una de las disciplinas citadas,
sigue siendo necesario suprimir barreras que posibiliten el acercamiento entre ellas. Una posibilidad consiste en
definir el problema en forma de fases que se llevan a cabo de forma secuencial, definiendo un ciclo que puede iterar
las veces necesarias para converger en el objetivo final. En total son cinco fases:
Fase uno: El espacio. Descripción del espacio físico accesible des del punto de vista de la arquitectura en espacios y
edificios
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Fase dos: La persona. Descripción de necesidades y capacidades cognitivas y sensorimotoras
Fase tres: El robot. Configuración cinemática, dinámica, control y programación para la adecuación a la tarea
Fase cuatro: Interacción persona-robot. Análisis de la cooperación entre agentes desde la perspectiva clásica de
Thomas B. Sheridan entre persona y máquina
Fase cinco: Entorno inteligente. Se añaden objetos inteligentes elementos basados en la integración de la sensórica,
la nanoelectrónica y la informática des de la perspectiva de la computación ubicua y la inteligencia ambiental
Al conjunto de cinco fases básicas hay que añadir una sexta fase en forma de la medida de la usabilidad y la
accesibilidad, que se deben llevar a cabo en pruebas experimentales sobre usuarios en escenarios creados a modo de
réplicas del ámbito doméstico a estudiar en el laboratorio de usabilidad. Hay que añadir medida de la satisfacción
del usuario. Llegados a este punto, el ciclo está terminado y puede volver a empezar de forma iterativa.
Obsérvese que el ciclo trazado requiere de la colaboración entre profesionales de las áreas: arquitectura, psicología,
medicina, ingeniería, informática. Ello conlleva a plantearse la necesidad de crear nuevos profesionales en el ámbito
de la asistencia a personas con dependencia en el ámbito doméstico con la ayuda de tecnologías.
4. Telerrobótica asistencial
Los expertos en usabilidad deciden el nombre de iteraciones necesarias en la puesta en marcha del sistema personarobot
en el ámbito doméstico.
Llegados a este punto conviene considerar la presencia de tecnologías de la información y comunicación en forma
de redes inalámbricas y cableadas de diverso alcance y ancho de banda. En estos momentos los sistemas domóticos
y los sistemas basados en inteligencia ambiental aportan diversas soluciones que deberían confluir en la
telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico para asegurar la estandarización en la interconexión de equipos.
Si se supone que los expertos en usabilidad han finalizado las pruebas de validaciñon y si se supone que existe una
red que soporta la comunicación, es el momento de centrar la atención en la sala de control remota que se encarga de
la monitorización de las variables del sistema persona-máquina. En este sentido hay que distinguir las variables
asociadas al control de procesos, como por ejemplo el mantenimiento de la temperatura en un espacio, la regulación
de luces, el accionamiento de puertas y ventanas, etc., de las variables asociadas a aspectos críticos vitales de la
persona. Cualquier subsistema tecnológico asociado a la persona debe ser no invasivo, además de que conviene
analizar los aspectos éticos asociados al derecho a la intimidad de las personas.
En todo caso, una sala de control permite la monitorización integral, es decir el seguimiento de las variables
ambientales que garantizan el confort de la persona en la vivienda y la vigilancia de los parámetros intrínsecos de la
persona que, en caso de escenario de riesgo, permite aplicar todo un plan de emergencia.
Existe gran cantidad de equipos de monitorización utilizados en los cuidados intensivos en el ámbito médico.
Asimismo, existen en el entorno industrial, sistemas de supervisión y control denominados SCADA (del inglés
supervisory control and data adquisition, control supervisor y adquisición de datos que permiten gestionar
situaciones de riesgo en forma de indicadores de alarma en la pantalla del ordenador industrial. Los sistemas
SCADA han demostrado su utilidad en entornos críticos como plantas nucleares, industria del gas, industria
petrolífera, etc. en el sentido de que se coordina la información proveniente de centenares de variables y se muestra
al operario de sala de control la gestión de las alarmas (alarmas agrupadas por prioridad de situación de riesgo).
La combinación de los dos tipos de herramientas debe confluir en los dispositivos y programas necesarios en la
vivienda y en la sala de control para garantizar el seguimiento de la persona de forma remota, tal como se ilustra en
algunos ejemplos actuales de teleasistencia o telemedicina. De forma esquemática y desde la sala de control hasta el
ámbito doméstico de la persona se dispone de cinco partes o niveles. Los tres primeros niveles se encuentran en la
sala de control.
91

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nivel uno: Supervisión. El experto vigila el funcionamiento normal y las alteraciones en este funcionamiento de las
variables críticas del sistema persona-máquina.
nivel dos: Interacción. El experto puede disponer de dispositivos auxiliares, como por ejemplo paneles, joysticks,
para el accionamiento remoto de dispositivos en el ámbito doméstico, por ejemplo guiar el movimiento de un robot
móvil
nivel tres: Automatización. El experto vigal también el buen funcionamiento de los controladores, de forma que
puede modificar parámetros, por ejemplo puede decidir modificar la consigna de temperatura de una habitación del
ámbito doméstico
nivel 4: Red de comunicación. Aquí se establece la conexión entre equipos locales y remotos a través de una red de
largo alcance.
nivel 5: Escenario doméstico. Este es el espacio en el ámbito doméstico en el que se encuentra la persona y el robot,
y los objetos inteligentes. Es el escenario que se ha creado a partir del conjunto de cinco fases comentadas
anteriormente.
De la misma forma que se ha comentado anteriormente, se debería validar el buen funcionamiento entre los diversos
niveles desde el punto de vista de la medida de la usabilidad y la accesibilidad. Para ello puede recurrirse a la
utilización de herramientas de simulación o bien a la creación de escenarios controlados que ilustren la vida
cuotidiana de las personas en el ámbito doméstico.
Aunque puede parecer una labor desmesurada, en otros ámbitos se aprecian metodologías análogas que podrían
adaptarse a la telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico. El ejemplo más claro es el trabajo llevado a cabo por
la Agencia Espacial Europea en sus proyectos de misiones interplanetarias. La Agencia Europea del Espacio (ESA)
en respuesta al creciente interés que recientemente ha despertado la exploración interplanetaria tripulada ha iniciado
un estudio para la construcción de un centro para la simulación integrada de entornos planetarios. El propósito de
este centro es la simulación de misiones interplanetarias y el estudio de todos los aspectos relacionados con el ser
humano que implican este tipo de tareas. Entre otros aspectos, se estudiarán los siguientes factores:
Médicos
Psicológicos
Subsistemas de soporte de vida
Exobiología
Ergonomía
El proyecto denominado FIPES (del inglés Facility for the integrated planetary exploration simulation, facilidad
para la simulación de la exploración planetaria integrada) servirá para la simulación de un amplio rango de
experimentos o simulación de operaciones, desde la validación de elementos para sistemas de soporte de vida hasta
misiones planetarias a la Luna o Marte con tripulaciones de hasta 6 miembros operando de forma aislada y con el
máximo nivel de autonomía [18].
En FIPES, de forma parecida a la telerrobótica asistencial en el ámbito doméstico, se distingue claramente las
variables asociadas a los aspectos que permiten garantizar los aspectos ambientales respecto las variables asociadas
a la persona. Del mismo modo se distingue dos espacios: la sala de control desde la que realizar la tarea de
supervisión y el lugar de trabajo de los astronautas. Siguiendo las palabras de Jordi Duatis, “la sala de control deberá
permitir la realización de todas las tareas de monitorización y supervisión del sistema en general, control de alarmas
y comunicaciones. La interfaz de la tripulación tendrá una configuración más flexible dependiendo de las
características del experimento / misión que se esté llevando a cabo. Además puede estar repartida en diversas áreas
pues FIPES incluye un módulo para la simulación de actividades extra-vehiculares”
7. Conclusiones
En este trabajo se presentan las experiencias docentes en dos asignaturas impartidas en la Universitat Politécnica de
Catalunya en el ámbito de la telerrobótica asistencial.
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La sección dos indica la valoración realizada sobre la docencia impartida y las líneas de mejora a seguir. Si bien se
trata de experiencias puntuales se observa que una de ellas se imparte dentro de la estructura clásica de los estudios
(titulación de ingeniería técnica) y la otra se imparte en la nueva estructura de los estudios (master de investigación).
En los dos casos, los conceptos se han introducido con naturalidad en los programas y los estudiantes han apreciado
positivamente la discusión de las tecnologías de ayuda para las personas en el ámbito doméstico.
De forma genérica la formación de profesionales en la temática citada debería pasar por estudios reglados
específicos como por ejemplo el master profesional que dirige Jaime Lopez Krahe en la Universidad Paris 8
denominado ‘Technologie et handicap’ [19]. Es necesaria la discusión de creación de master del tipo ‘Tecnologías
de ayuda a las personas’ en las universidades españolas.
La sección tres muestra algunas ideas del debate surgidas en los trabajos realizados por los estudiantes. La creación
de un marco genérico en el que relacionar las diversas disciplinas: arquitectura, psicología, medicina asistencial,
robótica, interacción persona-máquina, inteligencia ambiental e ingeniería de la usabilidad es sin duda un punto de
partida para facilitar la integración y la comunicación entre profesionales.
La sección cuatro muestra como aplicar los conceptos de teleoperación al ámbito citado ya que hay ejemplos en
otras áreas del conocimiento que pueden ser ilustrativas de cómo llevar a cabo la supervisión remota del sistema
persona-máquina en el ámbito doméstico. También es un punto de partida sobre el que reflexionar.
Para finalizar, reconocer el trabajo realizado por profesionales de centros universitarios, instituciones, centros
tecnológicos, etc. en este ámbito, ya que son ellos los que permiten los avances día a día en esta disciplina.
8. Agradecimientos
A Nídia Berbegal, Jordi Duatis y a Nestor Andrés Gonzalez, estudiantes del Master de Automática y Robótica, por
su labor en la labor de ingestación sobre telerrobótica asistencial.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
TELEASISTENCIA
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Las Tic en el apoyo a las personas más vulnerables.
Carlos Zapata
Cruz Roja Española
Al calor de los debates suscitados por el proyecto de Ley de Autonomía Personal y Atención a las Personas en
Situación de Dependencia y a sus familias, ha aflorado con fuerza un problema social que crea una elevadísima
vulnerabilidad en un importante sector de la población: las personas dependientes y las personas que desde la
familia y el entorno más próximo se encargan de su cuidado.
En el momento actual disponemos de todo tipo de datos acerca de la incidencia de las situaciones de
dependencia – la necesidad de ayuda de otros para la realización de las actividades cotidianas- y de la carga
con que estas situaciones gravan la economía y la vida de las personas afectadas y de sus familias.
Los datos se refieren al perfil de las personas dependientes (La dependencia severa y grave afecta en nuestro
país a unas 1.125.190 personas, de las cuales 826.551 tienen más de 65 años. Además, hay 1.657.400 personas
que necesitan algún tipo de ayuda para alguna actividad de la vida diaria. Las previsiones demográficas
indican que, en 2020, habrá casi 1,5 millones de personas dependientes en nuestro país)
Nos hablan también de la dotación de recursos públicos existente para proveer protección a la dependencia
(sólo el 3,14 de las personas mayores de 65 años cuentan con un servicio de Ayuda a Domicilio, el 2’05% con
Teleasistencia y el 0,46% con una plaza en un Centro de Día. Hay 3 plazas de residencia por cada 100
personas mayores de 65 años, cuando la media europea es de 7).
Por último, los datos reflejan los condicionantes que retratan la cotidianeidad de los familiares que se ocupan de
los cuidados. (El 83% de los cuidadores son mujeres, la media de edad es de 52 años, las ¾ partes de las
personas cuidadoras no desarrollan actividad laboral alguna y la incidencia de problemas de salud a nivel
físico y psicológico es mucho más elevada que entre el resto de la población).
Quisiera señalar que, desde CRE consideramos un notable avance en materia de protección social y económica
la iniciativa de la llamada Ley de Dependencia supone el reconocimiento del derecho subjetivo de las personas
que se encuentran en esta situación a la protección, vinculado a la implantación de un Sistema de Autonomía y
Atención a la Dependencia que estipula un catálogo de servicios de apoyo a las personas afectadas y a sus
familias.
CRE desarrolla desde hace muchos años servicios de atención a las personas mayores dependientes y a su
entorno, y hemos centrado una parte muy importante de nuestros proyectos y de la inversión en recursos
humanos y materiales en ofrecer herramientas de apoyo a los cuidadores, a los que consideramos un sector de la
población muy vulnerable. Se trata de servicios de respiro, servicios que se esfuerzan en cubrir el vacío de la
soledad, a través de la compañía de voluntarios, estancias temporales en residencias, grupos de autoayuda y
apoyo psicológico, formación en materia de cuidados, etc…
La red territorial de CRE (presente en más de 700 localidades en todo el Estado) la cercanía a las personas con
mayores desventajas, el conocimiento de las nuevas demandas sociales y el apoyo de miles de voluntarios y
voluntarias, han hecho de nuestra institución un elemento fuertemente implicado, tanto a nivel central, como
autonómico y provincial, en la prestación de servicios de carácter social y sanitario, dirigidos siempre a quienes
se encuentran en situación de mayor desprotección.
Hemos desarrollado un amplio abanico de programas dirigidos a favorecer la permanencia de las personas
mayores en su entorno habitual, y este tipo de proyectos ha ampliado su cobertura a las personas con
discapacidad.. El apoyo domiciliario constituye una alternativa a la institucionalización en residencias y se
orienta a disminuir el aislamiento social y la prevención del deterioro físico y psíquico que éste conlleva.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Esta línea de trabajo incluye la compañía de voluntarios, el apoyo en gestiones, acompañamientos,
Teleasistencia, Ayudas Técnicas, Transporte Adaptado, Centros de Día –una parte de ellos especializada en la
atención a personas afectadas por la enfermedad de Alzheimer– y Centros de Estancias Diurnas.
Todos estos proyectos contribuyen a proporcionar seguridad y a mejorar la calidad de vida de las personas en
situación de dependencia, y tienen también una elevada influencia en la humanización de las condiciones en que
las familias desempeñan su labor de cuidadoras. Hace años que hemos puesto en marcha otra serie de proyectos
destinados a proporcionar un tiempo de descanso a los miembros de la familia que ejercen los cuidados, los
proyectos de “respiro”, que incluyen sustituciones del cuidador principal, residencias de estancia temporal,
grupos de apoyo mutuo, apoyo psicológico, orientación y formación etc...
Para las personas mayores que carecen de vivienda o no pueden vivir solas por precisar una atención continuada
y específica , CRE desarrolla proyectos de viviendas tuteladas, acogimiento familiar y residencias.
Por último, con el objetivo de prevenir el deterioro asociado al envejecimiento o a la discapacidad, para
potenciar la integración de las personas dependientes en la sociedad y para fomentar las relaciones
intergeneracionales, hemos implantado proyectos de Envejecimiento saludable, Actividades de Ocio y Tiempo
Libre, Voluntariado, Dinamización de Centros Externos a la institución, Abuelos-Nietos, etc...
Cuidar a un familiar dependiente es un trabajo duro. Al esfuerzo físico hay que unir los cambios psicológicos
que se generan, la sensación de tristeza e indefensión ante la situación, los sentimientos de culpabilidad por no
estar haciendo lo suficiente; la pérdida del status socioeconómico que en muchos casos conlleva ( aumento de
gastos en la economía familiar, pérdida de puestos laborales o complicaciones debido a absentismos laborales,
disminución de la eficacia en el puesto de trabajo, menores posibilidades de ascenso y formación, etc…) y los
cambios en la estructura familiar (inversión de roles padres-hijos, marido-mujer).
Esto hace que, muchas veces, el bienestar físico y psíquico de la persona que cuida se vea gravemente
perjudicado y que ésta abandone completamente su vida anterior (amistades, trabajo, aficiones…) para dedicarse
exclusivamente al cuidado.
Todos los expertos señalan, cuando se habla del cuidador, la importancia del apoyo social, que tiene dos planos,
la parte instrumental –servicios de respiro, recursos sociosanitarios… –y la parte emocional.
Dentro de las estrategias que deben desarrollar los cuidadores para manejar esta situación están el afrontamiento
de problemas (por ejemplo cómo comportarse cuando el familiar que cuidan manifiesta alteraciones de
conducta), el afrontamiento cognitivo (la forma en la que el cuidador interpreta las situaciones que vive, algo
que está directamente relacionado con el nivel de información sobre la enfermedad y los cuidados) y el
afrontamiento de tipo emocional, relacionado con el control de sentimientos depresivos, de ira, etc…
Como vemos, el apoyo necesario tiene, además de un componente de servicios directos a la persona
dependiente, otro muy vinculado a la información, la formación y el apoyo psicológico.
Hace ya algunos años que como Institución nos hemos embarcado en la utilización de las nuevas tecnologías de
la información y la comunicación para mejorar la calidad de vida de aquellos a quienes afecta la dependencia.
CRE ha sido pionera en la prestación de un servicio de Teleasistencia domiciliaria para personas mayores, que
data de comienzos de los 90. Con ello, no vamos a renunciar a lo que constituye nuestro principal activo: el
contacto directo con las personas, pero no podemos vivir de espaldas a las oportunidades que nos ofrecen las
Nuevas Tecnologías para romper dos barreras difícilmente salvables: el tiempo y la distancia. Este soporte nos
permite llegar a más personas, en lugares remotos y en cualquier momento .
Rentabilizar el potencial de las Nuevas Tecnologías aplicándolo a los proyectos de componente socio-sanitario
es una apuesta importante para CRE, ya que estamos firmemente convencidos del papel que pueden jugar no
sólo en la atención a la dependencia sino también en el fomento de la autonomía personal.
No es mi intención analizar técnicamente la gran variedad de dispositivos que la combinación de las
tecnologías de la información y la comunicación están colocando en el mercado de la atención a las personas
dependientes sino reflexionar ,desde nuestro papel como entidad que provee servicios a las personas en
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
situación de mayor vulnerabilidad, sobre sus necesidades y demandas, sobre las posibilidades de la tecnología
para hacer frente a las mismas y sobre otros aspectos –no tecnológicos- que deben ser considerados para que
estas herramientas contribuyan a mejorar la calidad de vida de las personas dependientes y de sus familiares u
otras personas próximas que se encargan de los cuidados que precisan.
En Cruz Roja Española llevamos varios años estableciendo partenariados de colaboración con compañías
proveedoras de tecnologías (telefonía móvil, software, etc...), universidades, administraciones, etc... que nos han
permitido validar prototipos y dispositivos de apoyo a las personas con dependencia en el marco de nuestros
programas y, lo que es tanto o más importante, acercar estas soluciones tecnológicas a los sectores de población
más vulnerables que, tradicionalmente, son los últimos receptores de este tipo de innovaciones; es decir,
convertir a las personas con mayor desprotección en los primeros beneficiarios de los adelantos tecnológicos.
Este tipo de colaboración refleja lo que los anglosajones han definido como una situación “win-win”, es decir,
un proyecto en el que todos los socios se benefician. En el caso de las entidades proveedoras, el contacto con
una institución como CRE les proporciona conocimiento sobre las necesidades reales y sentidas de la personas
afectadas por dependencias, así como las de las personas de su entorno próximo
CRE ha sido pionera en la prestación de un servicio de Teleasistencia domiciliaria para personas mayores, que
data de comienzos de los 90, pero el enorme potencial de las tecnologías para proporcionar seguridad, y
autonomía, para evitar el aislamiento y para prevenir riesgos se incrementa día a día con nuevas herramientas
que propician escenarios que permiten la integración de aspectos sociales y sanitarios.
La tecnología asistencial puede prestar apoyo a la asistencia social, sanitaria y personal, y puede facilitar una
asistencia integrada, basada en enfoques proactivos que , en cierta forma, empoderan a las personas
dependientes para autogestionar su salud y conducen a cambios hacia estilos de vida más saludables. El factor
preventivo asociado a la utilización de las tecnologías es de vital importancia.
Por otro lado, las tecnologías son una fuente indudable de apoyo para quienes tienen a su cargo a una persona
dependiente, no sólo porque proporcionan una ayuda decisiva al cuidador, sino también porque le ofrecen una
mayor autonomía y la posibilidad de mejorar los cuidados.
Otro aspecto que merece la pena destacar es que la tecnología puede permitir hoy una racionalización en la
gestión de los recursos y una interesante relación coste/eficacia que debe ser valorada por quienes tienen a su
cargo la gestión de los servicios sociales y sanitarios.
La participación y las relaciones con el entorno ofrecen a las personas una suerte de “malla social de seguridad”
que constituye uno de los más importantes elementos preventivos del deterioro asociado al aislamiento.
Para desarrollar un programa de asistencia basado en los tele-cuidados debemos comenzar con la identificación
de los usuarios que se consideran prioritarios: personas en situación de dependencia, personas pre-dependientes,
cuidadores familiares o de proximidad, etc... y por la definición del nivel de servicios más adecuado para cubrir
sus necesidades.
Además de los aspectos puramente tecnológicos, hay otros temas que hay que abordar cuando se intentan definir
las claves de los futuros sistemas de asistencia, y que, reiteradamente, señalan todos los expertos: nos referimos
a la personalización del apoyo que se presta, al acceso para todos, a la dependencia del contexto, los entornos
multilingües y a un mayor énfasis en la asistencia preventiva, entre otros. Se trata de cuestiones vinculadas,
como veremos, a las necesidades de los usuarios, de su entorno y de los responsables de servicios públicos y
proveedores de asistencia, que son sumamente importantes a la hora de garantizar la eficacia y eficiencia de las
soluciones que se proponen.
Algunos de los problemas que surgen cuando se trata de implementar servicios de e-asistencia se refieren al
contexto organizacional en el cual se desarrollan, más que a la tecnología en si misma. La prestación de
asistencia a través de las nuevas tecnologías nos lleva también a plantearnos cuestiones de carácter ético sobre la
vigilancia y sobre la posible pérdida de privacidad de las personas en situación de dependencia. Otro tema de
marcada importancia son los aspectos legales relativos a la confidencialidad y a la protección de datos.
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También, al tratarse de la provisión de servicios basados en las nuevas tecnologías, se hacen necesarios
standards de calidad, tanto en lo que se refiere a la organización de los servicios como al equipamiento.
Como Necesidades básicas, en las que se puede incidir positivamente con la aplicación de las tecnologías
podemos señalar la mejora de la calidad de vida; la seguridad dentro y fuera del domicilio –a la que pueden
contribuir a dar respuesta las comunicaciones móviles y los sistemas de telelocalización- y la prevención de
riesgos.
Un mayor grado de autonomía es una necesidad marcadamente señalada por muchas personas que se encuentran
en situación de dependencia. Las NTIC se convierten así en el soporte a una vida más independiente. También
son evidentes las ventajas en lo que respecta a las necesidades de comunicación y convivencia, es decir: la
disminución del aislamiento y la soledad.
Otro grupo de necesidades están relacionadas con el Diseño para todos : se requieren dispositivos y soluciones
tecnológicas que propicien el acceso a la información y el conocimiento -entre otros ámbitos- sobre los servicios
disponibles.
Debe tratarse de herramientas basadas en la simplicidad y en la “usabilidad”, que ofrezcan tranquilidad al
usuario y eliminen la ansiedad sobre su manejo.
Otro aspecto a destacar en este bloque es la eliminación de las barreras sensoriales o físicas y , también, de las
propias barreras tecnológicas.
Entre las necesidades de carácter emocional, podemos señalar la comprensión, el trato humano, la necesidad de
sentirse escuchados, la confianza en quienes les cuidan y la participación social, como hemos visto, uno de los
factores que eliminan el riesgo de exclusión.
En este apartado hemos de incluir el respeto a la intimidad : al hacer propuestas de asistencia, es muy
importante que los dispositivos no sean intrusivos y que los cuidadores no se adueñen de la vida de la persona
dependiente, para permitirle mantener el mayor nivel de autonomía e intimidad, posible.
También relacionado con este factor, es interesante que cuando se proveen servicios a domicilio, sea una sola
persona la que visite al usuario, y que la atención integre aspectos tanto sociales como sanitarios. La
multiplicidad de cuidadores y proveedores incrementa la dependencia del usuario.
En un último bloque podemos incluir necesidades como la autogestión de la salud y la autogestión del bienestar,
el disfrute de actividades intelectuales, de ocio, etc...Otra necesidad que no podemos obviar es el hecho de que
el coste sea asumible.
Siguiendo con el capítulo de necesidades, haremos ahora un somero repaso a las que presentan la persona o
personas que , desde la familia se ocupan de los cuidados que precisan las personas dependientes. Como ya
hemos mencionado, es de vital importancia adaptar las soluciones tecnológicas a los cuidadores de
proximidad. En muchas ocasiones, los dispositivos que se han colocado en el mercado no han tenido éxito, al
no tener en cuenta este factor.
De todos los proyectos que desarrollamos en este ámbito, el que cuenta con mayor trayectoria es la
Teleasistencia Domiciliaria, que se presta a personas mayores y a personas afectadas por discapacidades. A
través de un equipamiento de comunicaciones e informática específico, CRE proporciona a los usuarios la
seguridad de poder contactar con un equipo de profesionales, de forma inmediata, ante crisis de angustia o
soledad, caídas, necesidades sanitarias o cualquier accidente doméstico.
El equipo profesional es capaz de encauzar o dar solución a situaciones de emergencia, bien a través de su
propia intervención, o bien movilizando los recursos existentes en la comunidad que sean apropiados para el
caso.
El sistema funciona las 24 horas del día durante todo el año. La seguridad que ofrece evita múltiples solicitudes
de ingreso en residencias y permite al usuario residir en su medio habitual.
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“Teleasistencia Móvil “
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
CRE ha desarrollado un proyecto piloto de Teleasistencia móvil, -basado en la utilización de tecnologías de
comunicación telefónica móvil y de telelocalización (GSM y GPS)- dirigido a rentabilizar el potencial de las
nuevas tecnologías de la información y la comunicación para ampliar las ventajas de la Teleasistencia
domiciliaria.
Entre los objetivos de este servicio están el posibilitar la integración de los usuarios en su medio habitual,
facilitando la comunicación en el exterior y proporcionando el acceso a los servicios de la comunidad; facilitar
la respuesta inmediata a las eventualidades que puedan surgir, mediante atención constante y a distancia y
garantizar protección, seguridad, tranquilidad y acompañamiento fuera del domicilio.
La teleasistencia móvil permite a Cruz Roja prestar soporte a personas mayores, personas con discapacidad y
mujeres víctimas de violencia de género.
El futuro cercano de la aplicación de las tecnologías a la promoción de la autonomía y a la protección de las
situaciones de Dependencia, desde la iniciativa social se dibuja ya con soluciones de e-asistencia, sistemas de
telelocalización para personas con deterioro cognitivo, ambientes de vida asistidos, etc… pero, y en esto hemos
de insistir, lo importante son las personas, especialmente las que están en situación de mayor vulnerabilidad. La
tecnología es tan sólo una herramienta extraordinariamente eficaz, que nos permite mejorar su calidad de vida.
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Exploración de niveles asistenciales y análisis de escenarios para el diseño
de nuevos servicios de e-Salud
E. P. Gil Rodríguez, D. López Gómez,, J. García Moros, I. Martínez Ruiz, Y. Bona
Beauvois,A. Farré Cobo
Internet Interdisciplinary Institute, Univ. Oberta de Catalunya
Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón, Univ. Zaragoza
Departamento de Psicología Social, Universidad Autónoma de Barcelona,
Resumen
En este trabajo se describe, desde la perspectiva de diseño centrado en el usuario (DCU), la metodología y
resultados de una investigación que ha tratado de identificar los escenarios idóneos para la implementación de
servicios de e-Salud que utilicen transmisión de ECOs y ECGs. Mediante la metodología de análisis de
escenarios se ha procurado identificar los niveles asistenciales del sistema sanitario en los que la
implementación de un dispositivo de transmisión de ECOs y ECGs diera respuesta a problemas existentes. Se
describe la metodología, de corte cualitativo, y los resultados del estudio, en los que se identifican distintos
escenarios de implementación de dispositivos de telecardiología. A partir de los resultados, se plantea la
recogida de requisitos técnicos y de usuario que contribuyan a un diseño óptimo de un servicio de e-Salud.
Introducción
En el transcurso de los últimos años, las nuevas redes de telecomunicaciones han permitido que los servicios de
e-Salud hayan experimentado un importante avance y desarrollo, en términos tanto cuantitativos como
cualitativos. Las posibilidades que ofrecen las nuevas Tecnologías de la Información y la Comunicación (TICs)
en los servicios de salud han derivado en sistemas aplicables a la transmisión y gestión de datos en instalaciones
hospitalarias y ensayos clínicos, a la teleasistencia y a la autogestión y autoevaluación por parte del paciente de
su propia enfermedad, etc. [1]-[2].
Por otra parte, es posible diseñar servicios de e-Salud en una gran variedad de escenarios derivados de la
implementación de redes de comunicaciones dentro de la asistencia sanitaria (entornos rurales, domiciliarios,
etc.) [3]-[4]. Por ello es fundamental explorar los diferentes niveles asistenciales en el ámbito de la salud en los
que la implementación de aplicaciones y servicios de e-Salud pueda optimizar el uso de los recursos sanitarios
disponibles, así como mejorar la prevención y calidad de vida de los pacientes. En este sentido, el diseño,
implementación y evaluación de sistemas de servicios y aplicaciones de telemedicina debe tener en cuenta el
punto de vista tanto de los profesionales de la salud como de los pacientes.
En la sección 2 se presenta la metodología empleada para explorar estos niveles asistenciales e identificar dichos
escenarios. La sección 3 describe los escenarios de telemedicina más relevantes definidos desde el punto de
vista de los usuarios/profesionales de la salud gracias a la metodología descrita. En la sección 4 se completa la
descripción anterior planteando las características técnicas de estos escenarios desde un punto de vista
tecnológico. Los resultados del estudio y los problemas de implementación planteados desde ambos puntos de
vista se discuten en la sección 5.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Exploración de niveles asistenciales y definición de escenarios
El análisis de escenarios [5] es una metodología frecuentemente utilizada dentro de la disciplina denominada
interacción persona-ordenador para estudiar la implementación de las nuevas tecnologías en contextos muy
específicos, o bien para pensar en posibles aplicaciones de tecnologías que aún no han sido por completo
desarrolladas.
Los escenarios son narraciones descriptivas sobre los contextos en que determinada gente lleva a cabo
determinadas actividades. El análisis de escenarios se ha mostrado muy eficaz para manejar el trabajo
interdisciplinario entre los desarrolladores de tecnología y los expertos en estudios de usuario, puesto que
permite explicar de forma sencilla e ilustrada los contextos en que una aplicación va a ser implementada, las
características de los usuarios que van a utilizarla y sus funcionalidades e interacciones. Esto facilita
enormemente el desarrollo de aplicaciones desde la perspectiva de diseño centrado en el usuario (DCU). Desde
esta perspectiva, se ha diseñado una metodología que permite definir los escenarios idóneos para el diseño de
nuevos servicios de e-salud desde el punto de vista de usuarios expertos en el contexto asistencial en
cardiología. Esta metodología garantiza una mayor eficiencia en la implantación del servicio, puesto que se
diseña en función de necesidades diagnosticadas previamente. Así, se aprovechan los avances en las TICs
aplicadas a la transmisión de señales biomédicas, tales como el electrocardiograma (ECG) o la ecocardiografía
(ECO), para proponer servicios de e-Salud basados en la perspectiva de los profesionales de la salud que van a
utilizar dichos servicios.
Dado el carácter eminentemente cualitativo de la información recogida en un análisis de escenarios, son también
las metodologías cualitativas las más adecuadas para elaborarlos. En el caso de la metodología cualitativa no es
importante la selección de una muestra representativa, puesto que no buscamos extrapolar los resultados a una
población general, aunque sí es necesario que las personas entrevistadas cubran el elenco de posibilidades en
cuanto a diversos aspectos clave [6]. En este caso se ha procurado que las personas entrevistadas pertenecieran a
hospitales diferentes, que tuvieran alguna experiencia en telemedicina y que pertenecieran a disciplinas
relacionadas con la telecardiología. Para este análisis de escenarios se ha efectuado un total de ocho entrevistas
individuales con personas que cumplían dichos requisitos y un grupo de discusión (focus group) con expertos
cardiólogos.
Un focus group es una sesión colectiva de discusión acerca de un tema concreto, en la que distintos puntos de
vista pueden ser confrontados y argumentados simultáneamente [7]. En nuestro caso, mediante el focus group
hemos afinado las características de los escenarios y servicios ideales para la implantación de un servicio de
telecardiología basado en transmisión de ECOs y ECGs, aproximándonos de paso a los requisitos de usuario del
personal sanitario.
Una vez efectuadas las entrevistas y el focus group se ha procedido al análisis de su contenido, apoyándonos
para ello con el software ATLAS-Ti [8], que permite identificar los contenidos más relevantes del análisis y
establecer relaciones entre ellos (ver Figura 1).
Gráfico de resultados obtenido mediante ATLAS-ti.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
A partir de estos resultados se seleccionará un escenario para efectuar, mediante la técnica de la observación
participante [9], un análisis de contexto [10] que permita recoger los requisitos y necesidades de sus usuarios.
Con esta información se obtendran recomendaciones para el diseño de las funcionalidades y la interfaz de
usuario del dispositivo a implementar.
Escenarios de uso desde la perspectiva de diseño centrado en el usuario
El conocimiento obtenido a partir de la metodología descrita en el punto anterior ha llevado a definir tres
escenarios de uso de aplicaciones de telemedicina (TM):
Telemedicina domiciliaria
En TM domiciliaria la transmisión de señales se realiza desde el domicilio del paciente, con el objetivo de
realizar un seguimiento de enfermedades crónicas que requieren una monitorización continua bien por el riesgo
implicado, bien porque el seguimiento implica un gran coste de movilidad. Para la transmisión de ECGs y ECOs
en concreto, el escenario de telemedicina domiciliaria que se presenta como realmente útil es el de seguimiento
de pacientes con trasplante cardíaco. Los transplantes de corazón sólo se realizan en hospitales de tercer nivel y,
sin embargo, los enfermos pueden residir en cualquier lugar de España. La utilidad de este escenario en
telecardiología sería la de evitar muchos desplazamientos que los pacientes se ven obligados a efectuar a los
hospitales donde se les realizó el transplante para realizar su seguimiento. Así, en la transmisión de información
se hace necesaria, además de los análisis correspondientes, la toma periódica de diversas pruebas al paciente:
ECG, ECO, tensión arterial, auscultación, etc.
Telemedicina interhospitalaria
En TM interhospitalaria la transmisión de señales se realiza entre diferentes hospitales, con el objetivo de
coordinarse con otros expertos en la materia. Los usuarios son principalmente los profesionales de la salud,
aunque se encuentran diferentes perfiles entre dichos profesionales, los cuales serán identificados y
exhaustivamente descritos en el estudio de requisitos de usuario. Por otra parte, hay que tener en cuenta que en
este escenario las pruebas las realizan técnicos que no tienen porqué saber interpretar sus resultados, ya que
dicha tarea le corresponde al especialista. Además, técnico y médico especialista tampoco tienen porqué
coincidir en tiempo y espacio. Este hecho va a ser relevante en el diseño, puesto que la interpretación de ECOs
es, en palabras de los expertos, “dependiente del operador”: sus resultados dependen de la destreza y de los
conocimientos en la materia que tiene la persona que realiza la prueba.
Para transmisión de ECGs y ECOs se han encontrado dos situaciones en las que la implementación de un
dispositivo de TM estaría muy bien valorada, especialmente para ECO:
I. Consulta del especialista a distancia, para evitar el desplazamiento de pacientes y/o cardiólogos. Podría darse
mediante un protocolo establecido: por ej. el cardiólogo de un hospital rural que consulta periódicamente al
especialista de un hospital de tercer nivel. Puede tener un carácter más ocasional, como los casos de consulta
para determinadas patologías en las que el médico que asiste al paciente no es tan experto como otro que se
encuentra en el hospital de otra ciudad. En estos protocolos el escenario incluiría la discusión colectiva y
periódica de casos clínicos a distancia.
II. La subcontratación de interpretación diagnóstica o de dispositivos de realización de pruebas en cardiología.
En la contratación del diagnóstico a distancia se transmiten imágenes a médicos que trabajan en otros países,
contratados para la interpretación de dichas imágenes por diversos motivos. También se transmiten imágenes
cuando se subcontratan máquinas diagnósticas por parte de unas organizaciones sanitarias a otras. En ambos
casos es necesaria la transmisión remota de señales ya que no coinciden espacialmente (ni temporalmente en la
mayoría de los casos) las personas que realizan las pruebas y las personas que las interpretan.
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La telemedicina intrahospitalaria
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
En este escenario se busca efectuar las comunicaciones dentro de un mismo hospital. Al igual que en TM
interhospitalaria, los usuarios van a ser principalmente los profesionales de la salud, y con mayor variedad entre
especialidades. Derivados del estudio de campo, se han identificado tres escenarios concretos de uso de un
dispositivo de telecardiología:
I. Transmisión de ECOs desde quirófano. La transmisión de ECOs controla el corazón durante las operaciones,
de forma que el cardiólogo no tiene porqué desplazarse al quirófano. Esta transmisión de imágenes se
complementa mediante comunicación telefónica cirujano-cardiólogo, pudiendo de esta forma comentar la ECO
que le están haciendo al paciente en quirófano. Así se soluciona la dependencia de la interpretación de la ECO
respecto a la persona que efectúa la prueba; sin embargo, debe estar en quirófano un técnico ducho en el manejo
de ECO (en algunos casos, los propios anestesistas aparecen entrenados para ello).
II. Historia clínica compartida dentro del hospital. Si en TM se reconoce la necesidad de la historia clínica
compartida, en el escenario intrahospitalario esta visión cobra relevancia, dado que son mucho más elevadas sus
posibilidades de implantación que en el escenario interhospitalario. Así, es clave que venga asociada a la
historia clínica todo tipo de información multimedia sobre el paciente, incluidos ECG’s y vídeos de ECOs.
III. Escenario móvil o de urgencias. En este escenario solo tiene sentido la transmisión de ECGs, ya que las
ECOs son pruebas que por sus aplicaciones diagnósticas no se efectúan en el momento en que un paciente está
padeciendo una crisis cardiaca (no aportan información relevante para su diagnóstico y la subsecuente toma de
decisiones). Se completa con el uso de comunicaciones móviles que pueden considerar la implementación de
videoconferencias en este tipo de dispositivos.
Escenarios de uso: requisitos técnicos
Desde un punto de vista técnico, un servicio de telecardiología se basa en la adquisición y envío digital de las
señales de interés (ECG, ECO) a través de tecnologías de red apropiadas [12]. Sus características técnicas son:
ECG. La señal electrocardiográfica [13], asociada a corrientes eléctricas que produce el corazón al latir, se capta
de forma no invasiva por varios electrodos (3-12). Usa habitualmente 250Hz por canal, con 12�16bits de
resolución, que implica señales de decenas de MB. (suelen aplicarse técnicas de compresión sin pérdidas 2:1,
3:1, para médicos especialistas, o algoritmos con perdidas 10:1, 15:1 ó 20:1, para médicos de cabecera). Aunque
existen sesiones en tiempo real (RT), por lo general el médico suele adquirir y almacenar un ECG
(StoreForward, SF) desde el centro rural o la casa del paciente, para su envío al hospital donde el cardiólogo lo
interpretará, reduciendo coste y desplazamientos.
ECO. La ecografía de órganos vitales sirve como primer diagnóstico de la gravedad de un paciente, y se basa en
el registro de imágenes de ultrasonidos [14]. Es una técnica no invasiva, no produce radiación ionizada, y es
relativamente barata. Consiste en ultrasonidos que obtienen imágenes de vídeo de las estructuras del organismo.
Existen varios tipos de ecografías, pero las más comúnmente usadas se basan en imágenes de 512x512, 640x480
ó 1024x1024píxeles, con resolución de h=8, 16 y 24bits/píxel, transmitiendo 24 imágenes/s durante varios
minutos. Se suele implementar SF, pero existen proyectos RT basados en ecógrafo portátil con robot que
permite la consulta y diagnóstico remoto. El robot dirige la sonda y, una vez bien posicionado, manda una
secuencia de vídeo de ultrasonidos que permita al especialista el seguimiento del paciente.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Escenarios de uso considerados en el estudio
A partir de esta descripción técnica y con los escenarios planteados desde la perspectiva DCU, se presentan los
escenarios más representativos desde el punto de vista tecnológico (ver Figura 2). Cada uno de estos entornos
están asociados a tipos de servicios específicos, descritos por parámetros característicos que son los que miden
la calidad de servicio (Quality of Service, QoS) ofrecida desde un punto de vista técnico. Así, dichos entornos
son:
Entornos hospitalarios. Sus características se asocian a la comunicación entre médicos de distintas plantas y/o
especialidades que intercambian datos dentro del hospital (intra-hospitalario), o entre hospitales distintos (interhospitalarias).
No existen grandes diferencias técnicas (aunque éstas si que se presentan desde el punto de vista
de los usuarios), excepto en entornos móviles o de urgencias, descritos a continuación. Los primeros se basan en
redes locales de tipo GigaEth y no suelen suponer limitaciones de recursos. Los segundos, basados en redes de
conmutación de banda ancha (FR, ATM), presentan más restricciones (que además se han de compartir entre
muchas aplicaciones de distintos tipos). En estos últimos casos, el interés técnico se centra en poder modificar
las configuraciones de los servicios y las tecnologías de red evaluando los algoritmos más óptimos y adecuando
la configuración de los parámetros del servicio (tamaño de datos, tasa de transmisión, asignación de prioridades)
a los recursos disponibles por la red de comunicaciones según QoS.
Entornos móviles. Se basan en la interconexión entre un médico no especialista (desde una ambulancia o UVI
móvil y usando tecnologías GPRS o UMTS) y el hospital para intervenir con todos los medios a su alcance para
salvar la vida del paciente en el trayecto “lugar del accidente-hospital más próximo”. Sus características técnicas
se asocian a un canal con alta variabilidad, con los recursos de red limitados y, probablemente, con prestaciones
que no se mantienen uniformes en los que interesa adecuar el tráfico generado a las condiciones variables de la
red.
Entornos rurales y domiciliarios. En el caso de que el hospital desde el que se transmiten las señales se
encuentre en el ámbito rural, y desde un punto de vista técnico, este escenario se asemeja al interhospitalario. Se
caracterizan por la interconexión entre un médico no especialista (en el centro de atención primaria o el
domicilio del paciente) y el hospital para intercambiar datos y pruebas médicas de un paciente. Ambos contextos
se suelen asociar a tecnologías PSTN y DSL. Así, y dado el elevado número de servicios y usuarios potenciales,
interesa analizar el rendimiento que puede obtenerse al simultanear aplicaciones (y el número de
simultaneidades) que permiten satisfacer los requisitos mínimos de eficiencia, QoS y de calidad subjetiva
percibida por médico y paciente.
En definitiva estos dos planteamientos (técnico y de usuario) no sólo son complementarios sino que permiten
seleccionar los escenarios más adecuados, optimizando ambos tipos de requisitos y mejorando el diseño final.
Resultados y discusión
Gracias al análisis anterior se han identificado una serie de aspectos que se han de solucionar para la correcta
implementación de un servicio de telecardiología. Primero, es clave definir el servicio de e-Salud y el
dispositivo de TM acorde con el escenario que se identifique como idóneo. Hay que tener en cuenta que la
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
transmisión de señales puede tener mucho sentido en un determinado escenario, y ninguno en otro escenario
diferente. Además, para cada escenario se deben contemplar variables relativas a los usuarios, tales como su
cultura organizacional y sus diferentes perfiles. En este sentido también cabe destacar que, por definición, en los
servicios de e-Salud la información se encuentra descentralizada. Existe una separación entre quién efectúa las
pruebas y entre quiénes las interpretan, lo que además de conllevar cambios organizacionales es clave para la
transmisión de ECO, al ser ésta una prueba en la que su interpretación depende en buena medida de la persona
que la ejecuta. También hay que considerar las características técnicas del contexto de implementación: los
hospitales suelen padecer desfases tecnológicos, y además los fallos técnicos no son un tipo de error asumible en
su ámbito.
Por último, destacar la importancia de compartir información de forma integrada mediante la historia clínica
compartida. En este sentido, se debe poder compartir, transmitir y consultar la información en cualquier tipo de
soporte (imagen estática, video, texto).
Una vez se seleccione el escenario más idóneo para la observación participante, el análisis contextual y la
recogida de requisitos de usuario deberá determinar con exactitud quiénes son los usuarios y sus perfiles, las
tareas que realizan, las características de su contexto y la información a transmitir/compartir.
Conclusiones
Siguiendo metodología cualitativa desde la perspectiva DCU, se han explorado los niveles asistenciales de un
servicio de telecardiología desde un punto de vista tecnológico y de usuario. De los análisis realizados se ha
obtenido una serie de requisitos de usuario que permiten seleccionar el escenario más adecuado y definir los
parámetros óptimos del diseño del sistema.
Agradecimientos
Este trabajo ha recibido el apoyo de proyectos de la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT)
y los Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER) TSI2004-04940-C02-01.
Referencias
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
KneeMeasurer. Un Interfaz Vestible para la Medida del Ángulo de las
Articulaciones
Resumen
Cristobal Raya, Marc Torrent, Jordi Parera, Cecilio Angulo, Andreu Català
CETpD – Centre d’Estudis Tecnològics per a la Dependència
GREC-UPC – Universitat Politècnica de Catalunya,
La meta principal en la unidad del CETpD (Centro Tecnológico para la Dependencia) es diseñar servicios
médicos accesibles para usuarios dependientes. Presentamos en este artículo un método novedoso para la
medida de ángulos de las articulaciones humanas, específicamente medidas en la rodilla, en ambientes interiores
y al aire libre usando un interfaz gestual vestible. El dispositivo KneeMeasurer consiste en dos módulos,
denominados Unidades Hardware Inteligentes, dotadas con un acelerómetro biaxial, un elemento de procesado
de señales y un componente de comunicación inalámbrica. Los acelerómetros se utilizan comúnmente para
detectar los movimientos de la pierna para supervisar el caminar del usuario en su vida de cada día. Los ángulos
de las articulaciones se calculan directamente en las unidades de proceso situadas en los nodos del
KneeMeasurer y esta información es enviada por comunicación Bluetooth a un dispositivo tipo PDA. Como
primer uso de esta red de sensores se realiza la supervisión en línea totalmente inalámbrica del ángulo de la
rodilla.
1. Introduction
La sociedad española exige como bien universal disponer de los servicios necesarios y accesibles de cuidado de
la salud para usuarios con dependencias. Con objeto de cuidar de estas necesidades, el Laboratorio de
Computación Ubícua (LabCU), una unidad de investigación del Centro de Estudios Tecnológicos para la
Dependencia (CETpD), diseña y desarrolla una arquitectura de control para una red de sensores corporales
capaz de ser puesta en ejecución en forma de un interfaz vestible para la supervisión del caminar de un usuario
en su vida cuotidiana. Este primer proyecto de desarrollo crea conocimiento tecnológico novedoso así como las
herramientas tecnológicas necearias para atender a usuarios con dificultades de movilidad que necesitan de
supervisión médica.
Los temas principales de la investigación se centran: en el desarrollo de estructuras de control novedosas que se
utilizarán en las redes de sensores corporales para la supervisión del caminar y de la postura (los elementos
físicos vestibles); en la evaluación de técnicas para el movimiento autónomo de vehículos robóticos de ayuda a
la movilidad; y en el diseño de una métrica de evaluación para cualquier sistema de movilidad desde el punto de
vista biomédico: físico, midiendo y analizando los parámetros corporales de los individuos como las actividades
cerebrales, cardíacas y respiratorias, y psicológico, evaluando y analizando emociones, sensaciones y la
experiencia del usuario.
En este artículo presentamos un primer prototipo de KneeMeasurer, un dispositivo vestible diseñado para medir
ángulos de articulaciones humanas, en particular de la rodilla. En la sección 2 se presenta un estudio sesgado del
estado del arte para esta aplicación. La sección 3 se dedica a presentar nuestros nodos y sensores físicos
diseñados según nuestra idea de arquitectura de control. En la sección 4 se explica cómo se programan estos
nodos, se procesan las señales de los sensores y se utiliza la información para la medida en línea del ángulo de la
rodilla. Los resultados obtenidos y algunos ejemplos ilustrativos se exhiben en la sección 5. Finalmente se
enumeran en la sección las conclusiones del estudio y trabajo futuro relacionado.
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2. Trabajo Relacionado
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
El objetivo global de este trabajo es el desarrollo de una red de sensores corporales (BSN) para tratar de forma
ubicua personas con discapacidades motoras [1]. La meta final es mejorar su calidad de vida. En años recientes
se han venido desarrollando algunas redes corporales de sensores para la supervisión de usuarios [2]. Sin
embargo, hasta la fecha todos los estudios se caracterizan por: un análisis de datos off-line del usuario; entornos
de trabajo muy estructurados (en su casa, en un edificio de asistencia, un hospital, etc); los nodos sensores
apenas o no procesan información; se requiere de un PC conectado por cable para realizar un análisis en línea
[3, 4]. Esto provoca que la BSN necesite de un cableado engorroso, de modo que es solamente útil en ciertos
espacios bien estructurados. Además, los nodos son sensores pasivos y no poseen la capacidad para la biorealimentación
con el usuario, reduciéndose así su gama de usos.
Los sistemas microelectrónicos basados en acelerómetros, giroscopios o una combinación de ambos han
demostrado ser herramientas útiles para el análisis de la postura y del andar [5], así como en la supervisión de la
actividad física diaria [6], en el uso médico de diagnosis de caídas [7], en la supervisión de los procesos de
rehabilitación [8] y en la prevención de caídas [9].
La supervisión del comportamiento de las personas mayores para detectar un incidente importante tal como una
caída o un período largo de inactividad en su hogar se podría alcanzar mediante una red de sensores con
capacidad de medida en línea de la actividad diaria.
El conocimiento de la evolución del nivel de actividad física durante el día podría ser muy importante para tratar
pacientes con enfermedades crónicas. Las conclusiones basadas utilizando cuestionarios o entrevistas son
subjetivas y muchas veces difieren de la evaluación clínica. Así, es necesario disponer de un sistema objetivo
capaz de determinar cambios significativos en los patrones diarios de la movilidad. Una solución alternativa que
usa un acelerómetro tri-axial con un sistema de procesado de datos se presenta en [10].
Los parámetros del paso y del balanceo se han revelado como buenos predictores de caídas. Guimaraes [11]
encontró que el andar de personas mayores que cayeron tenía unas características distintivas de velocidad
reducida, longitud corta del paso, anchura estrecha del paso grande, una amplia gama de frecuencias en el
caminar, una variabilidad grande en la longitud del paso y un aumento de esta variabilidad con el aumento de
frecuencia. Por lo tanto, un sistema para la prevención de caídas debe poder recoger las características
antedichas del andar con un máximo de fiabilidad, en línea, incorporando un procesado de datos capaz de
aprender y de adaptarse a cada usuario. Estas características del sistema se deben combinar siempre con un
diseño accesible al usuario y un funcionamiento robusto y confiable.
Un primer paso hacia un sistema de prevención de caídas o un sistema de supervisión de la actividad diaria es
capturar medidas en tiempo real exactas de cualquier articulación como la rodilla, el tobillo o la cadera. Los
trabajos recientes de K. Aminian [12, 13] presentan avances significativos en la medida de ángulos de
articulaciones y calculan la orientación del miembro usando una combinación de acelerómetros y de
giroscopios. Nosotros presentamos en este trabajo una solución que está un pasó más allá que la presentada por
K. Aminian y colaboradores, en el sentido de usar los nodos inteligentes en los sensores que exhiben
información de alto nivel en línea sobre el ángulo de la articulación.
3. Nodos inteligentes
Esta investigación se centra en el desarrollo de una red innovadora de sensores corporales (BSN), donde los
nodos sensores disponen de la capacidad de tratamiento de la información en línea, de comunicación
inalámbrica y una interacción eficaz con el usuario (bio-feedback). Será importante dotar a los componentes con
capacidades de aprendizaje para lograrr la adaptación del ambiente al individuo, y no a la inversa.
3.1. Arquitectura de control
La hipótesis inicial para este tipo de BSN se ha propuesto recientemente en trabajos como por ejemplo [14, 15].
La idea es que, en redes distribuidas de sensores, la necesidad de un coordinador general se limita o consigue ser
eliminada si cada nodo de la red de control se construye en base de un procesador lógico y todos cooperan. Es
éste un concepto modular de la percepción. En este trabajo construimos una arquitectura cooperativa de red
sobre unidades hardware inteligentes ("IHU") para conformar el BSN. Cada dispositivo de hardware (sensor o
actuador) tendrá asociado un procesador capaz de generar decisiones a partir de los datos disponibles y de enviar
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
la información a la red. Las decisiones tomadas por los algoritmos desarrollados en los procesadores encajados
en estos elementos y los datos importantes recogidos a través de los dispositivos serán accesibles a la red entera
mediante comunicación inalámbrica y visibles desde el ambiente exterior (si es requerido a través de una
entrada externa). Esta tratamiento de la información en línea en los nodos de la red de sensores corporales
permitirá bio-feedback con el usuario, así como la adaptación de la red a sus necesidades. De la misma manera
es deseable, pero no obligatorio, la necesidad de un PC o una PDA para la tratamiento de la información
externa.
Además, en el paso del tratamiento de la información, las reglas de adaptación usadas (aprendizaje) deben servir
al ambiente asistido para mejorar su funcionamiento de maneras múltiples: (a) introducir el nuevo conocimiento
(hechos, reglas, comportamiento) en el sistema; (b) generalización de conceptos de ejemplos múltiples; (c)
especialización de conceptos a partir de ejemplos concretos; (d) reorganización de la información dentro del
sistema en una forma más eficiente; (e) crear o descubrir nuevos conceptos; (f) reutilización de la experiencia
[16].
3.2. El prototipo
El prototipo desarrollado para la medida del ángulo de la articulación consiste en dos nodos sensores, con 2
acelerómetros cada uno. Los dos nodos se disponen en una posición conocida respecto a la pierna. Los
acelerómetros usados son los ADXL203 de Analog Devices. Son acelerómetros biaxiales de precisión con una
escala de ±1.7 g. Ajustando la anchura de banda de trabajo de los acelerómetros es posible alcanzar una
resolución de 13 mg, que representa un error medido típico de 0.8 grados de inclinación. Los acelerómetros
tienen dos salidas analógicas, una para cada eje, que están conectadas directamente con un convertidos
analógico digital. Los nodos están conectados por cable a una unidad de proceso que captura todas las medidas
del sensor, calcula el ángulo de la rodilla y lo envía a un PC de escritorio, a una computadora portátil o una PDA
por comunicación Bluetooth. La unidad de proceso se ha desarrollado en nuestro laboratorio basada en una
experiencia previa [17] trabajando con nodos BSN desarrollados por el Imperial College de Londres. La CPU
del BSN es una MSP430 de Texas Instruments, un microcontrolador de 16-bits que trabaja a 8MHz y con una
memoria Flash de 512Kb. Para la captura de las señales analógicas, el nodo incluye un convertidor A/D
multiplexado de 6-canales a 12-bits. En nuestro prototipo la CPU del nodo del KneeMeasurer es una unidad de
bajo consumo dsPIC30F3012, basado en una arquitectura modificada Harvard, instrucciones de 24-bits, 16-bits
de datos, hasta 30 MIPS de operación (a 40 megaciclos de entrada del reloj externo, pero estamos trabajando en
14MHz) y con una memoria Flash de 24Kb. Las características analógicas incluyen 8 convertidores A/D de 12bits,
200 Ksps para la captura de señales. Esta CPU se ha elegido principalmente por su capacidad para ocuparse
rápidamente de instrucciones de procesado de señales.
Nuestro nodo IHU incluirá en su etapa final, demigual forma que el nodo BSN del Imperial College, un
transmisor-receptor ZigBee de bajo consumo de energía para comunicarse con un elemento externo mediante un
protocolo IEEE 802.15.4. Las razones de utilizar una comunicación radio ZigBee son su consumo de energía
bajo y su alta tarifa de transferencia de datos. Dos módulos se han puesto ya en ejecución, uno primero con
información que envía con el protocolo de ZigBee a un PC de escritorio, y un segundo con una comunicación
Bluetooth, usado porque la PDA no puede tratar por el momento el protocolo de ZigBee.
Figura 1. Diagrama funcional del ADXL202E.
El consumo de energía es un factor crítico en dispositivos inalámbricos, aún más si el tamaño del sistema es
también un parámetro importante. Los sensores deben ser elegidos con el consumo de energía como premisa.
Cada acelerómetro consume cerca de 0.6 mA en operación normal, y los giroscopios consumen 4 mA
aproximadamente cada uno. Por esta razón, se ha intentado reducir al mínimo el consumo de cada parte del
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diseño eliminando el uso del giroscopio. Un elemento crítico también a considerar debido al coste energético es
el microcontrolador.
La unidad de proceso dsPIC30F consume cerca de 22 mA en operación normal, y junto con ZigBee el módulo
transmisor consume cerca de 28 mA. El consumo de energía total del sistema en su operación normal está de
cerca de 31 mA, pero puede ser reducido usando interrupciones de la comunicación y situando el regulador del
micro en modo dormido durante los períodos de inactividad. En el caso de utilizar la comunicación continuada
de Bluetooth a una PDA, el consumo aumenta hasta un total de 65mA.
Otro factor a tomar en consideración es el tamaño del prototipo. Uno de los objetivos a lograr es alcanzar un
sistema lo menos molesto posible para el paciente que tiene que usarlo. Por tanto, intentar miniaturizar los
componentes es también una prioridad. En el prototipo real, las medidas de las placas de sensores de la
estructura deben estar entorno a 30x30mm y la placa del microcontrolador tendrá aproximadamente el mismo
tamaño.
4. Medida del ángulo de articulaciones
El método presentado para la medida de ángulos de articulaciones fue desarrollado por Dejnabadi et al. [12].
Utiliza una configuración mínima sensorial para alcanzar un modelo de dos dimensiones del movimiento de una
articulación. Una placa de sensores con un acelerómetro biaxial y un giroscopio se monta en cada segmento de
la articulación. Usando estos sensores es posible estimar la aceleración del centro de rotación de la articulación.
4.1. Análisis teórico y formulación
La técnica se sabaen la estimación de la posición de una palaca sensora virtual situada en un punto arbitrario C
(en nuestro estudio este es el centro de rotación de la articulación) respecto a una posición conocida de una placa
sensora real situada en un punto P (ver Figura 2). La placa sensora virtual en el punto C está en una orientación
arbitraria respecto al nodo sensor real. El vector r es la distancia entre los dos puntos, y �, � representan la
orientación de los nodos sensores real y virtual respecto al vector r.
Cada acelerómetro retorna dos aceleraciones, Sx para el x-eje y Sy para el y-eje. Estas aceleraciones son lecturas
de la gravedad, por lo que varían linealmente respecto a la variación de giro del sensor. La velocidad angular del
punto C se calcula directamente mediante las lecturas del giroscopio que mide de forma directa la velocidad
angular �.
Para simplificar los cálculos, los segmentos fueron considerados como cuerpos rígidos. De esta forma el
movimiento puede ser dividido en movimiento lineal del punto de referencia P, y movimiento angular del
segmento entorno a él. La relación entre las lecturas del sensor virtual, S’x, S’y, y el nodo sensor real están
afectadas por las matrices de rotación de los ejes de las coordenadas del los nodos sensores real y virtual en
relación a la dirección del vector r y la aceleración r’’.
La derivada segunda de r expresa el efecto de la rotación pura entorno al punto P. Este último término puede ser
expandido en las componentes normal y tangencial de las aceleraciones angulares. Ahora el movimiento de
rotación se puede expresar en función de la velocidad angular, el cual puede medirse directamente con el sensor
girocópico.
La ecuación que relaciona las lecturas de los nodos sensores real y virtual se puede simplifcar si se considera
que las matrices de rotación implicadas son iguales.
En nuestro prototipo, los nodos sensores real y virtual están situados a una distancia r, pero la orientación de los
dos puntos no varía. Por ello, los ángulos � y � pueden ser considerados iguales y así las matrices de rotación.
Con estas consideraciones la ecuación resultante se simplifica.
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S y '
ω
C
α
r
S y
β
S x '
P
Figura 2. A physical sensor board on point P and its virtual projection on point C.
Para medir el ángulo de la articulación, se necesita la combinación de dos nodos sensores (ver Figura 3), por lo
que las expresiones en las ecuaciones precedentes se duplican. Se obtienen cuatro señales de posición, S’x1 y
S’y1 son las lecturas del primer sensor virtual, y S’x2 y S’y2 las lecturas del segundo.
Para calcular el ángulo de la articualción se pueden convertir los vectores del x-eje (S’x) y del y-eje vector (S’y)
a un vector en coordenadas polares utilizand la función arco tangente. Finalmente, los ángulos de inclinación de
cada nodo sensor se calculan como una combinación de las lecturas de los ejes x e y. El ángulo de la articulación
� es la substracción de los dos ángulos de inclinación.
4.2. Adquisición de señal y procesado
Un dsPIC se utiliza para realizar los cálculos, para procesar la señal y para transmitir los datos inalámbricamente
a una PDA o a un PC. El programa principal del dsPIC ejecuta periódicamente una serie de operaciones:
Adquisición de la Señal; Filtrado de la Señal; Cálculo del Ángulo; Transmisión de Datos.
Figura 3. The prototype with the position of the real and virtual sensor boards.
La primera operación del programa es adquirir las señales de los datos de los acelerómetros con los
convertidores analógico a digital. Cuatro puertos se utilizan para adquirir los dos ejes de cada acelerómetro y en
S x
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cada ciclo se toman doce medidas en períodos de tiempo equidistantes, y se almacenan en la memoria interna
del dsPIC.
Una vez que el dsPIC tiene un conjunto de medidas, aplica un filtro finito de respuesta a impulso (FIR) a los
datos, así que la parte principal del ruido en la señal se desecha. El filtrado de la señal es una pieza esencial para
una unidad hardware inteligente pues permite trabajar solamente con las señales útiles y desestimar las fuentes
de error principales tales como ruido, sesgo y otros errores implícitos del acelerómetro. Las capacidades de
procesado de señal de los datos (DSP) del dsPIC se utilizan para realizar el filtrado, así que el tiempo del
cómputo se reduce al mínimo. El filtro puesto en ejecución es un filtro pasa-bajos diseñado con una frecuencia
de banda pasante de 7 hertzios y una frecuencia de parada de banda pasante de 10 hertzios (véase la Figura 4).
La ventaja de usar un filtro por software es que no hay necesidad de componentes de hardware adicionales así
que el tamaño físico de los módulos de hardware está reducido al mínimo. Pero hay también una desventaja
importante, el retraso introducido por el tiempo de cálculo del filtro. Es necesario encontrar el equilibrio entre el
nivel de filtrado necesitado y el máximo retardo permitido para el desarrollo en uso.
Una vez que se filtran los datos, el paso siguiente es aplicar los cálculos descritos en la sección 4.1. Para cada
acelerómetro, se calcula el ángulo de la inclinación de su posición virtual. Si se asume que la posición de los
acelerómetros es sabida y las distancias y los ángulos entre los acelerómetros verdaderos y virtuales también son
conocidos, podemos introducir muchos parámetros de la formulación como constantes. Esto simplifica el
cálculo realizado por el dsPIC y reduce el tiempo de cómputo. Las ecuaciones del cálculo para determinar los
ángulos de la inclinación se pueden descomponer en operaciones matemáticas y trigonométricas simples tales
como productos, divisiones, cosenos y operaciones con la tangente, que gracias a las características especiales
del dsPIC se pueden realizar en un tiempo mínimo. Una vez los ángulos de la inclinación son conocidos, una
operación trigonométrica simple basta para calcular el ángulo de la articulación de la rodilla.
Figura 4. Filtrando de ruido.
En cada ciclo de programa se obtienen doce medidas del ángulo y se transmiten a un dispositivo externo. La
transmisión se realiza usando el módulo asincrónico universal de transmisión-recepción (UART) del dsPIC
conectado con un transmisor-receptor externo de Bluetooth. Este transmisor-receptor puede emular un puerto
serie sobre la comunicación inalámbrica, por lo que no existe ninguna necesidad de gestionar protocolos de
comunicación.
Para cada ángulo medido, se transmite un frame de datos. Este frame de datos contiene el valor del ángulo de la
rodilla, el ángulo de la inclinación de cada acelerómetro, y un valor del tiempo del instante de la medida. Se
utiliza un algoritmo de compresión de datos así que cada frame es de 12 octetos, capaces de contener de largo
toda la información. Esto permite altas velocidades de transmisión de los datos a pesar de la anchura de banda
limitada de la comunicación serie.
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Cerca de 30 medidas se transmiten cada segundo en períodos de tiempo de cerca de 30 milisegundos. Esta
frecuencia de medidas asegura que cada posible movimiento hecho por un sujeto pueda ser supervisado con un
alto nivel del detalle.
5. Resultados
Para analizar y presentar los datos transmitidos del módulo, s eutilizó el paquete de software de Labview.
Labview proporciona un interfaz gráfico de programación fácil de utilizar y una gran flexibilidad para
desarrollar sus propios algoritmos. También proporciona ayuda para varias plataformas. El software
desarrollado ha sido realizado sobre dos diversas plataformas, una para PC que funcionaba sobre Windows XP
y otra para PDA que funcionaba sobre Palm OS.
Figura 5. Aplicación de supervesión sobre PC con Windows XP.
La versión del software para PC (Figura 5) es más completa que la versión en PDA, ya que ha tenido que ser
simplificada por razones de capacidad de cómputo (Figura 6). El PC se comunica con el módulo de IHU a través
de un módulo estándar del PC de Bluetooth y la conexión es controlada por el dsPIC, así que cuando se lanza el
programa del PC, la transmisión de datos comienza automáticamente. Los datos recibidos son el ángulo de la
rodilla, el ángulo de la inclinación de los dos acelerómetros y el tiempo de la adquisición. Con esta información
analizamos la frecuencia de las medidas, el error relativo del ángulo, y supervisamos la evolución del ángulo
con respecto al tiempo mediante gráficas. Gracias a la información del ángulo de la inclinación de los
acelerómetros podemos también mostrar una representación gráfica de la posición del muslo y de la pierna.
Toda esta información gráfica facilita la interpretación de los datos recibidos.
Figura 6. Aplicacioón de supervisión para PDA Palm OS.
Para hacer el sistema el software portable, se ha realizado un desarrollo similar en una PDA. La PDA usada en
las pruebas es una Palm TX que integra las comunicaciones Bluetooth. El software desarrollado es muy similar
al anterior, pero solamente la información más relevante se presenta en la pantalla; ésta incluye la inclinación y
los ángulos de la rodilla, y una representación gráfica del ángulo final con el tiempo.
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Un estudio del error medido de los ángulos ha sido hecho calculando la media y las desviaciones estándar de las
medidas. Para el estudio se utilizó un medidor de ángulo con una precisión de 0.1 grados, y todas las medidas
fueron hechas en posiciones estáticas.
Los resultados se muestran en la Tabla 1; en ella puede observarse que la media de las medidas es
perceptiblemente diferente comparada con el valor verdadero, pero la desviación estándar demuestra una alta
capacidad de repetición de esos valores. Esto significa que las medidas tienen un cierto error absoluto, pero que
son precisas.
Ambos softwares, el del PC y el de la PDA, incluyen un algoritmo de detección y corrección de error que
elimine el error absoluto en una fase de calibración del sistema, anterior a su función normal. El error restante
no puede ser corregido. Este error relativo en casi todas las medidas es más pequeño de 0.5 grados, que se puede
considerar un buen resultado de precisión para los usos posibles del prototipo. Aunque son positivos los
resultados, en el estudio eran conocidas con exactitud las posiciones de los acelerómetros respecto al centro
común de la rotación. En un experimento verdadero con un usuario, las distancias entre el sensor verdadero y
virtual no podrán ser medidas con tal precisión, así que se espera que el error sea más significativo.
Real Medido Error Medido Error
SD
SD
10 12.64 0.75 11.72 0.29
30 32.51 0.31 30.59 0.27
50 52.80 0.26 49.16 0.28
70 69.19 2.05 68.71 0.20
90 91.87 0.30 87.71 0.29
110 112.50 0.57 108.32 0.30
130 130.67 0.31 127.66 0.22
150 151.23 0.28 149.30 0.26
170 170.95 0.18 169.06 0.19
Table 1. Medias de los ángulos medidos versus el ángulo real y desviación estándar. (Izquierda) Muslo fijado y
pierna en movimiento. (Derecha) Pierna fijada y muslo en movimiento.
6. Conclusiones y trabajo futuro
El método presentado para la medida de ángulos de la rodilla utilizando sensores fijados al cuerpo es una
manera válida de tomar medidas precisas de los ángulos de las articulaciones. Puede ser modificado con
facilidad para medir el ángulo de otras articulaciones corporales, como los codos. Las caracterísitcas clave del
diseño son su tamaño reducido y su capacidad de trabajar inalábricamente. Las piezas sensoras del prototipo que
están adheridas al pacientes consisten en tres placas de circuitos y una batería. El tamaño de cada placa es de
unos 30x30mm y existe la posibilidad de una miniaturización aún mayor. El otro punto clave del método es la
no necesidad de cableado sobre el paciente que viste los sensores. La operación inalámbrica ha sido testada con
éxito en rangos de entre 10 y 20 metros. Durante las pruebas realizadas (ver Tablas 1 y 2) se han conseguido
medidas precisas. El error medio de las medidas de ángulos estáticos oscila entre ±0.5º y ±3º respecto al ángulo
real. Sin embargo, observando la desviación estándar del error, se comprueba que toma valores reducidos,
entorno a ±0.3º.
El plan de trabajo futuro es continuar integrando el sistema para reducirlo aún más y hacerlo portable. Uno de
los objetivos es eliminar las conexiones de cable entre la placa del microprocesador y la del sensor. Una forma
de conseguirlo es usar un microprocesador por nodo sensor y utilizar comunicaciones inalámbricas para
sincronizarlas. Minimizar el error de las medidas es también un punto de mejora para próximos prototipos.
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Agradecimientos
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Este trabajo ha sido financiado parcialmente por el proyecto ADA (DPI2006-15630-C02-01) del Ministerio de
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Pervasive, 2005. 8-13th May 2005, Munich, Germany.
[4] A. Salarian et al., “Gait assessment in Parkinson’s disease: Toward an ambulatory system for long-term
monitoring”, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 51 (8), pp. 1434 – 1443, 2004.
[5] K.Tong, and M. H. Granat, “A practical gait analysis system using gyroscopes”, Medical Engineering &
Physics, Vol. 21, pp. 87-94, 1999.
[6] C.V.C. Bouten, K.T.M. Koekkoek, M. Verduin, R. Kodde, and J.D. Jansen, “A triaxial accelerometer and
portable data processing unit for the assessment of daily physical activity”. IEEE Transactions of Biomedical
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[7] M. Prado, J. Reina–Tosina, and L. Roa, “Distributed intelligent architecture for falling detection and
physical activity analysis in the elderly”. Proceedings of the Second Joint EBMS/BMES Conference. Houston,
TX, USA, 2002.
[8] K. Aminian et al., “Evaluation of an ambulatory system for gait analysis in hip osteoarthritis and after total
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[9] K. Doughty, and K. Cameron, “Continuous assessment of the risk of falling using telecare”, Journal of
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[10] M.J. Mathie, J. Basilakis, and B.G. Celler. “A system for monitoring posture and physical activity using
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[11] R.M. Guimaraes, and B. Isaacs. “Characteristics of the gait in old people who fall”, International
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[12] H.Dejnabadi, B.M. Jolles, and K. Aminian, “A new approach to accurate measurement of uniaxial joint
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Engineering, Vol. 52, nº 8, August 2005.
[13] H.Dejnabadi, B.M. Jolles, E. Casanova, P. Fua, and K. Aminian, “Estimation and visualization of sagital
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Engineering, vol. 53, nº 7, August 2006.
[14] R. Téllez, and C. Angulo, “Evolving Cooperation of Simple Agents for the Control of an Autonomous
Simple Robot”, Proc. 5th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles (IAV2004), Lisbon, Portugal,
2004.
[15] C. Angulo, R. Téllez, and D. Pardo, “Highly Modular Architecture for the General Control of Autonomous
Robots”, Lecture Notes in Computer Sciences, 3512, pp. 617-624, 2005.
[16] L. González, C. Angulo, F. Velasco, and A. Català, “Unified dual for bi-class SVM approaches”, Pattern
Recongnition, Volume 38, Issue 10, pp 1772-1774. Elsevier B.V., 2005.
116

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
[17] C. Raya, M. Torrent, J. Parera, and C. Angulo, “Accurate measurement of knee angles. A prototype”,
Technical report ESAII-UPC, Universitat Politècnica de Catalunya, 2006.
[18] C. Raya, M. Torrent, J. Parera, C. Angulo, “Diseño de elementos hardware inteligentes para monitorización
corporal inalámbrica on-line”, Proc. 2nd International Workshop on Ubiquitous Computing & Ambient
Intelligence, Puertollano, España, 2006.
117

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Servicio de Gestión de Información Remota para las Actividades de la Vida
Diaria, Adaptable a Usuario (SIRAU)
Carlos Pérez, Andreu Català, Marta Díaz Mónica, Celma Mónica, Solana Joan Cabestany
Resumen
Universitat Politècnica de Catalunya
Centre d’Estudis Tecnològics per a la Dependencia
Laboratorio de Usabilidad
Grup de Recerca d’Enginyeria de Coneixement
Arquitecturas Hardware Avanzadas
El proyecto, denominado Servicio de Gestión de Información Remota para las Actividades de la vida diaria,
adaptable a Usuario (a partir de ahora SIRAU), nace con la idea de poder utilizar las tecnologías de
identificación por radiofrecuencia (desde ahora RFID) conjuntamente con dispositivos móviles (PDA teléfonos
móviles) o fijos (RFID+Microprocesador) para aplicaciones de caracterización de objetos comunes en la vida
diaria (medicinas, alimentos, ropa, utensilios,…) con el fin de facilitar su uso y mejorar su eficacia y seguridad
obteniendo así una mejora de calidad de vida tanto de los propios usuarios como también de su entorno familiar
y social.
Introducción
La aparición de un déficit corporal (visual, auditivo, motriz, etc.) debido a una enfermedad, accidente o
simplemente el propio ciclo vital, conlleva la generación de un conjunto de limitaciones en las actividades
cotidianas, que se traducen en una restricción de la participación de colectivos de discapacitados o mayores en la
sociedad, produciéndose, además, una dependencia de terceros. El Centro de Estudios Tecnológicos para
Personas con Dependencia (CETPD) de la Universidad Politécnica de Catalunya integrado en el Consorcio de
Servicio a las Personas de Vilanova i la Geltrú (CSP) tiene como objetivo fundamental la investigación y la
creación de soluciones tecnológicas centradas en la mejora de la calidad de vida de las personas, especialmente
las que mas lo necesitan, mayores y discapacitados. Dos áreas de trabajo focalizan nuestra atención: en primer
lugar, la Monitorización, Diagnosis y Prevención de Caídas, proyecto subvencionado por el Ministerio de
Educación y Ciencia (MEC) y la Generalitat de Catalunya, y que realizamos conjuntamente con el equipo de
geriatras de la Fundación Hospital Comarcal Sant Antoni Abad de Vilanova i la Geltrú y en segundo lugar los
Sistemas de Identificación Adaptables y con Acceso Remoto, proyecto subvencionado por el Ministerio de
Trabajo (IMSERSO). Es en este último ámbito en que se encuentra centrado el presente artículo.
118

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
El proyecto, denominado Servicio de Gestión de Información Remota para las Actividades de la vida diaria,
adaptable a Usuario (a partir de ahora SIRAU), nace con la idea de poder utilizar las tecnologías de
identificación por radiofrecuencia (desde ahora RFID) conjuntamente con dispositivos móviles (PDA teléfonos
móviles) o fijos (RFID+Microprocesador) para aplicaciones de caracterización de objetos comunes en la vida
diaria (medicinas, alimentos, ropa, utensilios,…) con el fin de facilitar su uso y mejorar su eficacia y seguridad
obteniendo así una mejora de calidad de vida tanto de los propios usuarios como también de su entorno familiar
y social.
El proyecto nace con la idea de poder utilizar estas nuevas tecnologías, cada vez más presentes en nuestra vida
cotidiana, para ayudar a las personas. El gran avance de las tecnologías de identificación por radiofrecuencia
(desde ahora RFID) fue la que nos pareció más relevante. El grupo de trabajo se planteó las posibilidades e
implicaciones que ofrecía una tecnología de este tipo.
La estrategia seguida por el equipo de trabajo consistió en comenzar con un diseño para un colectivo específico,
discapacitados visuales y a partir de esta experiencia ampliar el espectro de usuarios.
Un aspecto muchas veces olvidado o como mínimo poco considerado en el momento de concebir una solución
tecnológica, es cómo determinados aspectos del diseño actúan sobre las percepciones y, finalmente, sobre el
comportamiento de los usuarios usuario dado consigue unos objetivos utilizando un determinado artefacto. Por
el contrario, la experiencia de uso o experiencia del usuario supone una integración de las acciones del usuario,
con lo que siente, y con el resultado que obtiene. Así pues, los dispositivos han de ser no sólo útiles, sino
deseables. Es más probable que las personas acepten y adopten los dispositivos bien diseñados -deseables-,
porque simultáneamente atienden sus necesidades funcionales, emocionales y sociales.
En todas las líneas de decisión del proyecto se ha procurado incorporar el diseño orientado a usuario, dónde se
les da a los potenciales usuarios un gran peso en el proceso de decisión [1]. En la actualidad se ha finalizado ya
la primera etapa del proyecto, que denominamos SAPIENS (IMSERSO 106/5) que, dentro de este marco,
orientado al déficit visual, nos ofrece un sistema de etiquetaje inteligente formado por dispositivos autónomos,
que se comunican con un sistema interfaz con el usuario, de forma amigable, para la identificación e
interactuación para cualquier tipo de objeto de la vida cotidiana.
Imagen 2. Diagrama de circuito básico de una etiqueta pasiva y un lector
[2]. Sabemos que determinados atributos del diseño de las tecnologías asistenciales provocan ciertas emociones
y percepciones, que influyen, a veces positivamente y otras negativamente, sobre el comportamiento del
usuario.
Usar un producto o utilizar un servicio es una experiencia con una dimensión emocional. La interacción con un
producto –más o menos “tecnológico”- va unido a una experiencia afectiva: sensaciones, sentimientos,
valoración, satisfacción, relacionadas con el propio producto, y con nosotros mismos. La experiencia de uso es
119

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
una expresión que va más allá del concepto de usabilidad entendida como facilidad de uso y que se refiere,
sobre todo, al grado de eficacia, eficiencia y satisfacción con que un 2. Primera Fase: SAPIENS
El proyecto SAPIENS tenía como objetivo concreto desarrollar un sistema de etiquetaje formado por
dispositivos autónomos que se comunicaban con un sistema interfaz con el usuario.
Más que un proyecto desarrollado en un único sistema cerrado que solo funciona con unos determinados
elementos, SAPIENS tiene unas expectativas más globales. En este camino, el objetivo ha sido crear un sistema
donde se puedan integrar diferentes dispositivos hardware de etiquetaje, con independencia de marca o
característica y que por tanto todos puedan dar el mismo servicio al usuario.
Este primer proyecto se ha encaminado a presentar un dispositivo autónomo, operativo y comercial.
Los estudios realizados al inicio con grupos de usuarios -usuarios finales, cuidadores profesionales e informales,
y prescriptores- mostraron dos aspectos fundamentales, por un lado se coincide en que no debería ser un aparato
“especial” ni estigmatizante sino que debiera ser un sistema útil a cualquier persona. Por otro lado, se detectaron
una gran variedad de preferencias de uso y de capacidad de los usuarios, esto se tradujo a que el dispositivo
tendría que ser los más escalable posible.
Estos datos nos llevaron a pensar en un sistema de fácil adquisición y en el que se pudiesen implementar
soluciones diferentes según el grupo de usuarios. En este caso se pensó en un lector de etiquetas de
radiofrecuencia integrado en una Agenda Digital Personal (a partir de ahora PDA). Desde el punto de vista
técnico nos permitía desarrollar aplicaciones e interfaces de usuario escalables en diversos parámetros: cantidad
de información disponible, tipo de presentación, sistema de navegación y diferentes posibilidades de
comunicación inalámbrica. Por otra parte la PDA nos proporcionaba una base para poder ofrecer información a
los diferentes usuarios por distintos canales: voz, visual o táctil.
El proyecto ha estado claramente marcado por la tecnología de identificación por radiofrecuencia, las
características técnicas y, en gran medida, las físicas han venido determinadas por la selección y el estado del
arte de dicha tecnología [3][4]. El esquema básico de un lector RFID esta formado por un oscilador para excitar
y alimentar la etiqueta y un filtro pasa banda con un amplificador y demodulador para recoger la información
transmitida por la etiqueta, el último elemento básico del lector sería la antena. El esquema básico de una
etiqueta esta formado por una antena, un sistema de conmutación por transistores y diodos, y un chip que
controla la conmutación, que representa la parte que envía información, y la recepción de datos. El mismo chip
contiene en memoria la información de la etiqueta.
La tecnología de RFID más extendida en la actualidad es la que trabaja a 13,56 MHz “High Frecuency” (a
partir de ahora HF). Esta tecnología es la base del sistema de comunicación llamado NFC (“Near Field
Comunication”) Los primeros móviles con NFC ya están en el mercado y prometen una gran expansión de esta
tecnología. Esto hace augurar un gran futuro al NFC a medio plazo. Por otro lado esta visión nos hace ser muy
optimistas con este tipo de etiquetas. Si se corroboran las expectativas podríamos tener en breve terminales de
lectura RFID estandarizados, muy extendidos y de bajo precio. El principal inconveniente de esta tecnología es
su alcance. En los dispositivos comerciales consultados está entorno a los 5cm.
La otra gran tecnología dentro de la RFID, en la actualidad, es la que trabaja a 850-950 MHz “Ultra High
Frecuency” (a partir de ahora UHF). Esta tecnología está mucho menos extendida aunque actualmente es la que
tiende a expandirse más en los ámbitos industriales de la identificación debido a sus largos alcances (hasta 100m
en las últimas versiones). Esta tecnología también implementa un sistema de identificación estandarizado (el
EPC CIG2) que sería muy interesante a la hora de implementar un formato de datos estándar, transportable y
configurable. La gran ventaja de esta tecnología es que en los próximos años se impondrá en el ámbito
industrial y un gran número de productos vendrán con la etiqueta de fábrica, al igual que ahora vienen con
código de barras. Cada vez son más las empresas que están incorporando esta tecnología para mejorar el
rendimiento interno. Este tema lo retomaremos más adelante en este mismo artículo.
120

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Imagen 3. Fotografía del prototipo de SAPIENT
Debido a la incertidumbre creada por las características técnicas de cada tecnología, se decidió implementar dos
lectores, uno en HF y otro en UHF. De este modo se podría trabajar en un sistema donde se integrarían
diferentes tecnologías bajo una misma funcionalidad. Esta decisión nos ha permitido, básicamente, testar las dos
tecnologías y comprobar las ventajas para el usuario, tanto técnicas como de prestaciones.
Siguiendo con la línea del proyecto se consideró que un sistema basado en PDA era el soporte óptimo para el
desarrollo de la interfaz y como soporte para el lector. El uso de una PDA y de sistemas comerciales, como en
el caso del lector, confieren al proyecto el valor añadido de una estandarización, un coste mínimo y
probablemente una mayor aceptabilidad por parte del usuario final. Se habla de “aceptabilidad” porque a los
usuarios no se les estigmatiza ni se les obliga a comprar “aparatos especiales”. La PDA nos proporcionaba una
plataforma de diseño donde se pueden generar aplicaciones escalables, o sea que con un mismo programa se
puede ofrecer al usuario diferentes interfaces según el nivel y las capacidades de estos.
La PDA es una plataforma programable que nos brinda un elemento de desarrollo estándar con todos los pros y
contras que conlleva. Por otro lado, proporciona una herramienta de diseño flexible donde se puede desarrollar
una aplicación útil y portable a otros dispositivos. La PDA nos abre todo un abanico de posibilidades de
desarrollo de los diferentes elementos necesarios para conseguir los objetivos de SAPIENS: conectividad
inalámbrica e interfaz de voz.
Un debate que se planteó en el proceso de decisión fue la conveniencia de utilizar la PDA para usuarios finales
invidentes, pero se llegó a la conclusión que existen suficientes dispositivos, específicos o no, que pueden
facilitar el uso de la PDA por parte de usuarios invidentes y poder utilizar así todos los servicios que ofrece una
PDA comercial..
Las experiencias con los usuarios en los primeros estudios que se realizaron con los prototipos nos permitieron
desarrollar un interfaz de usuario basado en la experiencia y las preferencias de posibles usuarios [5]. La
problemática asociada al uso de una interfaz que es, principalmente, visual, como es un dispositivo PDA, es la
gran barrera con la que nos hemos topado y que hemos resuelto gracias a soluciones propuestas por los usuarios
y extraídas del estudio de las entrevistas realizadas [6].
Los estudios finales con los usuarios confirmaron las conclusiones a las que llegamos los técnicos, y que se han
incorporado a los objetivos de SIRAU, y es que la tecnología a seguir y en la que se tendrían que basar los
proyectos futuros es la UHF. Este factor contribuye también a que las empresas puedan participar del proyecto
con un coste mínimo para ellas.
SIRAU
SIRAU plantea crear un servicio que ofrezca al usuario la posibilidad de identificar un objeto cualquiera y que,
mediante el acceso automático a un sistema remoto, pueda obtener información referente al producto y
presentarla por el canal más adecuado. Con este proyecto se pretende ofrecer al usuario un servicio de ayuda en
las actividades cotidianas mediante la introducción de sistemas inteligentes en su entorno. El proyecto consta de
dos grandes líneas de trabajo, por un lado la implementación de diferentes modelos de lectores y por otro el
diseño e implementación de la infraestructura necesaria para ofrecer un servicio remoto de identificación global.
121

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Con el servicio remoto, el sistema proporciona la posibilidad de que el fabricante de un producto, el médico o el
farmacéutico (en caso de medicamentos) o terceras personas autorizadas puedan acceder a la información
relativa a un producto concreto y modificarla para ofrecer una información útil al grupo de interés.
De esta forma, por ejemplo siguiendo con el caso de los medicamentos, el farmacéutico podría añadir la
información de las horas de toma de un medicamento concreto en el momento de la venta, mediante un terminal
con acceso a la base de datos, que podría ser un ordenador con acceso a Internet. Así se conseguiría ofrecer un
servicio donde cualquiera de los terminales, adaptados a cada necesidad, compartiría un servidor común remoto
donde terceras personas podrían añadir información del producto etiquetado. Así el producto “hablaría” y
“explicaría” información de interés al usuario final. La flexibilidad del sistema propuesto permite adaptar la
información y el cómo exponerla de forma diferente según el usuario.
La integración de diferentes formatos de lectores, que se propone, atiende a ampliar las diferentes posibilidades
que se pueden presentar en lo referente a la movilidad del usuario; se prevé ampliar la gama de lectores de
tarjetas inteligentes a un modelo fijo donde el usuario acerque el producto para leerlo o donde un lector pueda
llegar a identificar el producto que coge el usuario. Estudios etnográficos indican que aspectos del diseño de las
ayudas tecnológicas, determinan, en primer lugar, que los usuarios las lleguen a adoptar, que las usen
eficientemente, y por último que realmente aumenten su calidad de vida.
Con este fin se propone ampliar la gama de los elementos que pueden leer etiquetas inteligentes para usuarios
con diferente déficit y hacerlos interactuar con el servicio remoto. De esta forma se conseguiría ampliar el grupo
de usuarios, que gracias a los estudios de SAPIENS hemos conseguido identificar en un grupo concreto, a
personas con otros tipos de déficit o motivaciones a los que les pudiese ser útil este sistema. Nos referimos a
ampliar el campo de usuarios a personas con problemas de comprensión y memoria e intentar que los usuarios
menos receptivos con las nuevas tecnologías, como la PDA, sean más receptivos al sistema y puedan también
beneficiarse. Para facilitar la interactuación, como segundo frente, se propone que el acceso a la información, de
todos los elementos de lectura de etiquetas inteligentes tengan la posibilidad de acceder inalámbricamente, si
fuese necesario, al servicio remoto para obtener la información de una etiqueta concreta y el producto al que va
asociado. La disponibilidad de la tecnología que se plantea desarrollar presenta innumerables aplicaciones
prácticas para todos aquellos ciudadanos con algún tipo de déficit visual y a personas con diversos grados de
dependencia.
En la primera etapa del proyecto del diseño de los sistemas adaptados se ha realizado un estudio de las
necesidades específicas y de contexto de uso en los posibles usuarios. Este estudio ha consistido en entrevistas y
grupos de discusión con usuarios de los colectivos de posibles grupos de interés, de ellas se han extraído las
necesidades, expectativas y las
En el diseño del servicio remoto se trabaja para conseguir que el nivel de aceptabilidad del usuario sea el
máximo posible. Esta etapa tenderá a ser transparente al usuario, con esto se quiere decir que la mayor parte del
tratamiento de la información no dependerá de él. Por ello es muy importante más que la seguridad, que será un
tema fundamental en el sistema, la percepción de seguridad y de control de la información.
imagen 4. Esquema conceptual de SIRAU
122

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Características técnicas y físicas de las plataformas a desarrollar. Los grupos de interés estarán formados, no
solo por los grupos de personas con necesidades especiales, como los usuarios finales, sino por las entidades
informativas, que son las personas, que no tienen porque tener necesidades especiales, que también pueden
acceder al sistema para aportar información. En estos estudios se intenta extraer el máximo de información del
posible grupo de interés para que el sistema se adapte al máximo a sus necesidades. De esta etapa y de las
conclusiones que se desprendan, dependerá en gran medida el nivel de aceptación del sistema por parte de los
colectivos en cuestión.
Se ha de tener en cuenta el tema de la capacitación, de intentar no suplir capacidades del usuario que no estén
mermadas e intentar que el usuario utilice al máximo sus propias capacidades. En el diseño de la arquitectura del
sistema se han tenido en cuenta todos estos datos obtenidos en la primera etapa. También se ha realizado un
estudio ergonómico donde se ha analizado las características del sistema para adaptarlo al máximo a las
expectativas y necesidades de los grupos de interés.
Para adaptar al máximo el grado de satisfacción que obtenga el cliente con el servicio, se ha elaborado un
estudio interno donde se analiza la aceptabilidad por parte del usuario. En este estudio se analiza la forma en la
que el usuario adquiere percepción de confianza y seguridad en un servicio. Aunque el sistema sea seguro y
efectivo es importante que el usuario tenga esta impresión. En este estudio se intenta aclarar que es lo que aporta
o refuerza esta impresión en el usuario, intentándolo aplicar al sistema. Por otro lado, con este estudio se
pretende aclarar el grado de control de la información que es cómoda y deseada por parte del usuario. Ésta se
refiere a evaluar desde que personas se desea que puedan tener acceso al mensaje de la etiqueta de un producto
que tiene en casa hasta si se desea un control completamente automático de la información.
3.1. Servicio Remoto
El servicio remoto se ha proyectado como un servidor que estará conectado a Internet al que se podrá acceder
desde cualquier máquina que tenga conexión. La propuesta de sistema pasa por mantener diversas bases de
datos a diferentes niveles del sistema. En la Imagen 5 se puede apreciar, claramente, como el sistema dispone
de tres bases de datos diferenciadas.
La primera base de datos, que se encuentra en la memoria del elemento interfaz, se guardará la base de datos
personal del usuario. Esta base está pensada para poder soportar la grabación de las etiquetas personales sin
necesidad de introducirlas en el servidor remoto, a su vez nos proporciona la ventaja de que el usuario pueda
introducir etiquetas de “Voz” y pueda mantener una base de datos reducida de acceso rápido con las etiquetas
que más se usan o las más recientes. La edición de etiquetas de “Voz”, sistema que ya implementa SAPIENS,
consiste en que el usuario puede asociar información a la etiqueta en forma de grabación de audio y que esta se
reproduzca cuando se identifique la etiqueta correspondiente.
.
123

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
La segunda base de datos se prevé que se encuentre en el sistema que conecte con Internet. Esta maquina
controlará la “caducidad” de los datos de la base de datos local e irá a buscar la renovación a Internet cuando
corresponda o cuando no posea información de una etiqueta concreta. Esta base de datos incorporará un sistema
de depuración y renovación de datos que mantenga la base de datos dentro de unos límites razonables de tamaño
y no se sacrifique velocidad. Esta base de datos es un punto crítico para que el sistema no sea extremadamente
lento ya que lanzar consultas a través de Internet puede suponer un tiempo excesivo.
Aunque una PDA pueda conectarse por si sola a Internet, se considera que esta máquina “puente” se hace
necesaria debido a que el coste energético de conectar un dispositivo portátil, como una PDA, a Internet y
mantener la base de datos de gran tamaño actualizada es excesivo para las características de las baterías
actuales. Por otro lado, hay que contar con las limitaciones de memoria que presentan actualmente las PDAs y
que limitan enormemente el tamaño y la velocidad de la base de datos. En un futuro no se descarta que sea el
mismo dispositivo portátil el que pueda ejercer las dos funciones.
Por último tenemos el servidor Global, a este servidor podrán acceder terceras personas, debidamente
autorizadas, a introducir la información global sobre los identificadores de producto. Éste, por otro lado, será el
servidor que mantenga la base de datos global a la cual accederán los servidores locales, bajo consulta
automática, para actualizar sus bases.
Debido a la elección de la tecnología UHF, esta estructura ha de poder integrarse dentro del sistema EPCglobal
[7] y no solo ser compatible sino que pueda aprovecharse de las ventajas de este estándar.
EPCglobal es una organización con la misión de “hacer que las compañías sean más eficientes permitiendo una
verdadera visibilidad de la información de los artículos a lo largo de toda la cadena de suministro”. Para ello,
desarrolla y supervisa la Red de Código Electrónico de Producto (EPC). Asimismo, EPCglobal proporciona la
asignación del Código Electrónico de Producto (EPC), que es un registro mundial de números para los
códigos electrónicos de producto en la cadena de abastecimiento. La red EPCglobal NetworkTM es un medio
seguro para conectar servidores que contienen información relacionada con los elementos identificados con
números EPC (“Electronic Product Code” o “Código electrónico del Producto”). Los servidores, denominados
Servicios de Información EPC (“EPC Information Services” o EPCIS), se encuentran unidos mediante un
sistema de servicios de red.
Cada participante en la red EPCglobal NetworkTM almacenará información relevante relacionada con números
EPC específicos en sus propios servidores EPCIS. En una serie de situaciones, las bases de datos aportarán la
información necesaria. En caso contrario, está operación activará entradas en registros electrónicos indicando
que un servidor EPCIS concreto contiene información sobre un número EPC determinado. Cuando un usuario
realice una consulta a la red EPCglobal NetworkTM, ésta enviará la consulta a los Registros, que responderán
con la información requerida a varios EPCIS. Los servicios llevarán a cabo las transacciones básicas, como la
localización de información en un elemento etiquetado (en inglés “Object Name Service” u ONS: Servicio de
Nombre del Producto), la identificación de la localización de un elemento etiquetado en una cadena de
suministro, así como la realización de funciones de rastreo y seguimiento de valor añadido, como la
identificación del origen de un elemento.
3.2. Diseño de sistemas adaptados
En esta línea de trabajo se ha procurado atender la necesidad de un gran grupo de usuarios potenciales que, o
bien no tienen una gran motivación en el uso de un sistema como el propuesto, o bien aunque sí que exista esta
motivación, no están capacitados, por múltiples motivos, para el uso de SAPIENS. Por este motivo nos hemos
propuesto crear un sistema base del cual podamos generar diversas versiones de lectores que puedan adaptarse
específicamente a un grupo concreto de usuarios.
El sistema base estará compuesto por un procesador ARM9 como centro “operativo” del sistema. Estos
procesadores son los que se implementan en las PDAs actuales y ofrecen un gran potencial y una gran
versatilidad. Con un procesador de estas características podremos diseñar un sistema modular que se adapte a las
diversas posibilidades que se nos presentan.
124

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Por ejemplo, una posibilidad será crear un lector de pared el cual, acceda a las diversas bases de datos en cuanto
se le acerque un producto etiquetado. En este caso, y dependiendo de la capacitación del usuario, podríamos
crear un sistema con o sin base de datos local. Sí se considera que el usuario esta capacitado se puede añadir, por
ejemplo, una interfaz de comunicación, donde se puedan modificar etiquetas e incluso, con la incorporación de
un micrófono, añadir la opción de grabar etiquetas con voz.
Si la capacitación del usuario es menor, por el motivo que sea, podemos omitir esta parte y crear un sistema
automático, el cual, al leer una etiqueta, realice una consulta automática y presente la información. Otro campo a
tener en cuenta es la presentación de la información, en este caso y aunque el sistema SAPIENS este dirigido a
invidentes, podemos añadir información por canal visual en una pantalla para ciegos parciales o usuarios sordos
y se podría llegar a presentar la información en tablas Braille electrónicas. Con esta filosofía, estaremos en
disposición de llegar a un gran número de usuarios que puedan tener o no déficit físicos o psíquicos.
El objetivo de esta línea del proyecto es crear un sistema escalable que pueda ofrecer desde una amplia gama de
prestaciones hasta un número muy reducido. La parte fundamental del sistema, como hemos comentado, es un
procesador ARM9 y se están incorporando una serie de módulos para añadir todas las funcionalidades posibles.
Se incorporaran por ejemplo, módulos lectores de RFID en UHF, chips conversores texto-a-habla (“Text-To-
Speech” TTS), amplificador de audio para reproducir, micrófono y conversor analógico-digital, pantalla, teclado
y todos los elementos necesarios para crear los diversos sistemas adaptados que nos permita el procesador. El
sistema se está diseñando para poder configurar diversas estructuras de forma que se pueda implementar
cualquier formato de lector dentro de los límites del sistema.
Conclusiónes
El proyecto SIRAU pretende crear la infraestructura de un servicio que permita a cualquier persona acceder a la
información relacionada con un producto cualquiera. Aunque en un principio es un servicio pensado y
desarrollado para personas con discapacidad visual, el uso es fácilmente extensible a cualquier tipo de persona
que pueda necesitar información adicional sobre un producto concreto. La tendencia del mercado es que se
imponga un sistema de etiquetaje global de producto, este sistema en un futuro será una forma más de
identificación de producto como ahora puede ser un número de serie o un código de barras. Este proyecto
pretende aprovechar esta tecnología e intentar añadir prestaciones al sistema. Las ventajas económicas que
supone la utilización de una tecnología como la radioidentificación pueden verse reforzadas por una dimensión
más humana, como es la ayuda a personas con discapacidad. La utilización de la identificación por
radiofrecuencia para ofrecer información adicional sobre el producto al usuario, será, en un futuro no muy
lejano, una prestación más de cualquier producto.
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125

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http://home.agh.edu.pl/~luc/my_doc/what_is_rfid.pdf.
[5] Granollers, T. y Lorés, J. (2004): Esfuerzo de Usabilidad: un nuevo concepto para medir la usabilidad de un
sistema interactivo basada en el Diseño Centrado en el Usuario. V Congreso Interacción Persona Ordenador 3 -
7 de mayo de 2004 Universitat de Lleida.
[6] Abascal J., Nicolle C. (2000). The Application of USERfit Methodology to Teach Usability Guidelines. In
C. Farenc & J. Vanderdonckt (eds.) Tools for Working with Guidelines. Springer. ISBN 1-85233-355-3. pp.
209-216.
TM
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http://www.epcglobalinc.org.
126

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Videoconferencia basada en Multicanst: Aplicación a la interpretación de
signos a distancia en cursos con estudiantes con discapacidad auditiva
Abstract
J. Delgado Pons, P. Foucher, J. López Krahe
Laboratoire Technologie, Handicaps, Interfaces et Multimodalités , D-303,
Université Paris 8
Este artículo trata sobre un proyecto que está en fase de desarrollo. En este artículo se van a exponer la
problemática existente y los objetivos que se pretenden conseguir, así como las pruebas realizadas hasta el
momento actual y los hechos que creemos demostrados. Finalmente se expondrá el trabajo en el que nos
estamos ocupando, del que podrá realizarse una experimentación durante el congreso DRT4ALL-2007.
Con el objetivo de permitir comunicar profesores con alumnos sordos, queremos crear una aplicación que
permita realizar la interpretación de lengua de signos con un intérprete a distancia. Este trabajo implica entrar de
lleno en la comunicación entre varios puntos a la vez, no la habitual de dos interlocutores. Debido al gran ancho
de banda requerido por las comunicaciones de videoconferencia es importante utilizar sistemas que agilicen la
comunicación en grupo. La aplicación debe ser gratuita para los fines propuestos.
Veremos que después de realizar pruebas con software existente para la comunicación de grupos, es posible
establecer una videoconferencia de tres personas, dos de las cuales estaban conectadas en la misma subred de la
universidad de Paris-8 y la otra en una posición remota con una conexión ADSL comercial de 20MB de
velocidad de bajada.
1. Introducción
Actualmente, una de las dificultades de un estudiante sordo es disponer de un intérprete de lengua de signos
presente en los cursos que deba seguir. Las dificultades son normalmente financieras y se agravan con el coste
del tiempo que tarda el intérprete en desplazarse al lugar del curso, a veces grande, así como por la escasez de
intérpretes debido a la demanda creciente.
Para eliminar el problema del coste del transporte proponemos la creación de un software que permita la
videoconferencia entre alumnos sordos, intérprete y profesor para realizar la interpretación de lengua de signos a
distancia. (fig. 1).
El objetivo es desarrollar una aplicación informática que permita a estudiantes sordos asistir a cursos
presenciales corrientes. Se trata de ponerlos en contacto mediante cámaras de video con un intérprete que estará
ubicado a distancia. Además, el intérprete también estará comunicado con el profesor. El curso deberá
desarrollarse con absoluta normalidad, incluso admitiendo preguntas de los mismos estudiantes sordos.
Las aplicaciones posibles de un centro de interpretación deslocalizado no se limitan a la interpretación de
cursos, sino al conjunto de servicios públicos que pueden facilitar la comunicación entre las personan sordas
profundas y estos servicios.
127

Escuela o
universidad
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UNIVERSITY
RENATER
Central
intérprete
Fig.1. Diseño global de la aplicación. Renater es la red que comunica las universidades francesas
Todo el software que se cree debe estar basado, en la medida de lo posible, en herramientas ya existentes en el
mercado y debe ser de uso gratuito para la finalidad que se propone.
Un estudio y una comparación de las herramientas existentes serán brevemente expuestos en el parágrafo 2. El
parágrafo 3 introducirá el método multicasting, escogido tras las experiencias realizadas. La implementación
lógica será seguidamente detallada en el parágrafo 4 y los primeros resultados obtenidos serán recogidos y
discutidos en el parágrafo 5, justo antes de una conclusión y una exposición de perspectivas
2. Estudio y comparación de los métodos existentes
Desde el punto de vista de la transferencia de la información, el lugar más crítico es el del intérprete, ya que está
obligado a mantener una videoconferencia con todos los demás participantes. Los alumnos sordos no necesitan
establecer una videoconferencia con el profesor, ya que están ubicados en el mismo lugar, pero sí entre ellos y
con el intérprete. En una hipotética ampliación, también se podría crear una modificación para permitir el
seguimiento de la clase a alumnos que no puedan asistir por motivos personales, pero este no es el objetivo que
nos hemos planteado actualmente.
En una primera fase de la investigación, se ha entendido que el problema tenía dos bloques claramente definidos
a nivel técnico:
Una parte importante se refiere a la calidad y frecuencia de imagen y los algoritmos de compresión y corrección
de errores. Hemos observado herramientas ya existentes para ver si existía alguna posibilidad de basarnos en
ellas para realizar una solución sólida.
Otra parte, que en un principio infravaloramos, es el tema de las comunicaciones por Internet y cómo hacer que
no existan cuellos de botella que colapsen la aplicación. La videoconferencia es una utilidad que requiere un
gran ancho de banda y puede provocar problemas de conexión si no se estudia de manera eficiente.
128

Cabe remarcar que antes del desarrollo de este proyecto se han analizado alternativas al desarrollo del mismo,
pero que implicaban el uso de material suplementario y líneas de conexión específicas comercialmente. Este
tipo de soluciones se ha descartado, debido al coste y a su nula portabilidad, contrarios a la filosofía del
proyecto.
Hemos probado herramientas actuales de comunicación punto a punto, donde la señal de videoconferencia no
pasa por ningún servidor externo. Sin embargo, entre ellas Camfrog, Skype y MSN Messenger requieren un
registro de usuario en un servidor privado. Las aplicaciones y nuestras valoraciones son las siguientes:
Camfrog [1]: Software de videoconferencia IP. No ofrece herramientas para programadores. De buena calidad
para la lengua de signos pero con opciones de pago, como el tamaño de la ventana.
Skype. [2]: Permite videoconferencia IP de buena calidad y ofrece herramientas para programadores.
MSN Messenger[3]: Para nosotros ha sido la videoconferencia de mejor calidad, pero no se puede programar
sobre su código.
Netmeeting: Basado en el protocolo estándar de videoconferencia H.323. Está presente en todas las versiones de
Microsoft Windows desde la versión Windows95 hasta WindowsXP. Se puede encontrar en la ubicación
“C:\archivos de programa \netmeeting” Ofrece plenas capacidades para programadores, pero su calidad es muy
baja y no es suficiente para la lengua de signos
Finalmente se ha hecho más hincapié en el sofware más dedicado a entornos de grupos y con posibilidades
reales de realización de videoconferencia multipunto.
AccessGrid [4] (no se han experimentado resultados): Es un software que desarrolla una conferencia multipunto
mediante el uso de multicast, pero no hemos encontrado ningun tipo de herramienta para desarrolladores.
ConferenceXP[5]: Se trata de una aplicación que está en fase de desarrollo por Microsoft, y que tiene un tipo de
licencia de uso que se ajusta al tipo de aplicación que estamos desarrollando. Está orientado a permitir un tipo
de clases completamente colaborativas y asistidas completamente por el uso de tecnologías de comunicación.
[6]
3. Elección de un método multicasting
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La puesta en funcionamiento de una videoconferencia a varios puntos se presenta dentro de un marco muy
específico a nivel de las comunicaciones, con una serie de restricciones que vamos a explicar.
3.1. Problemática de la videoconferencia multipunto
Una vez hechas las pruebas iniciales hemos decidido empezar a diseñar un borrador de aplicación para
comprobar si había algún software que nos sirviera para nuestros objetivos.
Ni Camfrog ni MSN-Messenger permiten trabajar con su código, así que los hemos descartado. También hemos
descartado Netmeeting por su baja calidad, por lo que hemos empezado a trabajar con skype. En este punto nos
hemos dado cuenta de que las comunicaciones en red eran más importantes de lo que esperábamos. No se
trataban de un simple aspecto de optimización, sino de una completa restricción.
Las aplicaciones probadas son de conexión punto-a-punto (peer-to-peer) pero con un solo interlocutor para la
videoconferencia y sin posibilidad de realizarla en grupo directamente. Estas aplicaciones envían señales
divididas en paquetes de tipo unicasting y que solo pueden ser enviados a un destinatario (conexión uno-a-uno o
one-to-one). Sin embargo, a nosotros nos interesa un envío de uno-a-muchos (one-to-many). De hecho, al
realizar videoconferencia entre varios puntos, el envío será de varios-a-varios (many-to-many). En efecto, el
intérprete está obligado a enviar su imagen a todos los alumnos sordos, los alumnos sordos se deben comunicar
entre ellos y con el intérprete, etc.
El concepto que vamos a tratar para resolver este problema de comunicación en grupo es conocido como
multicasting IP. [7][8]
3.2. Comparación de los esquemas unicasting y multicasting
129

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
En una comunicación unicasting todos los envíos se realizan entre dos extremos, de un equipo a otro, por lo que
se deben repetir para todos los destinatarios. Teniendo en cuenta que la videoconferencia requiere un gran ancho
de banda y la señal de video debe renovarse rápidamente para evitar saltos en la imagen, es fácil pensar en
sobrecargas en la red.
Para aclarar conceptos podemos ver en la figura 2 como se enviaría una misma señal unicasting a cuatro equipos
situados en redes distintas. PC1 (el emisor) debe repetir la misma señal 4 veces, y enviarla a su router para que
la transporte de forma eficiente a los equipos destinatarios. Vemos que, entre Router y Router2, hay que
traspasar la señal 3 veces y pasando por Internet. Dado que el ancho de banda es limitado el rendimiento de la
comunicación se resiente. Si también tenemos en cuenta que los demás equipos también envían señales de
video, entonces comprobamos que el traspaso de información mediante unicasting es claramente ineficiente.
PC1
Internet
PC3
ROUTER1
PC2
ROUTER2
Fig2. Unicasting IP
ROUTER3
En la figura 3 podemos ver un esquema general sobre el funcionamiento del multicasting que muestra la mejora
que supone para el traspaso de información en grupo.
El equipo llamado PC1 envía una única señal, que es a su vez distribuida por los routers hasta los equipos que la
han solicitado. El procedimiento es mucho más eficiente y minimiza el uso de recursos, evitando un uso
excesivo de ancho de banda, especialmente en el paso de la señal por Internet. También es un sistema que
garantiza que las señales recibidas por los interlocutores van a ser la misma para todos ellos y sin diferencias
temporales. Pese a todo, existen sistemas que permiten diferentes grados de calidad de imagen, dependiendo de
la potencia y las capacidades de transmisión de la red del receptor. [9]
PC1
Internet
PC3
ROUTER1
PC2
ROUTER2
Fig3. Multicasting IP
ROUTER3
La gran diferencia técnica entre el envío de señales unicast y multicast está en que en las primeras la señal se
envía a la dirección IP del destinatario, mientras que en las segundas se envía a una dirección IP que identifica al
grupo. Esta dirección es del tipo D (reservado para multicast) que se puede definir en un rango dinámico entre
las direcciones 224.0.0.0 y 239.255.255.255, con ciertas excepciones [10]. Como hemos dicho, el emisor no
PC4
PC4
PC5
PC5
130

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envía la señal directamente a la dirección IP del receptor, sino que lo hace a la dirección IP multicast del grupo.
Son los propios receptores los que se han de unir al grupo para solicitar que se les transmita la señal.
Evidentemente, la gestión del punto de unión del grupo es gestionada por la aplicación.
3.3. Introducción de túneles para conectar redes multicasting aisladas
Un problema que existe para desarrollar aplicaciones basadas en multicasting es que este tipo de comunicación,
pese a ser posible, está muy poco soportada en las redes actuales. Efectivamente, la mayor parte de routers
actuales bloquean el traspaso de paquetes multicasting, por lo que las redes que sí que los aceptan quedan muy
aisladas unas de otras. En nuestro caso no hemos tenido acceso a ningún router que permitiera el paso de
paquetes multicasting y hemos trabajado sobre esta realidad al entender que es la más común. Sin embargo, por
norma general, la comunicación multicasting sí que es dentro de los equipos en una misma red y dependientes
del mismo router.
Para solucionar el problema del aislamiento de redes unicasting, existe la posibilidad de utilizar aplicaciones (
llamadas túneles) que introducen paquetes multicasting dentro de otros de tipo unicasting, que no se ven
afectados por los bloqueos de los routers. Hay escritos que desaconsejan el uso de estos túneles, ya que siempre
existe la posibilidad de activar el paso de paquetes multicasting en los routers[11], pero nosotros hemos decidido
seguir adelante con esta solución, ya que es la más asequible para un usuario final.
4. Implementación y tests
Con el objetivo de observar el desarrollo y establecer unos requisitos mínimos hemos simulado una
multivideoconferencia a tres o cuatro puntos, similar a la requerida en los objetivos. La definición global es la
siguiente:
Todos los equipos menos uno se encuentran en la misma red, simulando a los equipos de los alumnos y el
profesor. Estos equipos están conectados al mismo router, por lo que no tienen problemas para el traspaso de
paquetes multicasting entre ellos.
El otro equipo simula al del intérprete, que debería estar desplazado y con una conexión a Internet comercial.
4.1. Material utilizado
El software probado ha sido el estándar de Microsoft ConferenceXP, en su versión 3.5 con el servicio de
reflector (túnel) de la versión beta 4.0
El entorno de red sobre el que se han hecho las pruebas ha sido el siguiente:
por un lado de uno a tres equipos conectados a un mismo router dentro de una red local en el edificio D de la
universidad de París8. Esta subred es parte de la WAN de la universidad, con un acceso a internet de gran
velocidad (1000baseT) Los equipos tienen direccionamiento IP estático.
por el otro lado, el otro equipo conectado en diferentes localizaciones:
en la misma subred que los demás, con multicasting plenamente funcional. Esta es de un escenario ficticio, con
el objetivo de comprobar una comunicación sin problemáticas de paso por red.
en la misma WAN, pero en diferente subred, conectado a diferente router (en otro edificio de la universidad).
Aquí hay necesidad de túnel reflector.
en una red exterior de tipo ADSL desde varias perspectivas (siempre con túnel):
ADSL comercializada como 20mb de velocidad de bajada. Compartida por diversos usuarios y con
direccionamiento IP dinámico.
8mb de velocidad de bajada y un único usuario. Direccionamiento dinámico
20 mb de velocidad de bajada y un único usuario. Direccionamiento estático.
131

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Los equipos utilizados para simular al profesor y los alumnos han sido varios ordenadores de sobremesa Intel
Pentium4 a 3 Ghz de velocidad de proceso y 1GB de RAM, así como un ordenador portátil con procesador
AMD64 Turion-ML32 a 1,58Ghz y1GB de RAM
Respecto a los equipos utilizados para simular al intérprete:
En los puntos 1 y 2 y 3.1 se han utilizado ordenadores con procesadores Intel Pentium4 a 3ghz de velocidad y
1GB de memoria RAM.
En el punto 3.2 se ha utilizado un ordenador portátil a 1,2Ghz y 512MB de RAM
En el punto 3.3 se ha utilizado un ordenador portátil con VAIO VGN-SZ2VP/X a 2,16 Ghz, 2Gb de RAM y
cámara incorporada
Exceptuando el equipo con cámara incorporada, el resto estaban equipados con una cámara externa USB.
4.2. Tests
El procedimiento seguido para las comparaciones efectuadas ha sido orientado a comprobar la fiabilidad de las
comunicaciones diferentes niveles. El objetivo final ha sido obtener una opinión de personas capaces de hablar
en lenguaje de signos sobre la idoneidad del software. Para hacer todas las pruebas hemos seguido un protocolo
lógico para poder evaluar nuestras necesidades técnicas.
El primer paso ha sido establecer las comunicaciones dentro de la misma subred, e incluso comunicando
equipos directamente, sin pasar por ningún distribuidor de red. Se han comprobado las capacidades cualitativas
con la intención de tener una idea clara del máximo rendimiento de las aplicaciones sin problemas de peso
derivados de la red ni prácticamente errores de transmisión.
El segundo paso ha sido desplazar un equipo a otro edificio dentro de la misma WAN pero en otra subred, con
diferente router. Con este paso se ha pretendido comprobar las prestaciones obtenidas en una comunicación
rápida pero usando un túnel.
El último paso ha sido la instalación del sofware en redes externas a la universidad de Paris8, con la finalidad de
comprobar la definición y la calidad en comunicación con redes externas y pasando por Internet. Se ha repetido
este paso en tres ubicaciones distintas, con las características explicadas en el punto previo.
5. Resultados y discusión
5.1. Resultados
Respecto a las pruebas antes detalladas:
En equipos conectados dentro de la misma subred la calidad ha sido muy buena y no hemos encontrado ningún
problema para la comunicación. Sin embargo, se han encontrado dificultades de proceso para altas resoluciones
(640*480), especialmente para el equipo menos potente (el portátil). Estas dificultades se han repetido en todas
las pruebas siguientes.
El túnel reflector no ha reflejado ninguna pérdida de calidad para equipos dentro de la misma WAN. Los
resultados son similares a los anteriores.
En las tres ubicaciones exteriores probadas:
ningún problema para el traspaso de datos de la ubicación remota (con línea ADSL) a la universidad. Sin
embargo, el paso de señales de vídeo de la universidad al exterior ha sido imposible. (aunque de sonido aislado
si han sido posibles)
La situación inversa a la anterior. De la universidad a la ubicación remota el traspaso ha sido correcto, pero
imposible en el otro sentido. (con la excepción del sonido aislado). El equipo remoto se bloqueaba fácilmente.
132

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Videoconferencia realizada correctamente entre dos equipos situados en la universidad y el otro en la ubicación
remota, tanto en el aspecto del vídeo como en el del audio. Calidad suficiente para la comunicación con lengua
de signos.
5.2. Discusión de los resultados
Es evidente que el multicasting funciona correctamente en entornos cerrados. El problema que hemos visto
utilizando altas resoluciones de imagen es debido a la sobrecarga de trabajo para el procesador, muchas veces
actuando al 100% de su capacidad.
El túnel funciona correctamente si el ancho de banda es lo suficientemente grande.
En relación a las pruebas con ADSL externo, hemos comprobado que las condiciones actuales son suficientes,
pero siempre cumpliendo ciertos requisitos:
Es necesario que la línea tenga una velocidad de bajada elevada, cosa habitual. Este tipo de traspaso es correcto
con una tasa de transferencia de 2Mb reales.
La velocidad de subida mínima útil es de 512KB reales
Es necesario que la línea ADSL no esté compartida por otros usuarios. Incluso con líneas de tasas de
transferencia altas tienen problemas para realizar la videoconferencia en estas circunstancias.
6. Conclusión y perspectivas
La aplicación es posible, aunque trata un tema de redes que está aún en fase de definición. Proponemos dos
alternativas para su realización:
Creación de solución completa: Creemos que es posible crear una solución específicamente pensada para tratar
el problema que nos ocupa, con todas las personas en una misma sala con conexión de red de altas prestaciones
y sólo un desplazado con conexión comercial que se comunica con todos. Para un trabajo de este tipo se debería
desarrollar un software que optimizara la compresión de vídeo y asegurara un flujo de imagen adecuado para la
comunicación en lengua de signos. Sería necesario un equipo de personas ocupado en el apartado gráfico, así
como otro para la optimización de las comunicaciones. Un trabajo suplementario podría establecer la creación
de una base de datos para el control puntual de usuarios.
Uso de librerías con licencia autorizada: aprovechando las soluciones que nos ofrece el mercado se puede
utilizar el software de ConferenceXP para crear la solución que nos hace falta. Las características mínimas del
equipo a utilizar serían las expuestas en este artículo y se profundizaría en un desarrollo que se ajustara a las
necesidades de la interpretación de la lengua de signos. La creación de esta solución requeriría menos tiempo
para su desarrollo y sería menos costosa y útil desde el principio. Esta es la vía que estamos siguiendo
actualmente.
7. Referencias
[1] www.camfrog.com
[2] www.skype.com
[3] www.msn.com
[4] www.accessgrid.com
[5] http://research.microsoft.com/conferencexp
[6] J. Beavers, T. Chou, R. Hinrichs, C. Moffatt, M. Pahud, L. Powers, J. Van Eaton, “The Learning Experience
Project: Enabling Collaborative Learning with ConferenceXP” , Microsoft Corporation, US, 2004.
ftp://ftp.research.microsoft.com/pub/tr/TR-2004-42.pdf
[7] C. Kenneth Miller, Multicasting Networking and applications, Addison Wesley Longman, Inc., US, 1999.
133

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
[8] Directeur: Abderrahim Benslimane, Multicast Multimedia sur Internet, Lavoisier, France, 2005.
[9] X. Li, M. H. Ammar and S. Paul, “Video Multicast over the Internet”, IEEE Network Magazine, US, April
1999.
[10] Cisco Documentation, Internet Protocol (IP) Multicast, Cisco Systems, US, 2006
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/ito_doc/ipmulti.pdf
[11] Cisco Documentation, Multicast deployment made easy, Cisco Systems, US, 1999
http://www.cisco.com/warp/public/cc/techno/tity/ipmu/tech/ipcas_dg.pdf
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Desarrollo de Herramienta de Asistencia Tecnológica para la Mejora de
Autonomía de las Personas Mayores: Adimen
Resumen
Karmele Florentino*, Jose Miguel Azkoitia*, Gorka Eizmendi*,
Mari Feli González**, Cristina Buiza**, Igone Etxeberria**
*Unidad de Salud, Fundación Fatronik, San Sebastián, Spain
**Fundación Instituto Gerontológico Matia, INGEMA, San Sebastián, Spain
Este artículo muestra el trabajo llevado a cabo para desarrollar una herramienta de asistencia personal basada en
el uso de un PDA (asistente digital personal) para apoyar a las personas mayores en las actividades de la vida
diaria (ADL) que requieren capacidades cognitivas como memoria, atención u orientación y así promover su
autonomía y nivel de independencia. Se desarrollarán módulos de aplicaciones software específicos para ser
utilizados en un dispositivo portátil. Los usuarios tendrán un centro asistencial remoto que les proporcionará
diferentes servicios dependiendo a qué estén suscritos. Los dispositivos de ayuda personal serán programados,
adaptados, y actualizados a las preferencias y necesidades del usuario. De esta forma, los usuarios dispondrán
de un dispositivo portátil simple, con un interfaz simple y agradable de utilizar y adaptado a sus características
no sólo en los servicios que ofrece sino en la forma en que están presentados.
1. Introducción
Durante las dos últimas décadas, la expectativa de vida ha aumentado significativamente en los países
desarrollados [12]. Este hecho ha dado origen a un cambio considerable en la pirámide poblacional que se
traduce en un incremento del porcentaje de personas mayores, y este colectivo es precisamente el objetivo del
trabajo descrito en este artículo. Las personas mayores presentan una serie de necesidades y limitaciones para
llevar a cabo algunas actividades de la vida diaria por sí mismos debido a una clase de deterioro cognitivo
asociado a la edad (Alteración de Memoria Asociada a la Edad) [13]. La gente con deterioro cognitivo es un
colectivo creciente y cada vez más gente es consciente de la necesidad de ofrecer algún tipo de ayuda a este
grupo que se está convirtiendo en un gran sector de la población [8].
El crecimiento y expansión que está teniendo lugar en los últimos años en el mundo de la computación ubicua y
comunicaciones y más concretamente en campos como la omnipresente informática y comunicaciones sin cable
está siendo evidente en muchos campos, entre ellos el campo de la salud [16].. Hoy en día numerosos
investigadores en todo el mundo están trabajando en proyectos que hacen uso de las ventajas que ofrecen estas
tecnologías para dar apoyo a grupos como el de las personas mayores y/o gente dependiente. Estos grupos a
menudo presentan alteraciones cognitivas que necesitan ayudas y cuidados específicos que pueden estar
dirigidos por estos tipos de nuevas tecnologías crecientes.
Antes de definir la solución técnica adoptada se ha hecho un extenso estado de arte para detectar qué soluciones
están comercializadas hoy en día, qué funcionalidades ofrecen y cuáles son las necesidades cubiertas. También
se ha considerado en este estudio otro tema importante como es la forma y el interfaz para interaccionar que
ofrecen estas soluciones.
Como resultado de esta búsqueda se ha llegado a la siguiente conclusión:
La mayoría de las aplicaciones y aparatos encontrados están enfocados a un problema en concreto que cubre una
necesidad específica. Hay una carencia de soluciones para hacer frente a una amplia variedad de necesidades.
135

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
La mayoría de las aplicaciones y dispositivos encontrados no están adaptados al nivel cognitivo o capacidades
del usuario.
También, se ha realizado un análisis extenso de las necesidades de las personas mayores por expertos
profesionales, determinando de esta forma funcionalidades deberían ser cubiertas por el sistema.
Hay diferentes déficit cognitivos y las limitaciones causadas por ellos son diversas, dependiendo de la extensión
del daño del cerebro, por lo que casi todas las actividades diarias pueden verse afectadas.
Esta es la razón por la que es necesario ofrecer una solución modular para dar soporte a los numerosos
problemas que ocurren en los distintos lugares y situaciones.
La ayuda cognitiva depende mucho de la persona; cada persona tiene limitaciones diferentes y por lo tanto
necesidades diferentes, por lo que las soluciones deberían ser personalizadas y adaptadas a las necesidades de
los usuarios.
También, la situación cognitiva de las personas mayores puede ir cambiando con el tiempo [9], y ha de tenerse
en cuenta que podría deteriorarse progresivamente, la solución debería ser capaz de adaptarse a un modo más
simple de interacción si fuera necesario.
En este proyecto ha sido de crucial importancia el hecho de que se haya desarrollado desde el comienzo por un
consorcio interdisciplinario formado por Fatronik (un centro de investigación tecnológica) e Ingema (un centro
de investigación científica del campo de atención a las personas mayores) y la implicación en el proyecto de los
usuarios finales desde el inicio del mismo. Las características de la solución diseñada (modularidad,
adaptabilidad, etc), las decisiones de los casos utilizados (ayuda a la memoria, control de los signos vitales, etc),
requerimientos, objetivos, etc… han sido seleccionados fruto de debates entre los dos socios.
2. Solución Técnica
En este escenario el consorcio Fatronik-Ingema ha intentado dar un paso adelante en relación con el estado del
arte actual, desarrollando una solución alternativa que cumpla requisitos como:
Modularidad: La solución debería ser modular para ser capaz de incluir módulos que amplien las
funcionalidades y cubrir así las diferentes necesidades del usuario.
Adaptabilidad / Simple de utilizar: La interacción persona ordenador (HCI) debe ser muy simple y fácil de
utilizar. Los interfaces del usuario son también esenciales, deben ser sencillos porque sino el usuario no será
capaz de utilizar las ayudas.
Enfoques multiuso: Aparte de la personas con deterioro cognitivo, la solución está pensada para ser utilizada por
varios perfiles como clínicos, familiares, cuidadores, en definitiva, la gente a cargo del cuidado del paciente.
Capacidad de Comunicación: La solución será capaz de comunicarse con otros dispositivos a través de una
conexión sin cables para enviar y recibir datos.
En pocas palabras y teniendo en cuenta los requerimientos considerados, la solución propuesta se compone de
muchos módulos integrados en una plataforma común. Estos módulos presentan diferentes funcionalidades y es
posible combinarlos para cubrir las necesidades específicas del usuario. A parte, es posible adaptar cada
modulo a las capacidades del usuario tanto cognitivas como relacionadas con el uso de los dispositivos portátiles
como el PDA. La solución ofrece ayuda a diferentes perfiles de personas involucrados en los problemas:
clínicos, familiares y personas con deterioro cognitivo.
La solución se compone de diferentes módulos. Por el momento se han desarrollado los tres módulos de
aplicaciones mostradas en el siguiente gráfico:
136

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
A continuación se presenta una descripción de cada módulo y una explicación del desarrollo técnico.
Módulo de Ayuda a la Memoria:
Uno de los déficits cognitivos más importantes y prevalentes en las personas mayores está relacionado con el
problema de la memoria [14]. El deterioro de la memoria está asociado al envejecimiento normal y no implica
necesariamente el diagnóstico de demencia [10]. Por lo tanto, podemos considerar que muchas personas
mayores tienen problemas de memorias tanto objetivos como subjetivos. Esta pérdida de memoria da origen a la
necesidad de recibir ayuda para llevar a cabo actividades como tomar medicación, recordar citas (ir al médico,
cumpleaños,…) la lista de la compra etc.
El módulo de ayuda a la memoria es básicamente un planificador de actividades. El paciente puede tener todas
las actividades gestionadas por el cuidador o familiar y él sólo tiene que oír los avisos que se le dan a través del
aparato portátil y seguir las instrucciones para llevar a cabo las actividades cuando sea necesario.
Este módulo es muy útil también para los clínicos y cuidadores porque es muy fácil seguir la pista de
actividades y tareas realizadas por el paciente. Analizando esta información es posible detectar un
empeoramiento de ciertas capacidades cognitivas y también se pueden detectar muestras de actividades
anómalas.
Módulo de Control de Signos Vitales
Este módulo consiste en el desarrollo de una aplicación para adquirir datos de sensores que el usuario lleva
encima, como puede ser un marcapasos, o de aparatos que use el paciente para medir cualquier parámetro como
el nivel de glucosa o la tensión arterial.
Con este módulo, los clínicos pueden tener a su disposición datos importantes de los pacientes sin necesidad de
que el paciente se presente en la consulta.
El trabajo realizado por este módulo puede ser dividido en tres pasos:
137

Adquisición de señal.
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Procesamiento de señal para interpretar el valor teniendo en cuenta las características de la fuente de datos (el
paciente).
Generar alarmas si es necesario para aconsejar sobre cualquier valor crítico detectado.
Se ha desarrollado una aplicación práctica de este módulo utilizando un glucómetro para adquirir el nivel de
glucosa en sangre y para bajar los valores medidos a la PDA. En ese caso debido a que el aparato utilizado, el
glucómetro no tenía capacidad de comunicación sin cable, se ha utilizado una comunicación con cable, el
interfaz RS-232. En el futuro se piensa utilizar Bluetooth o comunicación infrarroja porque la nueva generación
de los aparatos de medida clínicos incorporará más capacidades de comunicación avanzada como Bluetooth [7]
o ZigBee.
Modulo de Localización/Orientación:
Otro problema importante que sufren las personas mayores desde los primeros estadios de la demencia es que
presentan muy a menudo problemas de orientación [15]. Es muy habitual para ellos perderse y tener dificultades
para encontrar el camino de vuelta a casa.
Para evitarlo, este módulo incluye un GPS y la aplicación que corre en el PDA establece comunicación sin cable
con el aparato vía Bluetooth [7] para enviar la posición correcta del usuario. El usuario puede saber dónde está
pero lo más importante es que los familiares o cuidadores tendrán acceso a la localización exacta del paciente
que se muestra en una aplicación web.
El GPS envía un código NMEA indicando la localización al PDA. El código NMEA tiene información sobre
longitud, latitud, y altitud y la aplicación del software convierte este código de posición en información útil para
el usuario como puede ser el pueblo y la calle en la que se encuentra. Además, la aplicación será capaz en el
futuro de mostrar los puntos de interés del usuario (POIs) como hospitales cercanos, estaciones de autobús, etc.
138

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Todos los módulos descritos arriba fueron desarrollados teniendo en cuenta los requerimientos de los usuarios.
Se llevó a cabo un análisis exhaustivo de estos temas y el resultado fue aplicado cuidadosamente en cada
modulo. De esta forma conseguimos el objetivo de desarrollar un dispositivo amigable y accesible con un
interface fácil de usar.
3. Especificaciones Técnicas
Adimen es una plataforma de software enfocada a dos escenarios diferentes: El primero cubre el rol de
usuario/paciente móvil, esto es, el software Adimen funciona en un dispositivo móvil que el usuario lleva
encima y este software hace más fácil la forma de vida del usuario. La otra parte de la plataforma es un tipo de
portal web donde doctores, familiares y cuidadores pueden monitorizar, seguir la pista y dirigir al paciente y a
su enfermedad. Y por último, pero no por ello menos importante, tenemos la forma de conectar estos dos
escenarios tan diferentes: el usuario sincronizará periódicamente la información. Esta sincronización
bidireccional permite al usuario:
Bajar actividades de la aplicación web introducidas por el doctor y/ o familiar.
Subir al servidor los cambios realizados localmente.
Adimen Arquitectura
La solución técnica está basada en el uso de la computación ubicua. La computación ubicua incluye tres
tecnologías:
El uso de aparatos portátiles como PDAs o teléfonos móviles.
Comunicaciones wireless.
Uso de un sistema de información centralizada.
El aparato portátil utilizado en este caso es un PDA. A continuación se muestra un listado de las características
principales de este tipo de dispositivos que se ha hecho para seleccionar en el proyecto el dispositivo más
adecuado:
Interfaz fácil de utilizar, pantalla táctil.
Visualización de imágenes.
Gran capacidad de almacenaje y posibilidad de expandirlo utilizando tarjetas específicas.
Integración de base de datos local.
Capacidades de comunicación (Wifi, Bluetooth, RS-232, Infrarrojos)
Debajo se encuentra un gráfico explicativo.
139

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
:
Esta vista también muestra las comunicaciones wireless utilizadas en el proyecto hasta ahora:
Redes localesÆ WIFI
Redes de teléfonos móvilesÆ GSM, GPRS
Localización satéliteÆ GPS
El sistema de información centralizada en este caso es un servidor que incluye una base de datos SQL server
donde toda la información actualizada está almacenada y un servidor web que aloja la aplicación web Adimen
Adimen Móvil
En lo que concierne al mundo móvil actual, las aplicaciones software desarrolladas confían en Compact
Framework 2.0 [1] de Microsoft. Compact Framework 2.0 es un conjunto de bibliotecas que ofrecen rica
funcionalidad y fácil acceso para interactuar y desarrollar la mayoría de las capacidades de los aparatos móviles
actuales. La mayor ventaja de utilizar Compact Framework 2.0 (aproximadamente de Marzo 2006) es que
Adimen puede funcionar en la mayoría de los aparatos móviles actualmente en el mercado. De hecho, Adimen
funciona adecuadamente en aparatos con los siguientes sistemas operativos:
Pocket PC 2003 (Windows Mobile 2003)
Windows Mobile 2003 SE
Windows Mobile 5.0. El último sistema operativo de Microsoft dirigido a aparatos móviles.
Aparte del .NET Compact Framework 2.0, también se han integrado en la aplicación otros controles
desarrollados por terceros y el indispensable Smart Device Framework [2]. Este sistema permite enriquecer y
extender la funcionalidad del Compact Framework.
Microsoft.NET permite a los desarrolladores codificar en una gran variedad de lenguajes de programación. Hoy
en día hay muchos compiladores generando código MSIL: código que puede ser directamente ejecutado por
Microsoft.NET CLR. A causa de ser un lenguaje específicamente creado para beneficiarse de las ventajas de la
plataforma Microsoft.NET, todos los códigos (tanto el móvil y la aplicación web) han sido desarrollado C#. C#
140

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
es un lenguaje de programación muy poderoso, fácil de aprender y productivo, es un híbrido que combina lo
mejor de Java y C++.
Tanto la aplicación móvil como la aplicación web, especialmente la primera, han sido desarrolladas teniendo en
cuenta que tiene que ser tan configurable y hecho a medida como sea posible. Para lograr este objetivo, están
enteramente basados en archivos XML donde todos los parámetros relacionados con el interfaz del usuario
(colores, iconos, sonidos…) y muchas otras cosas que pueden ser fácilmente configurados para cada
paciente/usuario.
Sincronización
Como se ha dicho anteriormente, los usuarios utilizan Adimen en un aparato móvil que trabaja localmente y
periódicamente sincroniza datos con un servidor. De hecho, la aplicación móvil guarda todos los datos en una
base de datos local. Para esta tarea, la base móvil seleccionada es SQL Móvil [5], el servidor versión SQL para
aparatos con Windows Mobile. La mayor ventaja de esta base de datos conjuntamente con Compact Framework
2.0 es que la configuración de un proceso de sincronización entre usuarios y servidores móviles es realmente
simple y fácil de configurar. Datos locales del paciente y datos introducidos por doctores y parientes estarán
periódicamente sincronizados bidireccionalmente. En el lado del servidor, la aplicación cuenta con SQL Server
2005 [4], la más nueva y potente base de datos “backend” de Microsoft donde todos los datos se graban y donde
la sincronización con los usuarios móviles es configurada fácilmente.
El proceso de sincronización funciona como sigue: la aplicación móvil primero intenta utilizar una conexión de
red libre, tal como LAN (aparato conectado al PC) o WIFI. Cuando estas redes no están disponibles, la
aplicación intentará abrir una conexión GPRS, sincroniza datos con el servidor y cierra la conexión. Si ni
siquiera se puede sincronizar con GPRS, no importa; en el intervalo de la siguiente sincronización o donde
quiera que una conexión a red sea posible, la sincronización tendrá lugar asincrónicamente. El usuario no notará
cuando tenga lugar la sincronización; es un proceso completamente transparente para el usuario.
Hay muchas maneras para la sincronización de datos entre aparatos móviles y un servidor:
Servicios Web. A causa de su buena disposición de interoperabilidad, primero miramos el enfoque de servicios
de la web. La incomodidad de utilizar los servicios web era que la respuesta es extremadamente lenta cuando se
usa por ejemplo GPRS.
Métodos de sincronización incorporados en Microsoft: RDA y Merge Replication. Otra ventaja de utilizar SQL
Móvil en el aparato móvil y Servidor SQL 2005 como base de datos “backend” del servidor es que Microsoft
ofrece dos métodos de sincronización incorporados: RDA (Acceso Datos Remotos) y Merge Replication.
RDA da más control en programación durante el proceso de sincronización pero no ofrece resolución de
conflictos automáticos y es más difícil ponerlo en marcha en ambas partes, especialmente en la parte del cliente.
Merge Replication [2] automáticamente proporciona comprensión de datos incorporados y encriptación, lo que
hace la sincronización de datos más rápida y más segura. En caso de que manejemos información confidencial,
tenemos la habilidad de utilizar Secure Sockets Layer (SSL). De esta manera, la sincronización de datos
dependerá del protocolo HTTPS. No podemos evitar también mencionar la forma en que Merge Replication
resuelve conflictos. Con sus solucionadores de conflictos a medida, en caso de que un pariente y un usuario por
ejemplo intenten escribir la misma información, automáticamente el solucionador de conflictos nos dejará
especificar que información tiene más prioridad o fue escrita con anterioridad. Merge Replication nos deja
especificar también diferentes tipos de filtros, los cuales permiten a usuarios/pacientes bajarse la información
concerniente a ellos, no información de otros usuarios/pacientes. Esto hace el tráfico ligero en una conexión
GPRS por ejemplo. Merge Replication tiene más trabajo de configuración por el lado del servidor, cuando
configura las publicaciones correspondientes en SQL Server 2005, pero una vez que la configuración ha
terminado, es realmente fácil codificar la sincronización. Además, Microsoft ha apostado por SQL Server 2005
y Merge Replication como su futura tecnología de reproducción principal.
Después de hacer duros test y comparación de características de estos tres métodos de sincronización, está claro
que Merge Replication es el mejor método de sincronización para los propósitos de Adimen.
Adimen Web
141

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Todas estas características están relacionadas con el software que corre en el dispositivo, pero la otra parte
principal de la plataforma software es el portal web, el lugar donde familiares, pacientes, doctores y cuidadores
encuentran todas sus necesidades.
Esta aplicación web trabajará principalmente contra la base de datos del servidor, así que debe beneficiarse de
todas las ventajas de las características del servidor SQL 2005. Siguiendo con el conjunto de tecnologías que
Microsoft ofrece, se ha seleccionado ASP.NET 2.0 [3] como la base de la tecnología para la aplicación web.
ASP.NET 2.0 es hoy en día un marco maduro incluyendo muchas mejoras, tales como integración del marco
AJAX, páginas principales, la seguridad basada en el papel, la funcionalidad multilenguaje incorporada, la
integración perfecta con el servidor SQL 2005, y muchos nuevos controles de la web. Incluso proporciona kits
de arranque que contienen una estructura por ejemplo una estructura básica pero flexible de un portal web. La
utilización de este tipo de arquitecturas compensa ya que permite a los desarrolladores no empezar desde cero.
Además, toda la lógica del negocio (clases, métodos…) desarrollados para el uso de la aplicación móvil puede
ser reutilizado con cambios muy pequeños en este escenario web.
Con este portal web, un doctor entraría en el sistema registrándose en la aplicación utilizando su usuario y
contraseña y vería una lista de todos los pacientes que él trata. Entonces, por ejemplo, podría seleccionar a un
paciente específico, ver la evolución de las enfermedades que él sufre y por lo tanto, si fuera necesario, podría
incorporar fácilmente una cita médica para el paciente. Esta cita será almacenada en la base de datos del
servidor. La próxima vez que el paciente sincroniza datos con el servidor, el paciente podrá ver la cita que el
doctor ha puesto para él. Los familiares y cuidadores podrán incorporar el otro tipo de actividades, relacionadas
siempre con el papel que ellos tienen. Esa es la idea principal de la plataforma de Adimen.
4. Prueba
La primera medida tomada para hacer una definición válida de los requisitos fue realizar grupos de discusión
con los verdaderos usuarios potenciales del sistema y con los profesionales experimentados que trabajan con los
usuarios. En los grupos de discusión los participantes completaban tres tipos de cuestionarios: (1) historia del
participante (principalmente, datos sociodemográficos, historia de uso con las nuevas tecnologías); (2) un
cuestionario técnico, acerca de los requerimientos de ADIMEN; (3) un cuestionario psicológico, acerca de los
sentimientos y de las actitudes hacia las nuevas tecnologías en general y hacia ADIMEN en particular. También
se realizó otro tipo de grupo de discusión con profesionales experimentados que trabajan muy de cerca con los
usuarios. En esos grupos se llevaron a cabo varias entrevistas con el objetivo de obtener los requerimientos de
los usuarios. Se tuvieron en cuenta tanto los datos cuantitativos como los cualitativos. Se les ofreció una primera
idea para conseguir sus impresiones de cómo cubriría sus necesidades, cómo sería utilizable, etc. Con los
resultados de estos dos tipos de grupos se ha creado un primer diseño de las exigencias del usuario
Entonces, el primer prototipo real fue probado en usuarios reales, para conseguir el feed-back de sus
impresiones con respecto a los temas de utilización
Finalmente, para validar los tres módulos finales ya puestos en ejecución se han organizado a varios grupos de
prueba de la aplicación. En estos grupos, los verdaderos usuarios finales han tenido el PDA y lo han utilizado en
su vida diaria. El objetivo principal de estas pruebas ha sido recabar las opiniones del usuario final referidas no
sólo a los aspectos tecnológicos sino también a los temas psicológicos relacionados con el hecho y la sensación
de usar ADIMEN.
Como resultado de estas pruebas, se ha validado el sistema actualmente desarrollado y los módulos que serán
desarrollados en el futuro, presentados más adelante en este documento, considerando las opiniones del usuario.
Respecto a cómo los usuarios han encontrado la interacción con el sistema, sus contribuciones se podrían
resumir en los siguientes puntos:
Aunque encuentren las interacciones concretas (acciones concretas) con el sistema fáciles, consideran que en
general es difícil, por lo que prefieren tener la menor interacción posible con el dispositivo.
Mejor si tienen que llevar encima los menos dispositivos posibles, no les gusta tener que llevar el PDA y el
GPS, por ejemplo, prefieren tener los dos dispositivos integrados en uno.
ADIMEN no causa sensaciones tales como invasión de la intimidad, dependencia o vergüenza.
142

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Las personas mayores piensan que ADIMEN contribuirá a aumentar la sensación de la seguridad.
Los usuarios finales valoran positivamente:
Las diversas funcionalidades de los módulos puestos en práctica.
La posibilidad de personalización al usuario, teniendo en cuenta su nivel previo de interacción con las
tecnologías.
El interfaz fácil de utilizar.
5. Conclusiones y Trabajo adicional
En el futuro se piensa poner en marcha algunos módulos nuevos ofreciendo ayuda para cubrir otros problemas
típicos del grupo objetivo. Por ejemplo:
Módulo de las comunicaciones:
Se sabe que la gente mayor puede presentar dificultades usando teléfonos móviles complicados. Tales
dispositivos no se adaptan a sus características y necesidades sensoriales, físicas y cognoscitivas, y el grupo
objetivo de Adimen las encuentra demasiado complicadas para utilizar. Para ofrecer a este grupo las mismas
funcionalidades que ofrece un teléfono móvil, se piensa desarrollar un módulo de comunicación que ofrecería
los servicios adaptados siguientes:
Llamadas telefónicas, interfaz fácil para hacer llamadas telefónicas a un grupo limitado de contactos.
Mensajes de SMS/e-mails, interfaz fácil para enviar mensajes comunes predefinidos a un grupo limitado de
contactos.
143

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Módulo de ocio, entretenimiento y rehabilitación: Este módulo se centra en dos objetivos principales, por un
lado es útil para que los clínicos y los cuidadores sigan la evolución del paciente por medio de las pruebas de la
evaluación, que registran el empeoramiento o la mejora de el deterioro, y por otra parte es bueno para el
paciente porque le ofrece la posibilidad de hacer ejercicios de rehabilitación por sí mismo sin la necesidad de
que el cuidador esté presente, y el cuidador puede seguir más tarde la progresión registrada en la base de datos
central del servidor.
Módulo de compensación sensorial: A lo largo del proceso de envejecimiento, se produce una disminución de la
capacidad sensorial, así como de las capacidades cognoscitivas y físicas. Significa que, para la edad de 70, una
gran cantidad de personas mayores tienen pérdida de visión y de oído [11]. Con este módulo se piensa ofrecer al
usuario una compensación de estas capacidades. La mayoría de las ayudas exigidas se relacionan con la visión,
así que la ayuda propuesta se basa en el uso de un bolígrafo escáner capaz de escanear un texto y de enviarlo al
PDA vía Bluetooth [7] o comunicación de infrarrojos. La aplicación que funciona en la PDA lo traduciría a voz
así que el usuario podrá tener acceso a la información escrita, incluso si tiene problemas de visión.
144

Módulo inteligente en casa:
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Por medio de este módulo las instalaciones en casa se pueden controlar remotamente tanto por razones de
seguridad como de comodidad.
Los familiares y los cuidadores pueden visualizar el estado de los aparatos eléctricos en casa y si se observa un
funcionamiento anormal, el sistema les avisará. Pueden también encender y apagar los aparatos eléctricos de
casa, las luces, calefacción, etc.
Hoy en día, cada vez más aparatos en casa ofrecen posibilidades de comunicación vía Bluetooth o de protocolo
ZigBee.
6. Agradecimientos
Agradecemos especialmente la colaboración voluntaria en el proyecto de la Asociación de Pacientes con
Diabetes Mellitus de San Sebastián, y de todas las personas mayores y los profesionales que han participado en
las pruebas de utilidad.
Este proyecto pertenece a la “Red Social de Experiencias y Buenas Prácticas con Personas Mayores
Vulnerables” del IMSERSO.
7. Referencias
[1] .NET Compact Framework 2.0: http://msdn2.microsoft.com/en-us/netframework/aa497273.aspx
[2] Smart Device Framework from OpenNETCF:
http://www.opennetcf.org/home.ocf
[3] ASP.NET 2.0: http://www.asp.net/
[4] SQL Server 2005: http://www.microsoft.com/sql/default.mspx
[5] SQL Mobile:
http://www.microsoft.com/sql/editions/sqlmobile/default.mspx
[6] Synchronization methods (RDA & Merge Replication):
http://209.200.119.101/Articulos/Articulo.aspx?ID=16
http://msdn.microsoft.com/library/?url=/library/en-us/dnppcgen/html/sql_serverce_replication_net.asp
http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/ms172916.aspx
http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/ms172367.aspx
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http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/ms172917.asp
[7] Bluetooth specification
https://www.bluetooth.org/spec/
[8] Elliot, 1991 U.S. Department of Health and Human Services. Assistive Technology for the Frail Elderly: An
Introduction and Overview. Pennsylvania, December, 1991
[9] Benton, A. L., Eslinger., P. J., Damasio, A. R. (1981). Normative observations on neuropsychological test
performance in old age. Journal of Clinical Neuropsychology, 3, 33-42.
[10] Craik, F. I. M. (1977). Age differences in human memory. In, J. E. Birren y K. Schaie (Eds.), Handbook of
the psychology of aging (pp. 384–420). New York: Van Nostrand Reinhold.
[11] Mahurin, R. K., Inbody, S. B. (1989). Psychomotor assessment of the older patient. Clin geriatr med, 5 (3),
499-518.
[12] Chande, H. (2001). Esperanza de vida y expectativas de salud en la edad avanzada.
http://www.redadultosmayores.com
[13] Perneczky, R., Pohl, C., Sorg, C., Hartmann, J., Tosic, N., Grimmer, T., Heitele, S., Kurz, A. Impairment of
activities of daily living requiring memory or complex reasoning as part of the MCI syndrome. Int J Geriatr
Psychiatry. 21 (2): 158-62.
[14] Craik, F. I. M. (1990). “Changes in memory with normal aging: a functional view”. Adv Neurol., 51, 201­
205.
[15] Kalova, E., Vlcek, K., Jarolimova, E., Bures, J. (2005). Allothetic orientation and sequential ordering of
places is impaired in early stages of Alzheimer´s disease: corresponding results in real space test and computer
test. Behav Brain Res, 159(2): 175-86.
[16] Fischer S, Stewart TE, Mehta S, Wax R, Lapinsky SE. (2003). Handheld computing in medicine. J Am
Med Inform Assoc, 10(2):139-149.
146

Resumen
Red Convergente de Teleasistencia Avanzada para Pacientes con
Enfermedades Crónicas y Personas Mayores (Attentianet)
José Luis Jorge Marrasé
Director del Centro de Competencia de Aplicaciones Móviles de Alcatel
La Red Convergente de Teleasistencia Avanzada para Pacientes con Enfermedades Crónicas y Personas
Mayores (Advanced TeleassisTance convErgent NeTwork for chronIc diseAse patieNts and Elders project -
ATTENTIANET) es un proyecto de Validación de Mercado financiado por la Comisión Europea sobre la base
del programa eTen convocatoria 2004. Este proyecto se inició en Enero 2006 y concluirá en Junio 2007.
El objetivo de Attentianet es realizar la validación de mercado de una solución de servicio de Videoasistencia y
Localización (Video Assistance and Location- ViTaL) para lograr una mejor atención social de las personas con
necesidades concretas de ayuda y para obtener las oportunas conclusiones con el fin de planificar el despliegue
inicial del servicio.
Este proyecto puede considerarse una fase inicial para la introducción de los servicios y de la tecnología AAL
(Ambient Assisted Living-Vida Cotidiana Asistida por el Entorno)
1. Introducción
“El objetivo es ampliar el tiempo durante el cual los ancianos pueden vivir independientemente en su entorno
preferido con el apoyo de las TICs. Va dirigido a necesidades de personas ancianas individuales, sus familias y
sus cuidadores, más que a instituciones sanitarias. Esto incluye, por ejemplo, ayuda para realizar actividades
diarias, control de la actividad y de la salud así como mejora de la seguridad. También incluye medios para
mejorar el acceso a los servicios sociales, médicos y de urgencia, y para facilitar los contactos sociales así como
el acceso al ocio y al infoocio basado en contextos.“ Fuente: sitio Web Tecnologías para la Sociedad de la
Información – Comisión UE
La vida en hospitales o residencias supone, en concreto para los ancianos, un tremendo impacto sobre sus
niveles y calidad de vida y, al mismo tiempo, un enorme coste para la sociedad en términos de tiempo, dinero y
recursos para atender a estos grupos sociales. Esto es especialmente cierto en situaciones no-críticas,
normalmente relacionadas con estados de soledad que requieren calor humano o sensación de estrecho contacto
humano para sentirse seguro y cómodo.
Las soluciones actuales para que estas personas sigan viviendo en sus hogares son bastante simples (líneas
telefónicas habituales y sistema de pulsera con pulsador que envía una alarma al proveedor de servicios de
teleasistencia). No utilizan la gran ventaja de las actuales tecnologías para proporcionar servicios mejorados a
los usuarios finales. En realidad, fallan en lo más importante, es decir, en utilizar la gran ventaja proporcionada
por las actuales tecnologías de la comunicación: la comunicación visual directa (cara a cara) y la condición de
“en línea” permanente.
La solución de Videoasistencia y Localización Attentianet (ViTaL) ofrece a los ancianos o pacientes con
enfermedades crónicas dos importantes ventajas:
En primer lugar, introduce la asistencia a través de móvil. La asistencia a través de móvil permite llamadas de
urgencia y seguimiento de ubicación en cualquier lugar con cobertura GSM. Gracias a esta nueva característica,
la teleasistencia puede extenderse más allá del domicilio y elimina el problema que aparece en algunos
colectivos como estar perdido o en lugar desconocido, una cuestión que resulta extremadamente importante en
situaciones de emergencia.
En segundo lugar, ofrece comunicaciones por videotelefonía entre estos colectivos y el Centro de Asistencia por
Video (CAV) que actúa en realidad como un centro de atención que proporciona ayuda social a los usuarios.
Así, los usuarios consiguen fácilmente asistencia personal sobre cualquier asunto que necesiten. El sistema
ofrece por tanto a todas las personas la posibilidad de acceder a los recursos sociales e incluso a la ayuda médica
primaria en situaciones de emergencia. Este acceso se presta desde casa, utilizando el más común de los
aparatos, la televisión, y tiene el valor añadido de permitir el contacto visual con un trabajador social experto,
de forma que la barrera de la distancia desaparece.

Sobre la base del servicio ViTaL, el proyecto Attentianet está realizando una validación del servicio con 40
usuarios en España y otros 40 en Bélgica que proporcionarán la información necesaria para definir el plan que
llevará a un despliegue inicial del servicio.
2. Motivación y antecedentes del proyecto.
2.1. Situación de la población en la UE
En la actualidad, más del 16% de la población europea supera los 65 años, y este porcentaje va en aumento. De
la misma manera, más del 59% de estas personas necesitan algún tipo de cuidado por lo general relacionado con
la reducción de la movilidad normal o con incapacidades moderadas.
En torno al 14% de las personas que precisan de algún cuidado viven solas y, por tanto, son usuarias potenciales
de un servicio como el incluido en la propuesta Attentianet, porque necesitan de algún cuidado si bien tienen
una salud relativamente buena. Las siguientes figuras muestran la evolución de la población anciana en Europa
(personas con más de 65 años) y la pirámide de población en España.
Europa
Alemania
Austria
Bélgica
Dinamarca
España
Finlandia
Francia
Grecia
Irlanda
Italia
Luxemburgo
Holanda
Portugal
Reino Unido
Suiza
Total 2000 % Total 2020 %
Figura 1 : Población mayor de 65 años. Fuente: Eurostat – estadísticas sociales europeas.
Hombre Mujer
Figura 2 : Distribución de la población en España en 2020
Esta última figura muestra claramente el gran problema que tendrá Europa en años venideros, cuando la
población productiva sea menor que la población jubilada. Otra interpretación es que un promedio cercano a un
hijo o una hija será el que se ocupe de sus padres.
Por otra parte, la siguiente figura muestra las enfermedades más comunes de los ancianos:

Alzheimer
Mental, demencia
Depresión
Diabetes
Memoria
Insomnio
Vías Respiratorias
Otras
Reumatismo
Corazón
Hipertensión
Huesos
Figura 3: Enfermedades comunes relacionadas con el envejecimiento. Fuente: IMSERSO-CIS, Soledad
Attentianet se centra en las personas con un nivel de dependencia moderado con enfermedades en fase inicial
que no son críticas para sus vidas. La idea clave es evitar la sensación de inseguridad, soledad e aislamiento de
los usuarios, permitiéndoles seguir viviendo en casa y mejorando así su calidad de vida y, consecuentemente, la
calidad de vida de sus familiares.
Attentianet resuelve dos problemas básicos:
Attentianet mejora la movilidad del usuario porque le permite estar totalmente controlado en cualquier lugar y
momento y, por tanto, manejar cualquier situación de emergencia a la que se enfrenten los usuarios, ya sea en el
domicilio o fuera de él.
Attentianet evita el aislamiento y la soledad de los usuarios porque les proporciona un mecanismo para
establecer videoconferencias con el Centro de Videoasistencia y con sus familiares y amigos.
Por tanto, mejora notablemente la movilidad de los usuarios. Los usuarios disponen de un dispositivo de
seguridad y, si tuvieran algún problema estando fuera del domicilio, basta con que presionen un botón de su
dispositivo de seguridad para que se active inmediatamente el protocolo de emergencia (localización, llamada
móvil, ambulancia...)
2.2. Servicios actuales.
En la actualidad, no existe un servicio similar a ViTaL que preste servicios a nivel comercial. El tipo de
servicios hasta ahora desplegado sólo soporta situaciones de emergencia cuando los usuarios están en su
domicilio. Se basa en los teléfonos fijos habituales y utiliza un dispositivo especial (ergonómicamente adaptado
a personas mayores) que permite controlar situaciones de emergencia. El usuario tiene que pulsar un botón
específico del aparato telefónico para que se establezca una llamada con el centro de teleasistencia.
La propuesta de Attentianet supone una evolución de los servicios que mejorará la calidad de vida de nuestros
usuarios.
Muchas empresas certificadas en España y Europa ofrecen en la actualidad servicios básicos de teleasistencia.
El servicio soporta sólo las llamadas de emergencia realizadas desde teléfonos fijos, siguiendo un procedimiento
identificado para cada perfil de usuario y con confirmación verbal.
El tipo de servicio soportado por el proyecto Attentianet es absolutamente novedoso en Europa. Nadie está
ofreciendo (bajo la misma solución y contratista) un servicio que comprenda diferentes escenarios de uso:
alarma en el domicilio, alarma y localización fuera del domicilio, alarma y confirmación visual, sólo
confirmación visual y también informe visual, pudiendo ofrecer un paquete mixto de los sub-servicios
enumerados, dependiendo del perfil del usuario.
2.3. Actores y roles en el servicio actual.
La siguiente figura muestra el modelo actual de teleasistencia/telecuidado. Un familiar del usuario o el propio
usuario solicita el servicio a la entidad que financia la Teleasistencia. Esta entidad solicita el servicio al
proveedor de Teleasistencia y finalmente éste proporciona el servicio al usuario final. Existen variantes
dependiendo del país y del tipo de actores (públicos o privados), siendo éste un modelo simple.

Familia Usuario Actor
Petición de servicio Financiero
Usuario Proveedor
Servicio
Servicio
Figura 4: Modelo de servicio de Teleasistencia
Financiación y
petición de servicio
El modelo anterior cubre sólo los servicios de asistencia. El sector de la salud sólo contempla la asistencia
médica cuando las personas están enfermas y precisan ser hospitalizadas o acuden a la asistencia médica
primaria.
Entidad Entidad Sanitaria
Sanitaria
La asistencia médica
primaria y hospitalaria
sólo se utiliza cuando se
produce una situación
crítica o aparece una
enfermedad
Usuario solo y
con dependencia
moderada
Familia
Familia
La entidad homologada recibe
una subvención de la entidad
social para manejar sólo
situaciones críticas
Entidad
Homologada
La familia soporta,
cuando es posible, la
mayor parte del peso en el
cuidado de una persona
Entidad Entidad Socia
Socia
(Administración l
Si la familia no puede
a una persona depend
por cualquier raz
económica, la adminis
local aporta una subve
la entidad homolog
Figura 5: Actores y roles en la Teleasistencia.
Cuando la persona se encuentra fuera del hospital o del centro de atención primaria, deja de estar cubierta por
cualquier servicio de asistencia y han de ser los familiares o los estamentos sociales quienes se ocupen de la
situación a través de entidades externas. Por esta razón, algunas entidades certificadas, que reciben fondos
públicos, proporcionan teleasistencia básica a este tipo de usuarios/pacientes.
La figura 6 presenta el modelo de asistencia. El sistema se basa en comunicaciones a través de teléfono fijo y en
una pulsera con cobertura sólo dentro de la vivienda del usuario.
...el centro de teleasistencia sigue el
El usuario pulsa el botón…
procedimiento de gravedad basándose
en el historial personal existente en la
base de datos...
Base de datos de perfiles Aplicaciones
BOTÓN
INCLUIDO
EN EL
TELÉFONO
FIJO
USUARIOS
Entidad Social
(Administración Local)
PSTN
Servidor
Centro de
Teleasistencia
Entidad social que paga el servicio
...el centro de
teleasistencia
llama al centro
sanitario
Entidad
Sanitaria
Figura 6: Actual servicio de Teleasistencia.
2.4. Evoluciones comerciales del servicio de teleasistencia actual.
Como ya se ha indicado, en la actualidad, no existe un servicio similar a ViTaL que preste servicios a nivel
comercial. Esto es, no existe un servicio de teleasistencia avanzado que combine video asistencia con
teleasistencia móvil y localización.

Existen no obstante, varias experiencias de teleasistencia móvil, tanto en España como a nivel europeo, algunas
de ellas ya lanzadas comercialmente. En España, de especial mención es la teleasistencia móvil para víctimas de
la violencia de género, que auspiciada por el IMSERSO-FEMP, se basa en el mismo modelo de negocio y
explotación que la teleasistencia básica. Esto es, financiada en su totalidad por la administración pública y
prestada por una entidad homologada (en este caso, Cruz Roja Española). Por otro lado existe, también en
España, el servicio de teleasistencia móvil de Alares ‘Siempre Contigo’. En este caso, abierto a un modelo de
negocio basado en la contratación directa por parte del usuario/familiares, que reciben el servicio de
teleasistencia móvil por una determinada cantidad mensual.
Estas primeras experiencias comerciales nos sugieren las dos grandes líneas que influirán en la evolución
comercial del servicios de teleasistencia avanzados, como el ViTaL. A saber:
Su aplicabilidad y extensión a diversos colectivos: dependientes de diverso grado, mujeres maltratadas,
enfermos crónicos, menores.
La evolución de los modelos de negocio hacia esquemas combinados de financiación pública y/o privada (copago,
pago en su totalidad)
El reto comercial de ViTaL es pues profundizar en estas dos vías e incluir la tercera, esto es, la convergencia de
las tecnologías de banda ancha y movilidad para dar cobertura y continuidad de servicio independientemente de
la ubicación del usuario.
3. Introducción al servicio ViTaL.
La solución Alcatel ViTaL amplia los servicios básicos de teleasistencia para ofrecer un sistema mejorado de
asistencia a través de video y móvil. De esta forma, brinda un nuevo modelo de servicio que incluye dos nuevas
dimensiones:
Movilidad, permite tanto la localización y seguimiento de los usuarios como el soporte de la cobertura de
asistencia fuera del domicilio.
Comunicaciones de banda ancha que permiten comunicaciones de videotelefonía entre los usuarios y el centro
de teleasistencia, que se convierte así en un Centro de Videoasistencia integral.
Usuarios
Fuera del
Dentro del
M ó vil
STB/ TV
Tel é fono
M ó dem/ Router
ADSL
Centro de Videoasistenci
(CAV)
Figura 7: Teleasistencia mejorada ViTaL
Recursos
Servicios de
Emergenci
Expertos
Asistenci
Domiciliari
La solución Alcatel ViTaL incluye la siguiente funcionalidad:
Control del estado del terminal del usuario: el sistema ViTaL controla remotamente el teléfono móvil del
usuario para saber si es está o no dentro de alcance (es decir, con batería y cobertura de móvil). Cuando no está
al alcance, se activa un temporizador. En cuanto finaliza, se envía una alarma al centro de teleasistencia. Esto
evita que salte la alarma como consecuencia de una falta de cobertura temporal del móvil, de corta duración.
Zona de Domicilio (HomeZone) y Rastreo de ubicación: según el nivel de dependencia del usuario, puede
definirse una Zona de Domicilio (HomeZone) para controlar los movimientos del usuario. Si el usuario se aleja
de esta Zona, se envía una alarma al centro de teleasistencia y se rastrea la ubicación para obtener detalles sobre
sus movimientos.

Gestión de alarma: En cualquier momento y lugar, el usuario puede pulsar un botón de alarma específico en su
teléfono móvil. Esto desencadena una llamada automática hacia el sistema ViTaL, el cual envía una notificación
de alarma con la ubicación actual del usuario y enruta la llamada hacia el centro de teleasistencia.
Video consulta: En cualquier momento, el usuario puede solicitar una videollamada al centro de teleasistencia
para obtener asistencia social. La videollamada se realiza por medio del teléfono fijo: El usuario pulsa un botón
de llamada específico del vídeo que genera una llamada al centro de teleasistencia. El centro identifica al
usuario, solicita explícita y verbalmente su autorización para realizar la videollamada y la lanza por medio del
sistema ViTaL.
Este procedimiento supone una garantía de simplicidad y privacidad para el usuario, evitando cualquier
malentendido en el desencadenamiento de la videollamada.
Esta funcionalidad puede ofrecerse bien en forma integrada (todas las funciones simultáneamente) o por
separado (por ejemplo, sólo consulta de video), dependiendo del perfil del usuario final (por ejemplo, tipo de
discapacidad y/o nivel de dependencia).
Internet
GSM
Figura 8: Arquitectura de red.
4. Necesidades del usuario.
Servidor de aplicación de red
VAC
El servicio va dirigido a cubrir las necesidades de la población anciana con un grado moderado de dependencia.
También puede utilizarse en otros segmentos donde se apliquen los mismos principios: existe un grado
moderado de dependencia que permite al usuario vivir en su domicilio y cierto grado de movilidad.
En cuanto a la ubicación así como a los servicios de emergencia por móvil, el servicio va dirigido a usuarios con
una discapacidad sensorial o física moderada. Las principales características son:
Posibilidad de una movilidad normal fuera de casa.
Existe capacidad para comunicarse a través de un teléfono móvil (no se cuentan discapacidades como sordera o
mudez).
Podrían necesitar asistencia en cualquier lugar y momento,
Podrían presentar ligera una demencia que requiriera la localización remota por parte de un centro de asistencia,
Tienen un familiar responsable o una enfermera que recibe las alertas del CAV.
Han expresado su plena disposición a participar en el proyecto.
Viven en zonas urbanas que permiten una adecuada localización por móvil.
Para videoconsultas: Los ancianos que tengan una discapacidad sensorial o física que:
Pudiera suponer baja movilidad (siempre en el domicilio o con largas estancias en casa).
Tengan capacidad para comunicarse a través de un sistema de audio/video (no incluye casos de ceguera, sordera
o mudez).
Vivan solos o tengan pocas relaciones sociales con otras personas debido a su discapacidad.
Hayan expresado su total disposición a participar en el proyecto.
Vivan en zonas urbanas con buena cobertura para comunicaciones por banda ancha.
Teniendo en cuenta que ViTaL es una plataforma que ofrece un servicio integrado, los usuarios finales podrían
combinar las características de ambos: móvil y video.
La utilización del servicio por el usuario final es como sigue:
Desencadenamiento de videollamadas en caso de emergencia en el domicilio. En la vida real, el 95% de las
llamadas no están relacionadas con urgencias reales sino con situaciones de soledad y ansiedad, por lo tanto el
video aportará una importante mejora en todos los casos.
Desencadenamiento de llamadas de urgencia desde teléfonos móviles en caso de urgencia fuera del domicilio.
De esta forma, el servicio de teleasistencia se amplia fuera de las fronteras de la vivienda del usuario. Cada vez
que se desencadene este tipo de llamada, el CAV recibe la ubicación del usuario.

Desencadenamiento automático de una alarma en caso de que un usuario con una Zona de domicilio salga de la
misma. En este caso, se activa el rastreo de ubicación del usuario.
5. Objetivos del proyecto.
Una vez fijados el marco y la descripción del servicio, podemos explicar los principales objetivos de
Attentianet.
Los objetivos a largo plazo de Attentianet son:
Despliegue de un servicio mejorado de teleasistencia que supone añadir videocomunicaciones y movilidad al
actual servicio de teleasistencia y que puede ser utilizado por aquellos colectivos con un nivel de discapacidad
que limita su independencia vital.
Introducción de los ancianos a las nuevas tecnologías de la forma más natural (banda ancha y conectividad por
móvil), rompiendo la exclusión divisoria, como declara el programa de e-inclusión.
Creación de una plataforma (desde el punto de vista del modelo empresarial y técnico) para la ampliación de
servicios en cuanto los países de la UE unifiquen los servicios de asistencia sanitaria y social.
El proyecto Attentianet tiene un objetivo a corto plazo que consiste en realizar una validación del servicio y en
prepararse para el despliegue desde tres perspectivas diferentes:
Tecnología. Los aspectos tecnológicos cubren el terminal del usuario final, los procesos de instalación y soporte,
los requisitos de integración para diferentes redes y entornos de operador, y la necesaria calidad de servicio.
Modelo de mercado y empresarial. Esta perspectiva debe proporcionar un modelo para los distintos actores
involucrados en el despliegue del servicio, los segmentos del mercado que soportan el despliegue del servicio y
las distintas limitaciones que puedan aparecer a nivel normativo, organizacional, legal y privado.
Usuarios finales. Por último, la opinión del usuario final es fundamental. El proyecto tiene que presentar un
primer resultado sobre la aceptación por parte del usuario y después ha de mostrar el impacto sobre la vida de
los usuarios, el correcto uso y los protocolos de asistencia.
Análisis
tecnológico
Ancianos y sus parientes (Análisis del uso por
el usuario, ergonomía y experiencia de usuario)
� Evitar la inseguridad, la soledad y el aislamiento
� Mantener al usuario viviendo en casa
� Mejorar la calidad de vida de los usuarios
� Permitir la monitorización remota de los usuarios
� Gestión de emergencias en tiempo real
� Definición de sistema ergonómico
• Definir la arquitectura técnica
• Definir equipos del usuario
• Identificar beneficios clave
• Barreras / limitaciones
• Escalabilidad y Viabilidad
• Mejoras para el despliegue
• QoS Requerida
• Impactos de red e integración
Análisis del
servicio y actores
Figura 9: Objetivos del proyecto.
• Mercado objetivo
• Segmentación
• Cuestiones legales
• Aspectos de organización
• Modelos de negocio y financieros
• Normas nacionales
• Esquemas alternativos
El proyecto no sólo se utiliza para realizar una validación de mercado sino también para validar una
metodología de trabajo, el enfoque de mercado, los elementos clave y los componentes de aceptación social.
Definir e implementar tal servicio es mucho más que implementar servicios de comunicación; en realidad es
comprender las necesidades de muchos actores diferentes:
Cada tipo de usuario final con una razón distinta para ser asistido.
Los familiares del usuario final implicados en el control y ayuda a esa persona.
La institución social que proporciona el primer nivel de atención de videoservicio.
La administración y su posición frente a las innovaciones.
La administración local y su presupuesto para actividades sociales.
El objeto del proyecto Attentianet está enfocado a la validación de la solución del Servicio de Videoasistencia y
Localización como plataforma de asistencia social ampliada. No obstante, queda claro que esto no es más que el
primer paso hacia una plataforma global de asistencia médica y social. Conseguir una solución de servicio
validada que cuente con cobertura completa de asistencia social para personas con discapacidades, tanto desde
el punto de vista del mercado como tecnológico, ofrece un marco ideal para ampliar el concepto hasta incluir
más situaciones y colectivos críticos que requieran un sistema de telemedicina completo, permitiendo así que el
servicio se convierta en una solución eHealth global.

6. Escenarios de servicio.
6.1 Caso 1: Localización y control de presencia:
Se controla al usuario mediante el servidor de localización del sistema ViTaL con el fin de conocer su posición
geográfica y el estado de su terminal. Este escenario se centra principalmente en usuarios susceptibles de
perderse o cuya movilidad deber ser rastreada (por ejemplo, usuarios en fase inicial de enfermedad mental,
como Alzheimer o demencia senil). Dentro de esta posibilidad de uso, el servicio ViTaL permite:
Conocer el estado del terminal móvil asignado al usuario, es decir accesible o no accesible. En este último caso,
el terminal quizás se haya quedado sin batería y habría que actuar respecto del usuario. La figura 10 muestra el
procedimiento en este caso.
2
Apagado o sin
cobertura
2
1
Accesible
6
No accesible
No accesible
Fase de incidencia técnica Fase de alarma
Usuario sale
de HZ
Notificación
Encendido o con
cobertura
3
1
4
Usuario dentro de
Zona de Domicilio
Tiempo
máximo
alcanzado
3
Usuario entra
en HZ
Notificación
(Zona Domicilio – HZ)
Usuario fuera de
Zona de Domicilio
5
6
Encendido o con
cobertura
Notificación
Figura 10: Ubicación y control de presencia
Situación normal: el usuario está accesible.
El terminal del usuario se vuelve inaccesible.
En la primera fase, el estado de inaccesibilidad se considera como una incidencia técnica (quizá el usuario esté
temporalmente sin cobertura móvil). Se pone en marcha un temporizador.
Se alcanza el tiempo máximo en estado inaccesible (este tiempo máximo es totalmente configurable por usuario
y depende del tipo de usuario y de su perfil de dependencia).
La incidencia técnica se convierte en alarma. Se envía una notificación al CAV. El CAV ejecuta el protocolo de
asistencia definido para el usuario en este tipo de situaciones.
El terminal del usuario es de nuevo accesible. Vuelta a la situación normal.
Definir una Zona de Domicilio (HomeZone) para que cuando él o ella la abandonen, se informe al centro CAV.
La figura 11 muestra el procedimiento en este caso.
Figura 11: Zona de Domicilio (HZ)
Situación Normal: el usuario está dentro de la Zona de Domicilio.
El usuario abandona la Zona de Domicilio, se notifica al CAV. Se ejecuta el protocolo de asistencia asociado al
usuario.
El usuario vuelve a la Zona de Domicilio, se le notifica al CAV. Se ejecuta el protocolo de asistencia asociado al
usuario.
Precisar la ubicación del usuario por medio de un familiar para conocer su posición geográfica. La respuesta a
esta petición de localización es un mapa con indicación de la ubicación del usuario. Procedimiento:
Un familiar autorizado del usuario envía un SMS específico al servicio ViTaL pidiendo la localización del
usuario.

El servicio ViTaL comprueba que el familiar es una persona autorizada (tiene permiso para conocer la ubicación
del usuario) y calcula la ubicación del usuario.
El servicio responde al usuario con un mapa que incluye la ubicación del usuario.
6.2 Situación de emergencia:
El usuario está en situación de emergencia y activa una comunicación de alarma con el Centro de Video
Asistencia (CAV). Este escenario ofrece los siguientes aspectos:
Permite al usuario activar una llamada de emergencia en cualquier momento o lugar, presionando un botón de
su teléfono móvil.
La llamada de emergencia es atendida por un operador CAV que recibe la llamada y simultáneamente la
información sobre el usuario: identificación, perfil, antecedentes.
El CAV puede pedir la localización del usuario.
Según el tipo de emergencia, el CAV puede decidir pedir recursos externos para el usuario como ambulancia,
ayuda médica, contacto de un familiar, etc.
6.3 Videoconsulta:
Los usuarios y el CAV pueden establecer videoconferencias con el fin de conseguir ayuda social primaria. Este
caso está enfocado a controlar situaciones de soledad y aislamiento típicas de estos grupos sociales, en concreto
de aquellos con poca movilidad.
Las videollamadas pueden partir de los usuarios o del centro CAV. Cuando se inician desde el centro CAV, el
usuario recibe directamente en su aparato de TV una notificación de llamada preguntándole si consiente iniciar
la Videollamada.
Cuando el usuario inicia la petición de Videollamada, ésta se realiza a través del teléfono fijo del usuario
mediante un botón específico. Esta acción desencadenará la videollamada por lo que el usuario recibirá la
notificación de videollamada en su aparato de TV pidiendo su consentimiento para iniciarla.
Esta forma de trabajo garantiza dos cosas importantes a los usuarios:
En primer lugar facilita la petición de videollamada por medio del ya conocido teléfono fijo. Esto evita que los
usuarios no sepan realizar una videollamada porque tienen un nuevo aparato de control remoto.
En segundo lugar, garantiza la privacidad de los usuarios porque SIEMPRE se solicita consentimiento explícito
para iniciar la videollamada.
7. Descripción técnica.
La infraestructura necesaria para desplegar ViTaL puede dividirse en equipo de usuario, red móvil y fija,
servidor de aplicación de red y Centro de Video Asistencia (CAV).
7.1 Equipo del usuario.
El equipo del usuario se compone de los siguientes elementos:
Teléfono móvil GSM 900/1800 adecuadamente adaptado a los grupos sociales a los que va dirigido el sistema
de videoasistencia, con botón de alarma y que permite la localización basada en celdas y en la recogida de
información de presencia (mantener actualizada).
Línea telefónica fija con conexión ADSL que soporte al menos un flujo de bajada de 2 Mbps y 512 Kbps de
subida.
Módem/router ADSL
Televisión + módulo de conexión con cámara para soportar videotelefonía basada en control de sesión SIP,
incluyendo el software Cliente adecuadamente adaptado a usuarios con discapacidades.

Móvil
TV
Figura12: Equipo usuario final.
7.2. Red de acceso fijo y móvil
Módulo de
conexión
RTP
SIP
Router
Línea ADSL
La red de acceso fijo es la existente, Attentianet no precisa ningún requisito o cambio específico.
Una línea ADSL estándar de 2 Mbits/seg da acceso a internet y con esto tenemos la aplicación de servicio de red
que controla las videocomunicaciones. Todos los protocolos utilizados son los estándares incluidos ahora en las
arquitecturas IMS.
La red de acceso móvil es la existente. Necesita disponer de un Servidor de Localización con el fin de poder
localizar al usuario. En la actualidad esto está disponible en la mayoría de las redes móviles, por lo que
Attentianet no genera ningún cambio.
RTP/H.264
SIP SIP
Línea
ADSL
2 MB
DSLAM
Access Acceso
Figura 13: Red acceso fijo.
BRAS
Plataforma
Alcatel
Internet
Internet
SIP
CAV
RTP/H.264
Los principales servicios que facilita la red móvil son voz, mensajería y localización. Además, se necesita
acceso a las bases de datos externas del GIS.
(*) esta interfaz de control de
llamada puede depender de
la disponibilidad de red
HLR
GIS
Parlay /
parlay X (*)
Localización
lif / xml
SMSC SMPP / UCP
Figura 14: Red de acceso móvil.
xml
Internet
Plataforma
Alcatel

7.3. Servidor de Aplicación de Red.
El servidor de aplicación de red controla todos los aspectos de comunicación de los servicios ViTaL como:
Prestar servicio a usuarios a nivel de red.
Bases de datos de usuarios. Esta base de datos sólo contiene datos sobre comunicaciones. No se incluye ningún
dato objeto de protección.
Configuración de terminales móviles: arranque inicial de la configuración.
Gestión de terminales móviles: alarmas por batería baja, impactos, etc.
Servidor SIP de videocomunicaciones (registro y gestión de llamadas)
Localización del usuario cuando se produce una llamada de móvil.
Establecimiento de la Zona de Domicilio y rastreo.
Plataforma
Alcatel
Internet
http/html
Internet
CAV
Figura 15: Servidor de aplicación de red – Interfaz CAV
7.4 Centro de Videoasistencia
El centro de videoasistencia es el centro de llamadas utilizado para prestar soporte a los usuarios finales. Las
principales características son:
Base de datos de los usuarios finales con asistencia completa y detalles de configuración del servicio.
Información sobre seguimiento de usuarios finales.
Servicio de registro de datos y estadísticas.
Videocomunicaciones del Cliente.
Llamadas de emergencia de móvil del cliente.
Navegador de localización
Navegador de alarmas.
7.5 Arquitectura global del sistema
Combinando los cuatro dominios del sistema ViTaL: Equipos de usuario, red fija y móvil, servidores de
aplicaciones y Centro de Video Asistencia, la arquitectura de la solución ViTaL es como se muestra en la figura
16, donde claramente se destaca que la comunicación entre los extremos del sistema (equipos de usuario y
Centro de Video Asistencia), se realiza a través de las capacidades de comunicación de las redes fijas y móviles,
y se controla y monitoriza gracias a la inteligencia proporcionada por los servidores de aplicaciones ViTaL.

Gestor
BBDD
Gestor
localiza
LIF
Servidor
localización
Red
Móvil
MSC
Servidores
Gestor
Equipos
usuario
LAN
SM PP
UCP
Servidor
Video
Telefonia
B
T
S
SM SC
GMSC
FW
Intranet
Gestión
operador
WAN
GIS
Acceso
remoto
FW
Backbone
Red IP
CST
FW
CAV LAN
SDSL
Router
ADSL
Router
Móvil
PABX
POTS
Red
telefonia fija
Figura 16: Arquitectura global del sistema ViTaL
8. Beneficios y conclusiones.
TV
CAV
Usuario
STB POTS
Fix
El proyecto Attentianet ofrece un sistema de atención social mejorado accesible desde el domicilio y en los
desplazamientos, que ha de permitir una permanencia más prolongada en casa.
Está dirigido a las necesidades específicas de personas con discapacidades, minusvalías con movilidad reducida
o marginados sociales.
Refuerza el modelo social europeo concediendo un nuevo sistema avanzado para prevenir y resolver la situación
real de soledad de las personas mayores.
Incluye la capacidad para conocer la ubicación de los usuarios, permitiendo a los asistentes sociales y
trabajadores de urgencias conocer la posición exacta de los usuarios en caso de alarma o situación crítica.
El servicio está fuertemente enfocado al uso: uno de los principales resultados de Attentianet será saber cómo
diseñar los terminales y cómo deben realizarse los procesos de asistencia y las operaciones de servicio.
Impide la “exclusión digital” gracias a la utilización de nuevas tecnologías: banda ancha y móvil que pueden
constituir plataformas para otros servicios como, por ejemplo, la telemedicina, los servicios de Chat, etc.
9. Bibliografía
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Directorate of Social Affairs and Health. December 2002
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inclusión social en España. Pedro José Cabrera Cabrera (Director), M.a José Rubio Martín, Yolanda Fernández
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Schoenmaeckers
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[12] The economically active population in Europe. R. Palomba, I. Kotowska (2003)
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[22] BANDA ANCHA. JULIO 2004 Grupo de Análisis y Prospectiva del Sector de las Telecomunicaciones.
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[23] The Lisbon Special European Council (March 2000): Towards a Europe of Innovation and Knowledge.
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http://www.comisionhogardigital.org/GT10_Teleasistencia.htm
[27] MobilAlarm Final report Project. EU funded eTen Project. 2005. http://www.mobilalarm-eu.org/
[28] PROGRAMA DE TELEASISTENCIA MÓVIL
PARA LAS VÍCTIMAS DE LA VIOLENCIA DE GÉNERO. IMSERSO.
http://www.imsersomayores.csic.es/documentos/documentos/imserso-folletoteleasistencia-01.pdf
[29] Servicio de teleasistencia móvil Alares ‘Siempre
contigo’.http://www.alares.es/servicios_alares/teleasistencia_movil_siempre_contigo__1

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Aplicación de las Redes Ópticas de Conmutación de Ráfagas en Sistemas
de Tele-asistencia
Resumen
David Roca, Daniel Guasch, Cristina Cervelló-Pastor, Anna Agustí
Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad Politécnica de Catalunya
.
El siguiente trabajo aborda el estudio de viabilidad de la utilización de redes basadas en tecnologías ópticas
en el ámbito de la tele-asistencia. El objetivo es ofrecer una rápida reacción ante los problemas de salud de
personas con un cierto grado de dependencia, mediante un sistema de sensores que continuamente captan el
estado de dichas personas. Se propone la utilización de la tecnología óptica de conmutación de ráfagas (OBS)
como solución para ofrecer la velocidad de reacción precisa que requiere el sistema de tele-asistencia definido.
El estudio comprende tanto la construcción de un entorno de simulación para redes OBS, como una metodología
paralela de validación del simulador.
1. Introducción
El uso de las nuevas tecnologías de la información (TIC) se considera como un motor de progreso económico y
social, fomentando la mejora del bienestar y de la calidad de vida de los ciudadanos. Pero el objetivo no debe
ser únicamente el de facilitar el acceso a la tecnología por parte de todos, sino adaptar realmente esa tecnología
a las necesidades de sus usuarios, mejorando por un lado su vida cotidiana y permitiéndoles por otro ser capaces
de utilizarla.
El trabajo se enmarca dentro del ámbito de un sistema de tele-asistencia para personas mayores, con alguna
discapacidad o dependencia. Éste debe permitir el seguimiento de personas que tengan alguna limitación física o
psíquica ya sea por discapacidad o por edad, tanto si se hallan situados en centros especializados como personas
que habiten en sus propios hogares.
Dependiendo del número de sensores y del número de personas a las que se realiza el seguimiento, se debe tener
en cuenta que la cantidad de información generada puede llegar a ser importante. Esta información, encapsulada
en pequeños paquetes de datos, debería ser procesada por un nodo para ser posteriormente retransmitida hacia
los centros de asistencia donde se hallan los especialistas adecuados. El proceso de cada uno de estos paquetes
puede ser lenta en una red convencional (basada en el principio de “Store and Forward”) con lo que se plantea
la necesidad de hacer uso de las nuevas redes basadas en tecnologías ópticas las cuales pueden ofrecer la
velocidad de reacción precisa.
En el presente artículo se propone una red óptica basada en la tecnología de conmutación óptica de ráfagas
(OBS, Optical Burst Switching) [1][2]. La conmutación óptica de ráfagas (OBS) es una tecnología que integra la
conmutación de paquetes y la transmisión WDM (Wavelength Division Multiplexing) con la intención de
aumentar el aprovechamiento del ancho de banda de las fibras ópticas. La redes OBS constan de dos tipos de
nodos, los nodos frontera situados a la entrada y a la salida de la red, y los nodos centrales situados en el interior
de la red. OBS combina los beneficios de la conmutación de paquetes y el encaminamiento por longitud de onda
teniendo en cuenta las limitaciones actuales de la tecnología óptica.
En una red OBS, para lidiar con la lentitud relativa de los dispositivos electrónicos, los paquetes recibidos en los
nodos frontera se ensamblan en unidades de mayor tamaño denominadas ráfagas. Las ráfagas son conmutadas
por medios ópticos minimizando de esta forma la utilización de la CPU de los equipos interiores. Para ello,
147

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Fig. 1. Red OBS aplicada a la Tele-asistencia
previamente debe haberse transmitido un paquete de control (BCP, Burst Control Packet) que haya preparado la
configuración interna del conmutador óptico para el instante de llegada de la ráfaga. Los datos de los usuarios se
agregan en los nodos frontera de la red, ordenados en función de la dirección destino y/o según la calidad de
servicio requerida (QoS, Quality of Service) [3]. La QoS va a permitir definir prioridades en el tratamiento de
las ráfagas dentro de la red, y por lo tanto, clasificar los paquetes provenientes de los sensores según la
importancia de la causa que los ha provocado. De esta manera, los paquetes procedentes de sensores que deban
ser analizados por el mismo nodo final, ya sea el terminal que disponga el especialista asociado o bien la
persona que efectúa el seguimiento, se ensamblarán en una misma ráfaga la cual recibirá un tratamiento dentro
de la red según la prioridad que se requiera.
El contenido de este artículo es el siguiente. En la Sección 2 se presenta la arquitectura de la red OBS
enmarcada en el sistema de tele-asistencia definido. En la Sección 3 se introduce el esquema de funcionamiento
de los nodos OBS utilizado en el diseño del entorno de simulación. La Sección 4 contiene un análisis de los
parámetros que intervienen en una transmisión de las ráfagas en redes OBS. La Sección 5 presenta un Sistema
de Validación Automática para implementaciones de routers OBS. En la Sección 6 se presentan resultados tanto
del simulador como del Sistema de Validación Automática. Por último, la Sección 7 contiene, a modo de
resumen, las conclusiones de este trabajo.
2. Arquitectura del simulador OBS
El modo de funcionamiento de las redes OBS da lugar a una separación, tanto en tiempo como en el espacio
físico, entre el plano de control y el plano de datos y constituye una de las principales ventajas de este tipo de
redes porque facilita un eficiente control electrónico y permite una elevada flexibilidad tanto en el formato de
los datos como en su tasa de transmisión. Siguiendo este principio se ha diseñado el simulador siguiendo la
arquitectura mostrada en la figura 2, donde se puede apreciar los dos planos que componen un router OBS: el
plano de control y el de datos.
Las líneas de comunicaciones se basan en fibras ópticas con WDM, que transportan la información multiplexada
de diferentes flujos de datos, y líneas para la información de control.
En el plano de datos se encuentran los demultiplexores, encargados de separar por un lado las diferentes
longitudes de onda y por otro los flujos de control de los de datos, y los multiplexores, responsables de realizar
la función complementaria. En la parte central de la Fig. 2 se observan dos bloques adicionales: el retardador
óptico y la matriz de conmutación. El retardador óptico retarda las ráfagas de datos, en el caso de que sea
necesario, mientras que la matriz de conmutación las encamina a la salida adecuada.
El resto de elementos que se observan en la arquitectura de un router óptico, pertenecen a la capa de control. El
plano de control es el encargado de gestionar el comportamiento del router. En él se encuentra la unidad de
control, responsable de coordinar los subsistemas de planificación (scheduling), encaminamiento (routing) y
retardador (buffer).
El subsistema de planificación permite el desarrollo de algoritmos que gestionen la calidad de servicio (QoS)
mediante el uso de prioridades. El subsistema de encaminamiento posibilita la simulación e investigación en el
148

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
1xn reservas
kxn ráfagas
Retardador
Controlador
Encaminador
Planificador
Unidad de Control
1xm reservas
kxm ráfagas
n fibras m fibras
Fig. 2. Arquitectura de un nodo OBS del Simulador
desarrollo de algoritmos para el encaminamiento dinámico. El bloque retardador permite gestionar los
retardadores ópticos implementados en la capa de transmisión.
Asimismo, en el plano de control se realiza la gestión de las colas de entrada, encargadas de almacenar
temporalmente los paquetes de control y enviarlos a la unidad de control, y de las colas de salida, que envían los
paquetes al siguiente dispositivo de red.
3. Esquema de funcionamiento del simulador OBS
Aunque existen varias definiciones asociadas a las redes OBS [4][5], la mayoría de las arquitecturas propuestas
para redes ópticas de conmutación de ráfagas se basan en mecanismos de reserva unidireccional [6][7], en los
cuales, después de un tiempo de offset, la ráfaga de datos se transmite sin esperar un reconocimiento positivo de
la reserva. Una de las principales limitaciones de los esquemas con reserva unidireccional es su elevada
probabilidad de bloqueo. Cuando dos paquetes de diferentes puertos de entrada o con diferentes longitudes de
onda de entrada deben ser conmutados al mismo puerto de salida y con la misma longitud de onda se produce
contienda por el uso de los mismos recursos. En ese caso, la unidad de control debe utilizar alguna estrategia
para resolverla. La contienda en el puerto de salida se puede resolver en tres dimensiones: longitud de onda
(utilizando conversores de longitud de onda), tiempo (utilizando líneas de retardo) o espacio (utilizando técnicas
de deflexión o deflection routing) [8]. También es posible utilizar estrategias que combinan soluciones en más
de una dimensión. Además, existen soluciones en las que se realiza un truncado (Burst Segmentation) de la parte
de la ráfaga que provocaría la colisión con otra ráfaga, transmitiendo sólo una parte de la misma [9][10].
Algunas de estas soluciones sólo resuelven en parte las pérdidas derivadas de las contiendas y otras, a pesar de
ofrecer mejores prestaciones, resultan ser soluciones inviables en términos económicos o en términos
tecnológicos. Es por ello que en el estudio de las redes OBS, la contienda sigue siendo una problemática a
resolver [11], siendo necesarios la aportación, y su posterior análisis, de nuevos algoritmos y protocolos que la
reduzcan o anulen. Sobre ésta influye el algoritmo de encaminamiento [12] usado, el algoritmo de planificación
(scheduling) [13][14][15] de las longitudes de onda utilizado, así como la decisión del offset utilizado y la
aplicación de la QoS que se lleve a cabo. El estudio de todos estos algoritmos y sus protocolos derivados, así
como la interacción entre los mismos, es el objetivo primordial del simulador que aquí se presenta.
Así pues, el entorno de simulación para redes OBS permite el modelado del comportamiento de routers ópticos
genéricos basados en la técnica de conmutación de ráfagas con el propósito de evaluar nuevos algoritmos
asociados con la problemática de resolución de contiendas existente en estas redes. La finalidad del diseño
planteado es obtener el máximo caudal (aprovechar al máximo el ancho de banda disponible) minimizando las
pérdidas derivadas de las colisiones.
4. Análisis de la Transmisión
En el dimensionado de los parámetros que intervienen en la transmisión de una ráfaga hay que tener en cuenta,
esencialmente, que el tiempo de offset debe ser suficientemente grande como para permitir que el paquete de
control sea procesado antes de que llegue la ráfaga en los nodos intermedios de la red. De este modo, la ráfaga
no requiere ser retardada a nivel óptico en dichos nodos. Por otra parte, la llegada de paquetes de control a un
nodo no debe provocar la saturación del mismo.
149

Longitudes de onda
Procesado
flujo de control
flujo de datos 1
flujo de datos n
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
tbcp
tp
toffset
top
tx
tc
toffset
Fig. 3. Esquema temporal de la transmisión/recepción de información en el plano de control y en el de datos
En la Fig. 3 se muestra un esquema temporal correspondiente a la recepción y transmisión de paquetes de
control y de datos por parte de un nodo. Los intervalos de tiempo que intervienen en este esquema son los
siguientes:
toffset: Intervalo de tiempo entre el inicio de transmisión/recepción del paquete de control y el inicio de
transmisión/recepción de la ráfaga asociada.
tbcp: Tiempo de transmisión/recepción del paquete de control (BCP).
tp: Tiempo de procesado del paquete de control.
top: Tiempo de operación total con el paquete de control por parte del nodo, que incluye en tiempo de procesado
más el tiempo de espera en cola.
tx: Intervalo de tiempo entre dos paquetes de control correspondientes a ráfagas del mismo flujo.
tc: Tiempo necesario para realizar la conmutación adecuada para la ráfaga de datos asociada al paquete de
control.
El tiempo de offset mínimo desde el punto de vista de un nodo ha de cumplir:
toffset ≥ tbcp + t p + tc
.
min
Por otra parte, si tenemos en cuenta todos los nodos de la red, que denotaremos por N, el tiempo de offset
mínimo para una ráfaga ha de cumplir:
toffset ≥ tc
+ tbcp + t p ⋅ N .
min
El intervalo de tiempo, tx, entre la llegada de dos paquetes de control correspondientes al mismo flujo de datos,
ha de cumplir la siguiente relación para conseguir que la cola de paquetes de control del nodo no se llegue a
saturar:
t x ≥ n f ⋅ n ⋅
min
λ t p − tc ,
donde nf es el número de fibras ópticas y n� es el número de longitudes de onda de cada una.
Esta expresión refleja la peor situación a nivel de congestión que puede darse en el nodo. En este caso debería
ser capaz de procesar todos los paquetes de control correspondientes a las ráfagas que puede recibir por todas
sus fibras de entrada y por todas las longitudes de onda, durante el tiempo que transcurre desde la llegada de un
paquete de control y el siguiente correspondientes a un mismo flujo.
En estas expresiones se ha considerado que no se producen errores en la red, de modo que la transmisión de la
ráfaga se produce con éxito.
tiempo
150

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
En general puede darse el caso de que no existan los
recursos necesarios en la red para la transmisión de la
ráfaga y, en esta situación, el simulador da como opción
Inicio
la posibilidad de utilizar la técnica de las cancelaciones
para liberar recursos reservados previamente a lo largo
del camino. Teniendo en cuenta que un nodo puede
recibir además de paquetes de control, paquetes de
cancelación hacia delante y hacia atrás, el tiempo tx
mínimo debería cumplir:
t ≥ 3 ⋅ n xmin f ⋅ nλ ⋅ t p − tc .
¿Existen Definición
más si tests tests? Tests
no
Base de datos
Programación tests
Fin
Resultados
teóricos
En el caso de la red de N nodos, considerando la
situación en la que el paquete de control viaja hasta el
Fig. 5. Proceso de generación de los tests
extremo final de la red y los paquetes de cancelación viajan en sentido contrario para liberar los recursos
reservados a lo largo del camino por dicho paquete de control, el tiempo de offset mínimo debería ser:
> 2 ⋅ (t c + tbcp + t p ⋅ N ).
toffset min
Si los errores se reiteran, el tiempo de offset necesario será consecuentemente mayor.
5. Entorno de validación automático
Disponer de sistemas de validación automática para testear las implementaciones, tanto a nivel de prototipo
como de línea de fabricación, son de vital importancia a la hora de garantizar la calidad de un producto. Desde
el punto de vista empresarial garantiza una reducción en términos de costes y tiempo de desarrollo, asegurando
el cumplimiento de las especificaciones y normas. En el caso concreto de este trabajo, se presenta un sistema de
validación automática de implementaciones de routers para redes OBS, cuya arquitectura sigue la mostrada en la
anterior sección (Fig. 2)
El sistema implementado mediante un entorno de programación permite comprobar en tiempo real cómo se
comportan las implementaciones de los routers. Para ello se utiliza una base de datos, creada previamente, que
contiene la definición de los tests, con configuraciones del tráfico de entrada y de salida validados teóricamente.
La ejecución del sistema de validación se detalla en la Fig 4.
El sistema de validación automática se divide en dos fases. En la primera, se definen las situaciones a testear,
obteniendose los resultados teóricos correctos y se programa el entorno de validación. En una segunda fase se
ejecutan los tests comparando los resultados obtenidos a partir de la implementación del router con los
obtenidos en la fase 1.
El proceso de generación de los tests, presentada en la Fig. 5, se basa en dos bloques: definición del test y
obtención de resultados correctos, que se repiten dentro de un bucle, generando todos los tests a validar. Como
resultado a este bucle se obtiene una base de datos, con la información necesaria de los tests validados, así como
también el entorno de validación automática, que será el encargado de comparar el comportamiento de las
implementaciones de los routers con los resultados teóricos
El entorno de validación interactúa con la base de datos de los tests, creada anteriormente, y con la
implementación del router OBS de la cual se desea realizar la validación. Cada test de la base de datos deberá
ser procesado por el router de tal forma que a la salida del sistema se dé como resultado la comparación de cada
test con los resultados teóricos.
6. Resultados
Se ha mencionado que en un sistema de tele-asistencia, la cantidad de información generada puede llegar a ser
importante. Esta información sería encapsulada en pequeños paquetes de datos en el caso de una red digital
convencional TCP/IP. El procesado de tal cantidad de paquetes requiere un alto consumo de la CPU de los
nodos de la red, así como la necesidad de buffers que puedan garantizar una tasa de pérdidas ínfimas en caso de
situaciones de congestión. En el caso de las redes OBS, mediante el proceso de agregación en los nodos
fronteras se reducen el número de ráfagas transmitidas por la red, disminuyendo por tanto la carga de la CPU de
los conmutadores, así como también minimizando las situaciones de congestión en la red
151

1 2 3 4
Salid Salidaa II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Para evaluar la dinámica de estas redes, el entorno de simulación proporciona herramientas para evaluar su
comportamiento en diferentes ámbitos, entre los cuales se encuentra la tele-asistencia. A continuación se
presenta, a modo de resultado práctico, el fragmento inicial de una simulación de la topología planteada en la
Fig. 6.
La red simulada consiste en dos nodos frontera y dos nodos núcleo interconectados mediante enlaces de fibras
ópticas (2 de salida y 2 de entrada a cada nodo), en cada una de las cuales circulan 3 longitudes de onda (1 para
el plano de control y 2 para el plano de datos).
La simulación resuelve la transmisión de 11 ráfagas desde el nodo frontera 1 hasta el nodo frontera 4, pasando
por los nodos núcleo 2 y 3. En la Tabla 1 se muestra el resumen de las estadísticas obtenidas en cada nodo en el
intervalo temporal de simulación escogido. Se observa como en el intervalo de tiempo simulado, el nodo
frontera 1 transmite 22 paquetes, de los cuales 9 son ráfagas y 13 son de control. Nótese que los 13 paquetes de
control corresponden a las 11 ráfagas iniciales más 2 retransmisiones posteriores debidas a problemas de
comunicación identificadas a partir de las 2 cancelaciones recibidas desde el nodo 2. Igualmente, de las 9
ráfagas de datos, el nodo 2 aporta algunos datos interesantes como el hecho de que acepta y transmite 8 ráfagas,
entre las cuales 2 han generado algún tipo de problema de congestión.
En el ejemplo actual la contienda se resuelve mediante buffers de retardo y sólo dos ráfagas no se pueden
propagar inicialmente requiriendo una posterior retransmisión.
Las Fig. 7 a 9 representan el tráfico en los enlaces de entrada y salida de los nodos de la red. En aras de ilustrar
intuitivamente el ejemplo, dichas figuras solo representan parcialmente la línea de tiempo. La información
completa se halla en la tabla 1.
La Fig. 7 proporciona la evolución del tráfico en el nodo frontera 1. La Fig. 7(b) detalla el tráfico generado por
el nodo, procedente de las redes externas. Por motivos de facilidad en la interpretación, el tráfico retransmitido
por éste se ha incorporado por la segunda fibra de salida del nodo, visualizado en la Fig. 7(c). Estas
retransmisiones son generadas a causa de los paquetes de control recibidos del nodo 2, tal y como se observa en
la Fig. 7(a).
Fig. 6. Red OBS simulada
Implementación del
router OBS
Entorno de
Base de datos
simulación
Fig. 4. Sistema de Validación Automática
La Fig. 8 presenta el tráfico en las fibras de entrada y
salida del nodo 2 mientras que en la Fig. 9(a) y 9(b) se
aprecia el tráfico en el nodo núcleo 3. En ella se pone de
manifiesto un detalle de la programación de los paquetes de control que gestionan la congestión, que no se
aprecia en las estadísticas de la Tabla 1. Cuando un nodo detecta congestión la resuelve internamente; a
continuación genera y envía un paquete de control a los nodos vecinos involucrados en la transmisión de la
ráfaga en cuestión.
Finalmente, la Fig. 9(c) detalla el comportamiento del nodo 4, que en este caso se limita a recibir los paquetes
del nodo 3 ya que él es el destinatario. El nodo 3 resuelve la situación realizando una conversión de longitud de
onda, otro de los mecanismos que contempla el simulador.
En cuanto al Entorno de Validación Automático, los resultados obtenidos se centran en la consecución de un
banco de tests que permitan verificar el correcto comportamiento de las implementaciones de los router OBS
ante un seguido de situaciones características.
Mediante este banco de tests se ha establecido una base
de datos que contiene las mínimas entradas
correspondientes a los estados que pueden darse en el
equipo.
152

(a)
(b
(c)
1
λ control
λ datos 2 λ datos 1
λ control
λ datos 1
λ datos 2
λ control
λ datos 1
λ datos 2
0
0
0
Fibra γ
Fibra γ
Paquetes de control de ráfagas
Fibra α
Fibra β
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Fibra α
0
0
0
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas
Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas
Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Fibra β
0
0
0
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas
Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas
Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Fig. 7. Representación gráfica del tráfico en el nodo 1
Para ello, a partir de las funcionalidades del equipo, se generan una serie de escenarios que mediante su
combinación con las diferentes situaciones a analizar dan lugar a un banco de estados, “linealmente
independientes”, que permiten definir con precisión el comportamiento del equipo.
El banco de validación contiene un total de 104 tests, tal como se puede apreciar en la Fig. 10, que requieren un
total de 87 segundos, utilizando un PC con una CPU a 3Ghz, para ser ejecutados secuencialmente.
153

7. Conclusiones
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Nodos 1 2 3 4
Paquetes recibidos 2 22 22 21
Paquetes recibidos control 2 13 14 13
Paquetes recibidos datos 0 9 8 8
Paquetes transmitidos 22 25 22 0
Paquetes transmitidos 13 17 14 0
control
Paquetes transmitidos datos 9 8 8 0
Ráfagas aceptadas 0 8 8 8
Ráfagas descartadas 0 1 0 0
Ráfagas truncadas 0 0 0 0
Retransmisiones 2 0 0 0
BCP (Reservas) aceptados 0 11 10 8
BCP
descartados
(Reservas) 0 2 0 0
BCP (Reservas) anulados 0 0 2 2
Reservas sustituidas 0 2 0 0
BCP
aceptadas
(Cancelaciones) 2 0 2 2
BCP (Cancelaciones) 0 4 0 0
generadas
BCP (Cancelaciones)
propagadas
0 0 2 0
Tabla. 1. Tabla resumen de las estadísticas de la simulación
En este artículo se ha realizado el estudio de viabilidad de las redes ópticas de conmutación de ráfagas aplicadas
a un sistema de tele-asistencia. Mediante la utilización de un entorno de simulación, se ha podido evaluar la
interacción entre los diferentes elementos y algoritmos que intervienen en una transmisión extremo-a-extremo y,
de este modo, estudiar los tiempos de reacción que supondría el uso de esta tecnología en la atención de las
personas a las que se realiza el seguimiento mediante el sistema de tele-asistencia.
El simulador se ha llevado a cabo mediante Matlab, el cual ofrece las prestaciones adecuadas tanto para la
simulación del router y los algoritmos de encaminamiento y planificación que éste incorpore, como para el
análisis posterior de los resultados.
La compleja programación de esta clase de dispositivo requiere que continuamente se testee su correcto
funcionamiento. Por esta razón, se ha demostrado la eficacia del Sistema de Validación Automático
implementado, ya que es capaz de testear continuamente el comportamiento del router, contribuyendo a una
reducción de costes y tiempos de desarrollo, así como una mejora en la fiabilidad.
Los resultados obtenidos en este trabajo han dado lugar a dos patentes a nivel español. La primera de ellas
abarca la construcción del simulador OBS (P200502790) [16], mientras que la segunda hace referencia al
sistema de validación automática presentado (P200502791) [17].
154

(a)
(b)
(c)
λ control
λ datos 1
λ datos 2
λ control
λ datos 1
λ datos 2
λ control
λ datos 1
λ datos 2
λ datos 1
2 Fibra α
Fibra β
0
0
0
Fibra γ
0
0
0
Fibra α
0
(d) 0
λ datos 2
0
0
0
λ control Fibra δ
0
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Fibra β
Fibra γ
Paquetes de control de ráfagas
Fibra δ
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Fig 8. Representación gráfica del tráfico en el nodo 2.
155

(a)
(b)
(c)
3 Fibra δ
Fibra ε
4
λ control
λ datos 1
λ datos 2
λ control
λ datos 1
λ datos 2
λ control
λ datos 1
λ datos 2
Fibra δ
0
0
0
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Fibra ε
Ranuras
0
0
0
Fibra ε
0
0
0
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Fibra ε
Paquetes de control de ráfagas
10 20 30 40 50 60 70 80
Paquetes de ráfagas
Ranuras
10 20 30 40 50
Paquetes de ráfagas
60 70 80
Ranuras
10 20 30 40 50 60 70 80
Ranuras
Fig. 9. Representación gráfica del tráfico en los nodos 3 y 4
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por la Fundación i2CAT, por el proyecto EURO-FGI y por el Ministerio de
Ciencia y Tecnología (MCYT) y FEDER dentro de proyecto TSI2006-12507-C03-03.
156

Referencias
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J.J.P.C. Rodrigues, M.M. Freire, P. Lorenz, "One-way Resource Reservation Protocols for IP over Optical Burst
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J. Xu, C. Qiao, J. Li, and G. Xu, “Efficient Channel Scheduling Algorithms in Optical-Burst-Switched
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Jikai Li, Chunming Qiao, Yang Chen, “Recent Progress in the Scheduling Algorithms in Optical-Burstswitched
Networks [Invited],” Journal of Optical Networking, Volume 3, Issue 4, 229-241, April 2004
V.M. Vokkarane, G. P. V. Thodime, V. U. B. Challagulla, and J. P. Jue, “Channel Scheduling Algorithms Using
Burst Segmentation and FDLs for Optical Burst-Switched Networks,” IEEE ICC, Vol. 2, pp. 1443–1447, 2003.
Daniel Guasch, Cristina Cervelló, David Roca, “Sistema, implantado por ordenador, para simular routers ópticos
OBS,” Patente nº P200502790.
[17] Daniel Guasch, Cristina Cervelló, David Roca, “Sistema, implantado por ordenador, para el testeo y
validación automática de implementaciones de routers OBS,” Patente nº P200502791.
158

Resumen
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Detección automática de situaciones peligrosas para el telecuidado de
personas mayores
José M. Cañas, Antonio Pineda, Pablo Barrera
Departamento de Ingeniería Telemática y Tecnología Electrónica
Universidad Rey Juan Carlos
A la hora de desarrollar aplicaciones de telecuidado la visión proporciona un sensor incomparablemente bueno. Por
un lado es poco intrusivo y además proporciona una gran cantidad de información a un precio bajo. Para su uso en
telecuidado es necesario trabajar en tiempo real lo que implica una gestión ágil de las imágenes. Además, las
imágenes sólo nos dan información bidimensional pero la mayor parte de la información útil es tridimensional, por
lo que debemos ser capaces de extraerla de las imágenes. En el presente artículo presentamos una aplicación para el
cuidado de personas mayores empleando únicamente información visual. La aplicación permite detectar problemas
como pueden ser un desmayo, una caída al suelo o el acercamiento a una ventana. La monitorización automática de
estas personas puede proporcionarles un mayor grado de autonomía.
1. Introducción
El cuidado de personas mayores o enfermas implica una monitorización continua de su quehacer diario. En muchos
casos son los propios familiares o los servicios sociales los encargados de cuidarles en los domicilios de estas
personas o en residencias especializadas. Pero aún contando con el personal necesario para el cuidado es imposible
observar a estos pacientes continuamente con el fin de detectar lo antes posible cualquier tipo de incidencias. El
problema se agrava aún más en el caso de personas que viven solas, las cuales necesitan aún más este tipo de
asistencia.
Los sistemas de teleasistencia tradicionales emplean terminales o dispositivos especiales que transportan los propios
pacientes, en forma de pulsera o collar, y que en un momento de necesidad son accionados por éstos para enviar la
llamada de emergencia a los servicios necesarios. Sin embargo, estos sistemas tienen la limitación de que necesitan
ser accionados por el usuario. En los casos más graves esto no será posible, con el consiguiente riego potencial que
entraña. Por otro lado, el hecho de tener que cargar con un aparato de manera continua puede convertirse en un
engorro para el usuario dada la naturaleza intrusiva del dispositivo.
Una alternativa para este tipo de servicios de telecuidado es la utilización de dispositivos de monitorización
externos. Un conjunto de cámaras pueden encargarse de vigilar al paciente de manera automática. Cuando éste haga
una señal o, más importante aún, cuando se observe algún comportamiento anómalo, como puede ser una caída al
suelo, el sistema automáticamente puede enviar una señal de emergencia.
Este tipo de sistemas de monitorización automática basados en visión ha ido cobrando importancia en los últimos
años. Por ejemplo en entornos sanitarios hay sistemas visuales para la detección de anomalías en radiografías, y en
entornos biomédicos hay sistemas de localización 3D para evaluar desviaciones en la columna o perfeccionar los
movimientos de atletas. En parte esto se debe al aumento de la capacidad de cómputo de los ordenadores y al
descenso del precio de las cámaras. Cada día es más común encontrar multitud de cámaras a nuestro alrededor
159

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
gracias a la economía de escala. Están presentes en los sistemas de vigilancia, en los móviles, en los ordenadores, en
las consolas, etc.
Aun con tantas cámaras disponibles en la actualidad hay pocas aplicaciones totalmente autónomas basadas
exclusivamente en visión. El motivo principal es que resulta muy costoso extraer información útil de las cámaras, lo
que encarece sobremanera tanto el proceso de desarrollo de la aplicación como la fabricación de los dispositivos.
Para que el sistema resulte útil en la monitorización de personas enfermas debe ser capaz de funcionar de la forma
más ágil posible con el fin de disparar la alarma con máxima celeridad. Además, tiene que trabajar de manera
continua, durante todos los días. Conseguir este objetivo con recursos limitados impone restricciones al tipo de
sistema a desarrollar y al tipo de tecnología que podemos emplear.
Para terminar, debemos considerar el tipo de información que resulta útil en un sistema de detección de situaciones
peligrosas como el que aquí presentamos. En muchos casos uno de los principales problemas a la hora de identificar
situaciones peligrosas consiste en que se emplea información visual de dos dimensiones. En el marco del análisis de
imágenes puede resultar muy complejo encontrar o discernir entre una situación u otra. Un ejemplo puede ser si una
persona se encuentra cerca o no de un fogón encendido. Al usar únicamente una imagen plana existe una
ambigüedad a la hora de establecer la distancia por lo que podemos incurrir en errores fácilmente. Los requisitos de
las aplicaciones para evitar estos errores hacen que incurramos en un alto coste computacional.
En este artículo presentamos una alternativa que se centra en la extracción de información tridimensional relevante
de una escena. Una gran parte de la información que puede resultar útil del mundo que nos rodea es eminentemente
tridimensional, como puede ser la posición relativa de un objeto frente a otro o el movimiento de una persona. Al
usar información 3D resulta más sencillo describir las situaciones potencialmente peligrosas por lo que se simplifica
en gran medida la aplicación, centrando la dificultad sobretodo en la extracción de información tridimensional.
Utilizando esta información tridimensional y un conjunto de reglas sencillas definidas en un mundo 3D hemos
desarrollado una aplicación para el cuidado de personas mayores capaz de detectar en tiempo real situaciones
potencialmente peligrosas, como puede ser un desvanecimiento, una caída al suelo o el acercamiento a una ventana.
Todo ello se implementa con un conjunto de cámaras baratas, como puede ser unas webcams, y utilizando un PC de
sobremesa corriente.
El sistema de extracción de información 3D que empleamos es novedoso y está diseñado para trabajar con unos
recursos computacionales muy escasos y en entornos muy heterogéneos. Aunque ya existen aplicaciones que
utilizan únicamente información tridimensional usando imágenes [1], los métodos empleados para extraer dicha
información suelen implicar un gran gasto computacional. En parte por esto, su aplicación no ha terminado de
despegar más allá de ambientes muy controlados o con grandes recursos a su disposición, como pueden ser las
cadenas de producción industrial o la creación de efectos visuales en la producción de películas o videojuegos.
2. Detección automática de situaciones peligrosas
Cuando una persona mayor o enferma se encuentra sola puede ser útil tener un sistema que la monitorice con el fin
de detectar posibles situaciones peligrosas lo antes posible. Un sistema así puede ayudar a aumentar su grado de
autonomía, al no depender de que familiares o personal cualificado esté continuamente pendiente de él.
El sistema desarrollado está precisamente orientado a personas mayores que son susceptibles de padecer caídas o
desmayos pero que no quieren vivir en una residencia de ancianos y prefieren seguir viviendo en sus casas,
disfrutando de la mayor calidad de vida que eso supone. Un sistema como el que se presenta aquí permite reaccionar
rápidamente en caso de esas situaciones peligrosas (caídas con pérdida de conocimiento, desfallecimientos, etc.) que
se escapan a los sistemas actuales de teleasistencia mediante pulsador.
Para que una aplicación así sea realmente útil debe funcionar autónomamente. Es decir, debe funcionar sin
necesidad de que haya otra persona supervisando permanentemente, ya sea en el mismo lugar que el usuario o en
una central del control remota. El sistema presentado aquí es completamente autónomo. Al ser automático, aumenta
la comodidad de los familiares o los cuidadores, que no tienen que estar permanentemente pendientes. De hecho, el
personal externo sólo será necesario para atender a las emergencias detectadas por la aplicación, no de continuo.
160

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Adicionalmente, el empleo de cámaras en el hogar plantea un dilema ético importante en lo relacionado con la
intimidad. Con un sistema automático como el diseñado se mantiene la intimidad de la persona cuidada, pues nadie
le observa. No hay nadie vigilandole “al otro lado”. Las imágenes recogidas por el sistema no se graban en ningún
soporte y no salen del sistema salvo que lo justifique una situación de emergencia en la que la vida de la persona
corra peligro. Se puede ver este sistema como un servicio automático de alarmas, similar a los sensores volumétricos
que ya hay en muchos hogares y que efectivamente miden nuestra presencia en distintas estancias de una casa.
No obstante, al ser las cámaras unos sensores tan potentes, y existir la posibilidad de enviar las imágenes
remotamente a los cuidadores externos, habría que incorporar al sistema mecanismos de seguridad que refuercen la
protección frente a intrusiones. Si la señal de alarma se reduce a una llamada de teléfono o un mensaje SMS no
habría posibilidad de invasión de intimidad.
El sistema básico que hemos desarrollado está compuesto por varios módulos interconectados entre sí. Podemos ver
en la Figura 1 un esquema con los módulos que componen nuestra aplicación.
Figura 1: Diagrama de bloques de nuestra
aplicación de telecuidado
En primer lugar tenemos un sistema de captura de imágenes a través de un conjunto de cámaras, tanto móviles como
estáticas, encargadas de observar al usuario continuamente. La colocación de las cámaras para una aplicación típica
puede verse en la Figura 2. En ella se observan cuatro cámaras colocadas en cada una de las esquinas de una
habitación lo que nos permite ver cualquier punto de la misma. Las cámaras están conectadas, directamente o a
través de la red, a un PC de escritorio convencional.
En el PC tenemos el módulo encargado de procesar las imágenes de manera independiente y combinar los resultados
para obtener la información tridimensional.
Figura 2: Prototipo con 4 cámaras en los
rincones superiores
161

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Una vez localizada la persona dentro de la escena podemos usar esta información tridimensional para determinar si
existe una situación de peligro. Podemos dividir la situaciones de peligro observables en dos grandes grupos. Por un
lado tenemos aquellas relacionadas con lugares potencialmente peligrosos, como puede ser una terraza o una puerta
para una persona con alzheimer. Por otro lado la posición en la que se encuentra la persona, si está encorvada,
agachada o incluso se ha caído al suelo y no puede levantarse. Gracias a que tenemos información tridimensional de
la posición de la persona podemos determinar si nos encontramos en alguna de estas situaciones que hemos definido
como potencialmente peligrosas.
Una vez detectado que la persona continúa en una zona de peligro o, por ejemplo, no es capaz de levantarse, el
sistema dará la voz de alarma automáticamente.
Al emplear un PC para procesar la información, resulta muy sencillo enviar el aviso por Internet o incluso,
empleando telefonía móvil, llamar directamente al servicio de urgencia acompañándolo con una imagen o secuencia
de vídeo para que un operador humano pueda evaluar la gravedad de la situación y así seleccionar los medios
humanos necesarios para intervenir en esa situación.
3. Tecnología de seguimiento visual 3D
Para obtener información realmente tridimensional se emplean varias cámaras al mismo tiempo dirigidas hacia el
usuario. Emplear más de una cámara permite realizar un seguimiento más fluido y, además, facilita la extracción de
información tridimensional, con lo que se reduce el coste computacional. El número de cámaras necesarias
dependerá del recinto que se desee cubrir. Será necesario que todas las zonas a seguir, por lo menos aquellas
importantes, caigan dentro del campo visual de al menos dos cámaras. En caso contrario, no será posible obtener
información precisa sobre el usuario, aunque todavía sería posible sacar información indirecta, como puede ser el
tiempo que ha pasado desde que se vio al usuario por última vez.
El procesamiento de las imágenes que realiza el sistema parte de la idea de que resulta más sencillo realizar
hipótesis de la realidad y, posteriormente, comprobar cuales pueden cumplirse que intentar realizar una
reconstrucción partiendo de las imágenes. En nuestro caso empleamos un filtro de partículas para realizar la labor de
creación y búsqueda de posibles hipótesis [2,4,5]. Cuando se obtienen las hipótesis de la posición del objeto o de la
persona que queremos buscar el sistema se encarga de capturar las imágenes y comprobar si la información captada
por las cámaras coincide con las hipótesis.
Figura 3: Ejemplo de seguimiento 3D con 4 cámaras
En la figura 4 podemos ver las cuatro imágenes captadas por las cámaras. Superpuestas hay una serie de puntos
rojos que representan a cada una de las hipótesis que realizamos sobre la posición de persona en la escena. Las
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hipótesis son un conjunto de posiciones reales en 3D y lo que se muestra en las imágenes son la proyección de
dichos puntos sobre cada una de las cámaras. En caso de que el objeto esté en la misma posición que una de las
hipótesis, ésta proyectará correctamente en cada una de las cámaras.
Figura 4: Modelo de observación basada
en color
manera adecuada.
Para comprobar si la proyección cae o no dentro de una
persona empleamos un sencillo filtro de color y otro de
movimiento en el entorno del punto proyectado. Contando el
número de píxeles que pasan el filtro tendremos una medida de
la verosimilitud, aunque muy simplista, de que el objeto se
encuentre en esa posición. En la figura 5 podemos ver un
ejemplo de múltiples hipótesis sobre una pelota de color rosa.
Aunque los filtros son relativamente sencillos, su combinación
y, sobre todo, su persistencia en el tiempo resulta muy
discriminante. En los casos en que el color no pueda emplearse
como parte del discriminante se puede utilizar un esquema de
aprendizaje de color o forma basado en el movimiento de
nuevos objetos. Tan pronto como aparezca un objeto en
movimiento en el escena el sistema aprenderá sus colores lo
que permitirá configurar el filtro de color para seguirlo de
Al emplear la combinación de color y movimiento podemos aunar las ventajas de cada uno de estos procesamientos,
complementandose entre sí. Por un lado, el movimiento nos seguirá a las personas de manera ágil, dado que no suele
haber muchos otros objetos en movimiento a su alrededor. En una casa normal los objetos están estáticos y
únicamente son de interés para nuestra aplicación aquellos que se mueven. Un detector de movimiento discriminará
de manera sencilla mucha de la información que recibimos a través de las cámaras. Su limitación viene cuando la
persona está quieta, lo que la convierte en invisible a este tipo de observación. La información de color, por su parte,
nos permite discriminar de manera fácil qué objetos nos resultan más interesantes usando una característica visual
muy sencilla. La combinación de estos dos tipos de observaciones tiene la ventaja de aprender el color cuando algo
se mueve y de no perderlo cuando está quieto.
Gracias a la sencillez de estos filtros podemos comprobar decenas de miles de hipótesis por segundo en un PC de
sobremesa cualquiera lo que nos da una idea de la vivacidad del sistema. En términos netos, esta sencillez mantiene
el bajo el coste computacional del algoritmo de seguimiento
4. Conclusiones y Líneas Futuras
Hemos presentado un sistema que detecta automáticamente situaciones peligrosas para el telecuidado de personas
mayores y dispara la alarma cuando éstas se presentan. En particular, detecta autónomamente desmayos y caídas. A
la señal de alarma se le puede asociar varias acciones como el envío de un SMS o de las imágenes al teléfono móvil
de un familiar, la llamada a un médico, etc.
Nuestro sistema consta de varias cámaras de videoconferencia, un ordenador, y el software de procesamiento visual.
El hardware es convencional, lo que permite su rápida sustitución en caso de deterioro, y mantiene bajos los costes
económicos del sistema. El software se basa en avanzadas técnicas de seguimiento visual en tres dimensiones, los
filtros de partículas.
Hemos construido un prototipo experimental y lo hemos probado detectando caídas en una habitación y disparando
una alarma acústica cuando éstas se producían. El seguimiento en tres dimensiones conseguido es muy vivaz, lo que
permite una detección inmediata de la situación peligrosa y con ello, una respuesta más ágil a la emergencia.
Frente a los dispositivos colgantes que el propio anciano pulsa cuando necesita ayuda, nuestro sistema funciona
incluso cuando la persona a monitorizar se desmaya y pierde la consciencia. Además, el usuario no tiene que hacer
nada especial, ni llevar ningún dispositivo colgando.
Más allá de las aplicaciones de televigilancia, que simplemente trasladan las imágenes a un operador humano
remoto, nuestro sistema detecta automáticamente la emergencia. Esto permite mantener la privacidad de las
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
personas telecuidadas y permite realizar una monitorización continua, todos los días del año, pues el sistema "no se
cansa".
Actualmente estamos trabajando en aumentar la funcionalidad del prototipo para el seguimiento simultáneo de
varios objetos, y extendiendo la definición de situaciones peligrosas.
Referencias
[1] Vicon Peak http://www.vicon.com
[2] Barrera P., Cañas J. y Matellán V., “Visual object tracking in 3D with color based particle filter” , Int. Journal of
Information Technology, Vol 2, Num 1, pp 61—65, 2005.
[3] Fritsch J., Kleinehagenbrock M., Lang S., Fink G. y Sagerer G. “Audiovisual person tracking with a mobile
robot”, Proceedings of Int. Conf. on Intelligent Autonomous Systems, pp 898—906, 2004.
[4] Pérez P., Vermaak J. y Blake A. “Data fusion for visual tracking with particles”, Proceedings of IEEE, Vol 92,
Num 3, pp 495—513, 2004.
[5] Pupilli M. y Calway A. “Real-Time Camera tracking using a particle filter”, Proceedings of British Machine
Vision Conference, pp 519—528, 2005.
[6] Zotkin D., Duraiswami R. y Davis L. “Multimodal 3D tracking and event detection via the particle filter”, IEEE
Workshop on detection and recognition of events in video, pp 20-27, 2001.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
AYUDAS TÉCNICAS
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Abstract
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Interfaz inalámbrico, universal y no invasivo para control de aparatos
periféricos mediante movimientos de la cabeza
Jose Miguel Azkoitia Gorka Eizmendi Iraitz Manterota Haritz Zabaleta María Pérez
Unidad de Salud, Fundación Fatronik
Institut Guttmann, Hospital de Neurorrehabilitación
La tecnología está muy presente en nuestras vidas y en todo momento estamos rodeados de aparatos eléctricos y
electrónicos que están pensados en casi todos los casos para mejorar nuestra calidad de vide; TV, ordenador
personal, telefonía móvil, etc. La manera de interactuar con estos aparatos es crucial para hacerlos accesibles al
mayor número de personas posibles e incluso hacerlos útiles. Este artículo da a conocer un interfaz inalámbrico,
universal y no invasivo para controlar estos periféricos mediante el movimiento de la cabeza, el cual está pendiente
de ser patentado. Este interfaz será una alternativa de control de los interfaces para aquellos usuarios con
discapacidad motora en las extremidades superiores, permitiendo la interacción con la mayoría los interfaces
externos, que permiten llevar una vida normal, y obtener una calidad de vida mayor con mayor autonomía e
independencia. El interfaz es no invasivo, ligero, inalámbrico y de bajo consumo, lo cual permite una mayor
duración de autonomía y sin reducción del espectro de visión ni impacto ergonómico.
1. Introducción
En las últimas dos décadas, la sociedad ha experimentado una evolución tecnológica sin precedentes históricas. Hoy
en día muchas de las actividades de la vida cotidiana dependen de aparatos de base tecnológica, y la sociedad vive
rodeada de aparatos que están pensados para mejorar la calidad de vida: televisión, radio, ordenadores personales,
microondas, telefonía móvil, PDA (Personal Digital Assistant), etc.
Este desarrollo nos ha hecho en muchos sentidos tecnológicamente dependientes en aspectos como transportes y
comunicación.
En este escenario la interactuación con la tecnología se está convirtiendo crucial para hacerse partícipe en la
sociedad. La interacción con los interfaces digitales son cada vez más inaccesibles para la gente con limitaciones
físicas y de movilidad. Por ejemplo, la gente con discapacidad motora tiene mayor dificultad de acceder a Internet,
para interactuar con la televisión, pantallas táctiles, etc.
Además el número de personas con discapacidades está aumentando significativamente. La sociedad está
envejeciendo muy rápido y tanto el avance de la medicina tanto como los nuevos hábitos nutricionales de la
sociedad son factores que aceleran este aumento. Junto con esto, las mejoras introducidas en los protocolos de
asistencia inmediata también aumentan las tasas de supervivencia en accidentes graves. Como consecuencia
inmediata, la prevalencia de lesiones medulares se ha doblado en los últimos 20 años. Otro dato que lo confirma es
que el número de personas ha crecido hasta 1690 personas por cada 100.000 habitantes en el caso de derrames
cerebrales y hasta 900 personas por cada 100.000 habitantes con lesiones medulares [1]. Otras personas
enfermedades neurológicas y lesiones traumáticas como derrames cerebrales, lesiones medulares, ELA (Esclerosis
Lateral Amiotrófica), parálisis cerebral, esclerosis múltiple y accidentes cerebro vasculares (ACV) son un ejemplo
de personas que tienen problemas para acceder a tecnología.
Por ello, se está haciendo un esfuerzo para desarrollar interfaces más intuitivos para interactuar con estos
dispositivos. Una manera de apoyar el “Design for All” (Diseño para todos) es durante el desarrollo de productos
haciéndolos accesibles al mayor número de gente posible desde su diseño inicial. La otra manera es mediante el
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
desarrollo de soluciones asistivas, permitiendo a la gente con necesidades especiales acceder a dichas tecnologías.
Dentro de esta corriente se han desarrollado varios productos en los últimos años. Iriscom [2] es una tecnología
quemonitoriza la posición del iris para asistir a personas con discapacidades motoras (ELA, parálisis cerebral, lesion
medular, etc). Esta tecnología permite utilizar el ordenador mediante el movimiento del iris. La empresa canadiense
Tash [3] oferta soluciones personalizadas; interruptores de varios tipos, teclados especiales, joysticks adaptados y
ratones USB adaptados para acceder a ordenadores personales, mover sillas de ruedas, etc. La universidad de
Stanford, ha desarrollado un interfaz de control de periféricos basado en el movimiento de la cabeza para gente con
quadriplegia [8]. El sistema se instala detrás de la cabeza encima de la silla de ruedas, y convierte los movimientos
de la cabeza en entradas del control de la silla de ruedas. Para ello utilizan tecnología de infrarrojos. Tejima Lab y
Ritsumeikan University [4] a su vez han utilizado la tecnología de ultrasonidos para aplicaciones similares. En
ambos casaos, son aplicaciones de control de movimiento de una silla de ruedas sin conexión a otras posibles
aplicaciones.
A pesar de la proliferación de estudios de desarrollo de dispositivos para adaptar la tecnología de manera que sea
accesible a personas de movilidad reducida, cada uno de los estudios se concentra en un problema de accesibilidad
en concreto. El usuario no tiene otra opción que buscar soluciones individualizadas para cada uno de los casos de
accesibilidad y control. Ello conlleva problemas de ergonomía, utilidad y coste por lo que la llave del éxito reside
también, entre otros, en la universalidad del dispositivo, es decir que un único dispositivo sirva para acceder a todos
los periféricos posibles (Televisión, silla de ruedas, ordenador, etc.) sin concentrase en un único aparato. Este
aspecto es la primera limitación de estos productos, y, por lo tanto, el primer reto de los investigadores.
El costo del producto es el segundo de los retos que se nos plantea. La mayoría de los desarrollos que hemos
descrito anteriormente son caros por lo que no afronta la realidad de hacer un dispositivo que hace accesible a otro,
si no que compraría un aparato nuevo que tuviera un diseño accesible. Por lo tanto la solución final debería disponer
de una tecnología barata pero fiable.
2. Solución técnica
Fatronik ha decidido
dar un paso adelante desarrollando una solución alternativa que tiene como meta los dos
siguientes desafíos: universalidad y bajo coste. La solución está basada en el uso de los sensores comercialmente
más extendidos como los acelerómetros y goniómetros, que son sensores de bajo coste debido a que son producidos
en masa para la industria automotriz. La correcta localización de los sensores y el procesamiento de la
entrada de señal, y el uso de equipamiento electrónico simple y de bajo coste, permite obtener una
simple y fiable interfaz de bajo coste, transformando los movimientos del cuerpo en entradas de
control[5].
El sistema incluye una unidad de comunicación por radio (trasmisor / receptor) inalámbrico.
Considerando los diferentes niveles de discapacidad y el rango de movimientos posibles en el cuerpo
humano, el interfaz fue diseñado para ser utilizado en la cabeza.
La cabeza es el segmento más elevado y, enconsecuencia, la parte del cuerpo menos afectada en
pacientes con lesión medular (LM).
Además, muchas personas que sufren lesiones cerebrales traumáticas no son capaces de controlar las
extremidades pero, sin embargo, pueden controlar los movimientos de cabeza. En cualquier caso, la
espasticidad es una gran desventaja cuando se habla de control motor en personas con afecciones
neurológicas.
La base del proyecto es conectar, después, los movimientos de cabeza con controles de unidad de mecanismos
externos y por encima de esto; el objetivo principal del proyecto era buscar una solución técnica que completa los
siguientes requerimientos:
No – invasivo: la detección del movimiento de cabeza y la transmisión debe ser hecha de una manera no instrusiva.
Si se desea que la persona que lo utilice se ponga el mecanismo en su cabeza, este debe ser de poco peso y lo
suficientemente pequeño, para no impedir los movimientos naturales de la cabeza.
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Universal: debe ser capaz de interactuar con el mayor número de periféricos utilizados como sea posible, como un
ordenador, un electrodoméstico, o una silla de ruedas.
Inalámbrico: Esta característica tiene principalmente dos ventajas; en primer lugar, la comodidad debido a la
flexibilidad de movimiento y en segundo lugar la mayor distancia que podemos tener para controlar el periférico.
Económico: las soluciones técnicas que hacen posible el acceso de las personas discapacitadas a la tecnología
actualmente son, hablando generalmente, costosas. Como consecuencia, mucha gente no puede acceder a la
tecnología si no son subvencionados. Por lo tanto, la solución propuesta debe ser efectiva en cuanto a coste para que
pueda ser accesible para tanta gente como sea posible.
En estos momentos el sistema está pendiente de ser patentado con al petición P200600109 el 18 de Enero de 2006.
3. Descripción del Hardware
Tomando en cuenta todos estos requerimientos, la solución propuesta consiste en un sistema simple integrado por
dos unidades de hardware; el mismo interfaz (unidad de mando) y la unidad receptora, localizada en el mecanismo
para ser controlada (Ordenador, silla de ruedas…). La persona que lo utiliza viste el mismo interfaz en la cabeza, de
la misma manera que viste un gorro o una cinta para hacer deporte. La unidad de mando incluye dos sensores
localizados en cada lateral de la cabeza y está alimentado por baterías pequeñas que aseguran autonomía de hasta 36
horas.
La selección de sensores y su localización no es arbitraria. Inicialmente, se han considerado diferentes tecnologías
como los infrarojos, los ultrasonidos, inclinometros, procesamiento de imágenes [6] y accelerometros. Los
infrarrojos y técnicas de procesamiento de imagenes, son las tecnologías más extendidas pero se han exluido debido
por razones de coste y baja felixibilidad en este tipo de aplicaciones. Las tecnología de ultrasonidos está también
bastante extendida en este tipo de aplicaciones, pero considerando también el criterio de coste y flexibilidad, se ha
seleccionado la opción de acelerómetros, en combinación de giróscopos e inclinómetros. Fatronik tiene una amplia
experiencia en acelerómetros y considera esta tecnología como la más adecuada para asegurar los requerimientos
descritos antes.
Con el objeto de validar el uso de acelerómetros para identificar movimientos de cabeza, diferentes experimentos
han sido llevados a cabo con un acelerómetro biaxial. De los resultados de este experimento se concluye que el
acelerómetro identifica debidamente los movimientos de cabeza verticales (PITCH –ver Figura 1-), que podría
representar una dirección 2D (arriba y abajo en la pantalla, frente y atrás en mobilidad). También se puede
identificar la inclinación de cabeza (ROLL –ver Figura 3-) con este sensor; aún sí, los movimientos horizontales
(YAW –ver Figura 1-) no pueden ser identificados. En cuanto a la ergonomía, los movimientos horizontales están
considerados los más recomendables para la segunda dirección 2D, excluyendo el movimiento de inclinación
(ROLL). En cuanto a esto el uso del acelerómetro debe ser combinado con otros sensores adicionales.
PITCH YAW ROLL
Figura 1.Movimientos de pitch, yaw y roll de la cabeza.
Teniendo en cuenta que los inclinómetros no detectan rotación en el eje gravitacional, los giróscopos son los tipos
de sensores más recomendables [7]. Sólo un giróscopo no es suficiente ya que no hay giróscopo suficientemente
pequeños que midan multiples ejes, por lo que la combinación de acelerómetro biaxial y giróscopo ha sido
seleccionada como la opción más recomendable para identificar movimientos verticales y horizontales de cabeza.
168

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Con estos dos sensores, el dispositivo de la cabeza detecta los movimientos de cabeza y trasmite la señal procesada a
la unidad receptora mediante un trasmisor de radio que opera en la banda 868 MHz. Los rangos de movimiento de la
cabeza humana han sido simplificadas en dos movimientos direccionales específicos:
Movimiento arriba y abajo (PITCH): un acelerometro es usado como inclinometro para detectarlo.
Movimiento rotacional derecha e izquierda (YAW), detectado usando un gyroscope.
Ambos, el acelerómetro y el giróscopo son sensores MEMS, seleccionados debido a su tamaño (muy pequeños
comparando con otro tipo de tecnologías) y precio (ya que son usados en masa en la industria de seguridad
automotriz).
Las características principales de los sensores son:
A
celerómetro: acelerómetro biaxial, rango de detección de ±5g, señal analógica de 0 a 3.3V de salida, y una
sensibilidad de 174 mV/g.
Gyroscope: rango de ±150 º/s, señal de salida analógica de 0-5V y uma sensibilidad de 12.5 mV/º/s.
El otro elemento electrónico en la unidad de la cabeza (Fig. 2) es el emisor radio multicanal. Dispone de una antena
interna con un rango de transmisión de más de 700 metros que funciona en la banda libre 868 MHz. Además del
criterio económico, la facilidad de integración con los sensores fue un punto importante para seleccionar este
mecanismo entre otras radiofrecuencias, transmisores Bluetooth o Zigbee. Este componente incluye internamente
dos conversores digitales de 12-bits, permiten la conexión directa de la salida analógica de los sensores a los
transmisores de radiofrecuencia sin necesidad de ningún elemento externo. Puede ser configurado para operar de
diferentes modos, siendo uno de ellos el modo cliente/servidor para su aplicación. En este caso, el trasmisor ha sido
configurado para trabajar como cliente.
Figura 2. Dispositivo de la cabeza donde se sitúan los acelerómetros giroscopio y la unidad de emisor de radiofrecuencia.
Además de los componentes descritos y la batería, el interfaz incluye otro componente electrónico necesario para la
correcto funcionamiento del mecanismo: el módulo de acondicionamiento de potencia.
Los reguladores de voltaje son necesarios para adaptar el nivel de voltaje de alimentación por la batería al nivel de
voltaje de los sensores (5V para el giróscopo y 3.3V para acelerometro y el trasmisor de radio). Finalmente, un
divisor tensión traduce la información del giróscopo, lo que es un rango de entre 0 y 5V, en otro de 0 a 3.3V; nivel
de voltaje requerido por el trasmisor.
4. Desarrollo del Software
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
El desarrollo de este interfaz ha requerido un analisis detallado y procesamiento de la información del sensor, con el
objetivo de tener información exhaustiva sobre las características detalladas de los sensores (linealidad, histéresis y
ganancia) y de cómo pueden ser utilizados para detector movimientos de cabeza.
En primer lugar, se debe tener en cuenta que tanto el acelerómetro como el giróscopo permiten obtener diferentes
tipos de información. El acelerómetro mide fuerzas estáticas de aceleración (gravedad), por lo que permite usarlo
como un sensor de inclinación. Un acelerómetro es más sensible a la inclinación cuando su eje es perpendicular a la
fuerza de la gravedad (en un plano paralelo a la tierra). En esta orientación, su sensibilidad a cambios en inclinación
es máxima. Como consecuencia, esta es la orientación seleccionada para el interfaz universal para detectar el
movimiento vertical de la cabeza (movimiento de arriba y abajo).
En cuanto al giróscopo, la señal producida es un voltaje proporcional a la velocidad angular sobre el eje normal a la
parte superior del chip, por lo que es necesario calcular integrando la señal adquirida para obtener la posición
horizontal de la cabeza (movimiento derecha e izquierda).
El desarrollo de la interfaz, el analisis de la información del sensor y el análisis de la información del sensor se ha
realizado en dos fases:
En primer lugar se ha creado una plataforma con cables para obtener información de salida del sensor (sin filtrados)
y caracterizar ambas señales. Fue necesario analizar detalladamente como el movimiento en la cabeza afecta a la
salida del sensor y ver si la sensibilidad de los sensores es suficiente para detectar los movimientos de cabeza
claramente y determinar la mejor localización de los sensores. Esta plataforma ha consistido en los mismos sensores
junto con la tarjeta de adquisición DaqPad 6015 de National Instruments [9].
Los resultados de estos primeros análisis fueron muy satisfactorios. A continuación se presenta un resumen de los
resultados:
Los cambios en las señales producidos por los sensores son claramente identificables con los movimientos de
cabeza.
Una frecuencia de adquisición de 50Hz es suficiente para la aplicación.
Es necesario un filtro paso para discriminar el típico ruido de los sensores. Después de probar diferentes filtros, el
cálculo del valor medio de una ventana móvil de los 10 últimos valores se considera suficiente [10].
En cuanto al procesamiento de señales, el cálculo del valor integral de la información del gyroscope sera necesario
para determinar la posición angular de la cabeza, teniendo en cuenta que la información producida es proporcional a
la velocidad angular. Este integral introduce un error, que en este caso ha sido considerada insignificante.
En Segundo lugar, la tarjeta de adquisición y cables han sido quitadas y repuestas por la unidad de trasmisor y
receptor de radio.
Las salidas del sensor se conectan directamente a las entradas análogas disponibles del trasmisor. Internamente
convierte estas señales en digitales y las envía en formato digital. La unidad de recepción recive continuamente las
señales y las transforma en una cadena de caracteres (como ejemplo: “R1=4090;243;541;0;0;0;0;\r\n”) por el
protocolo RS232.
La parte de procesamiento de la unidad de recepción debe establecer esta comunicación vía puerto serie, tomar esta
cadena de caracteres en un periodo de 20 ms, sacar el valor del sensor (si tomamos en cuenta la cadena de caracteres
dados arriba como ejemplo, “243” sería el valor del giróscopo y “541” el valor del acelerómetro) y procesar esta
información para generar el control para cada aplicación individualmente.
Las operaciones de procesamiento y calculo son implementadas en la unidad de recepción, la cual está
específicamente programada para generar las señales correspondientes de control de acuerdo a las características y
requisitos de cada periférico.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Con el objeto de validar el correcto comportamiento de la interfaz y de definir el procedimiento, se ha desarrollado
una herramienta muy simple de software para ver la retroinformación de los movimientos de cabeza gráficamente
(Fig. 3). El software incluye una interfaz visual que representa ambos ejes (horizontal y vertical) incluyendo los ejes
positivos y negativos. Cualquiera de las cuatro direcciones incluye tres luces que se encienden y apagan
dependiendo de la posición de la cabeza: por ejemplo, las luces del lado positivo derecho se encenderán cuando la
persona que lo usa mueve su cabeza horizontalmente a la derecha.
Figura 3. Interfaz de testeo y validación del dispositivo.
Este simple interfaz ha sido utilizado para validar y calibrar el dispositivo.
5. Aplicaciones
Este interfaz universal tiene como objetivo interactuar con tantos mecanismos comunes posibles que no son muy
accesibles par las personas discapacitadas. Como ejemplos de posibles usos podemos mencionar los siguientes:
Interacción y control de electrodomésticos comunes en un ambiente domótico, como un ordenador, televisión,
lavadora y otros. En el caso de la televisión, por ejemplo, podría ser encendido y apagado, canales y volumen
cambiados con simples movimientos de cabeza.
Control de camas motorizadas en hospitales y residencies. Un paciente que sufre de discapacidad en las
extremidades superiores actualmente no puede actuar en la posición de la cama y es necesario la ayuda de
enfermeras o familiares. Utilizando un mecanismo universal de este tipo, el paciente podría controlar y adecuar la
posición de la cama por sí mismo, ganando autonomía e independencia.
Lejos de ser una solución que beneficia solo a los discapacitados, esta solución puede ser aplicada fácilmente a otros
campos donde la interacción con mecanismos es necesaria, como en centros comerciales o líneas de producción.
Estos son solo unos ejemplos de mecanismos que podrían ser accesibles usando el este interfaz universal, pero por
supuesto otras muchas aplicaciones podrían ser incluidas. Cualquier aplicación necesita una adaptación, para poder
correlacionar los movimientos de la cabeza con órdenes específicas en el sistema de control del mecanismo. En
algunos casos, los movimientos de cabeza serán usados para controlar la posición 2D; por ejemplo cuando estamos
navegando a través de un menú digital en Televisión, o cuando estamos controlando una silla de ruedas o cuando
estamos controlando un cursor en un ordenador. En otros casos los movimientos de cabeza serán usados para activar
y desactivar las opciones; por ejemplo click y doble click cuando utilizamos el ordenador, encender y apagar las
luces en una casa inteligente, o seleccionando una opción de un menú.
En cada caso, el procesamiento de la señal de los sensores localizados en la unidad de cabeza es el mismo, y no
necesitara programarse de nuevo. Pero en cada caso, los movimientos discretos de la cabeza necesitan ser
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
identificados (en este caso los movimientos bidireccionales explicados antes). Aún así, como cada mecanismo
electrónico tiene su propia unidad de control y sus procedimientos propios de funcionamiento, se requiere una
programación específica en la unidad receptora para transformar las señales de sallida enviadas por la unidad de
cabeza al control de algoritmos. Por ejemplo, en el caso de sillas de rueda, las ordenes de salida desde la unidad de
cabeza necesitan ser transformadas en señales eléctricas adecuadas para el motor de la silla de ruedas. En otro caso,
si el interfaz está controlando un ordenador, las ordenes de salida de la unidad de cabeza las transformarán en
movimientos del puntero del ordenador.
Para demostrar el uso operacional y universalidad de la interfaz, en Fatronik se han seleccionado dos aparatos para
desarrollar aplicaciones completas del interfaz no-invasivo, inalámbrico y universal:
Control de una silla de ruedas eléctrica.
Movimiento del ratón del ordenador.
En ambos casos, la interacción es difícil para personas con discapacidad. En cambio, ambos interfaces (sillas de
ruedas electricas y ordenadores) son elementos clave para la independencia y autonomía de personas con una
discapacidad severa. El autocontrol de las sillas de ruedas da una gran independencia en términos de movilidad y el
acceso a ordenadores y a internet abre una gran ventana al mundo digital. A su vez, la posibilidad de controlar la
silla de ruedas y acceder al ordenador con la misma interfaz abre una gran oportunidad a las personas con
discapacidades.
A continuación se describes detalladamente las aplicaciones para las cuales se ha desarrollado esta interfaz.
5.1 Silla de Ruedas Eléctrica
La mayoría de las sillas de ruedas eléctricas disponibles actualmente en el mercado se controlan con un joystick que
se mueve con la mano. Sin embargo, las personas con discapacidad en extremidades superiores no son capaces de
llevar esos sistemas y necesitan usar otro tipo de adaptaciones, como control mediante la barbilla o soplido y
aspiración. Estos sistemas tienen dos desventajas principales: el precio y el hecho de ser muy intrusitos. La solución
que Fatronik ha desarrollado trata de afrontar estas desventajas y soluciona las inconveniencias que tenían los
sistemas previos.
Como se ha explicado antes, en esta aplicación los movimientos de la silla de ruedas eléctrica se controlan por
medio de movimientos de cabeza. La unidad de cabeza procesa las señales de los sensores e identifica los
movimientos direccionales tal y como ya se ha explicado en capítulos anteriores. Estos movimientos direccionales
se envían a la unidad de recepción que los relaciona con los movimientos de la silla de ruedas. Esta relación se
desarrolla de manera que el movimiento de la silla sea lo más intuitiva posible.
Básicamente, un movimiento hacia arriba significa “hacia adelante”, un movimiento hacia abajo “hacia atrás”, un
movimiento de cabeza a la derecha “hacia la derecha” y un movimiento hacia la izquierda significa “hacia la
izquierda”.
Si el que lo está utilizando está en moviendo y quiere cancelar el movimiento deberá hacer un movimiento de
cabeza al lado contrario hacia el que la silla se está moviendo. De esta manera, si se está yendo hacia delante y
quiere parar, tiene que mover la cabeza hacia atrás y viceversa.
Los movimientos diagonales de la silla de ruedas se obtienen también con dos movimientos de cabeza individuales,
siendo el resultado de ellos el movimiento deseado. Por ejemplo, un movimiento diagonal hacia atrás-derecha se
obtiene por medio de un movimiento hacia abajo y otro hacia la izquierda.
También es posible controlar la velocidad de la silla con los movimientos de cabeza. De hecho, hay dos velocidades
posibles en cada dirección. Un movimiento hacia arriba hace que la silla de ruedas se mueva hacia delante con poca
velocidad, otro movimiento hacia arriba hace que vaya más rápido. La misma lógica se aplica en el resto de las
direcciones; atrás, izquierda y derecha.
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II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Para finalizar con la descripción del control de la silla de ruedas eléctrica, se describe la manera de activar y
desactivar apagar el control de la silla. Hay muchas situaciones en el día a día en que se realizan movimientos
involuntarios e inconscientes de la cabeza, por ejemplo cuando tenemos una conversación o cuando algo nos llama
la atención y lo miramos. En este caso, si el control de la silla de ruedas se hace por medio de movimientos de
cabeza, estos movimientos involuntarios e inconscientes se traducirían a movimientos en la silla de ruedas. El
sistema de control implementado ha previsto estas situaciones y ofrece la posibilidad de desactivar y activar el
sistema de control. Lo único que debe hacer es repetir un movimiento hacia abajo y otro hacia arriba dos veces
(decir que si con la cabeza dos veces), y el sistema se desactivará y los motores se pararán, para que los
movimientos de cabeza no se tomen en cuenta y se traduzcan en movimientos de la silla de ruedas. Para activar el
sistema otra vez, debe repetirse el mismo movimiento que para desactivarlo.
El sistema completo está integrado principalmente por dos elementos: la unidad de cabeza, el cual detecta los
movimientos de cabeza y envía la información por radio, y el controlador de la silla de ruedas (unidad de recepción),
el cual recibe esta información, la procesa y actúa en consecuencia generando el movimiento adecuado en el motor
de la silla de ruedas (Fig. 4).
Este desarrollo ha sido llevado a cabo en una silla eléctrica Rumba de Sunrise Medical [9]. La silla de ruedas lo
controla un controlador compacto por Penny y Giles Drives Technology [10], compuesta por un modulo de mando
que acciona el control. Este controlador ha sido sustituido en este proyecto por otros dos módulos de Penny y Giles
Drives Technology, el control Omni+ y el módulo de potencia PIlot +. Estos dos módulos están muy extendidos
ampliamente en las sillas de ruedas eléctricas para personas con discapacidad severa, que necesitan adaptaciones
externas como control por barbilla, encendido o control por voz.
El Omni+ es una interfaz de control especial muy versátil, que ofrece integrar muchos mecanismos de entrada:
mando remoto, 4/5 controle de encendido y apagado, control de cabeza, sorbo y soplido y otros. El módulo Pilot+,
es el módulo de potencia general que alimenta las señales eléctricas que conducen el motor de la silla de ruedas.
El otro componente clave del sistema es el receptor y la unidad de procesamiento desarrollado y programado
integramente en Fatronik. Recibe la información del sensor por radio, lo procesa y crea las señales para conectarlo al
controlador Omni+.
Figura 4. Sistema de silla de ruedas con el interfáz inalámbrico.
La unidad receptora integra el mismo modulo de radio multicanal que el usado en el interfaz universal, pero en este
caso, configurado para operar como servidor. Recibe información del transmisor y lo traduce en un canal de
caracteres (conteniendo el valor de los sensores en la parte de la transmisión) disponible vía RS232 de comunicación
serie.
173

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
El corazón de la parte del procesamiento es el microcontrolador de bajo consumo MSP430F169 de Texas
Instruments [11]. Su función en este desarrollo es leer la información del sensor del receptor de radio (en este caso
con un periodo de 60 ms) y después de procesar la información, generar las señales para trasmitirlas al módulo de
Omni+.
El mando es uno de los mecanismos de entrada que el modulo Omni+ es capaz de manejar. En este caso, Omni+ ha
sido configurado para tener el mando como mecanismo de entrada, pero, el interfaz universal desarrollado está
tomando el rol de mando. La única diferencia es que en lugar de tener un número infinito de posiciones (y
consecuentemente velocidades y direcciones) como con los mandos, el sistema está teniendo un número finito de
posiciones (2 velocidades para cada dirección). De esta manera, las señales de entrada para el módulo Omni+ son,
como en el caso del mando, señales analógicas. Hay dos de ellos: una señal análoga para velocidad frontal y trasera
y otra par velocidad de derecha o izquierda.
Para crear estas señales analógicas el microcontrolador dispone de dos canales de conversión analógico digital.
Mientras el microcontrolador actúa con una potencia de 3.3V y el módulo Omni+ con 12V. Para ello se ha
construido un amplificador operacional.
5.2. Ratón de Ordenador
Con el interfaz no invasivo, universal, inalámbrico desarrollado en este proyecto, también es posible acceder al ratón
del ordenador, demostrando versatilidad y extensibilidad del interfaz.
En este caso, los movimientos realizados con las manos para mover el ratón son sustituidos por movimientos de
cabeza, lo que significa que el ratón se controla igual que con la mano pero usando la cabeza. Así, la persona que lo
utiliza es capaz de navegar en Internet o de ejecutar cualquier otra acción como con el ratón tradicional dirigido con
la mano.
De la misma manera que con la aplicación de la silla de ruedas, el sistema está compuesto por dos elementos, unidad
de cabeza y unidad de recepción. La unidad de cabeza es el mismo elemento empleado para cualquier otra
aplicación y la unidad de recepción debe ser adaptada y programada para transformar movimientos de cabeza en
movimientos de ratón (Fig. 5). De esta manera, la unidad de cabeza detecta movimientos de cabeza y envía esta
información por radio a la unidad de recepción, que recibe la información, la procesa y la transforma en
movimientos de ratón.
Desde el punto de vista del hardware, la unidad de recepción, integra el mismo receptor de radio que en el
controlador de la silla de ruedas con salida de protocolo serie tipo RS232.
Figura 5. Usuario controlando el ordenador mediante el interfaz.
174

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Además el hardware desarrollado para la interacción con el periférico con una aplicación específica de software
hace posible acceder al ratón. Esta aplicación ha sido desarrollada con el lenguaje de programación C#. Lee y
actualiza la posición del ratón cada 20 ms. Se puede acceder a la posición del ratón y sus acontecimientos mediante
la librería User32.dll.
Uno de los temas durante la fase de desarrollo ha sido la forma de hacer click y doble click. Después de analizar
diferentes posibilidades (uso de un sorbo externo o un soplido o una cámara para detector el movimiento de los
ojos), no se utilizará ningún mecanismo externo. La solución adoptada ha sido establecer un menú pequeño y casi
transparente, con las posibilidades “Click” y “Doble Click”, que aparece cuando el ratón permanece en la misma
posición al menos durante 2 segundos. Cuando aparece este menú, el usuario solo tiene que localizar el ratón en la
alternativa de su elección y así se ejecutará la correspondiente acción del ratón.
6. Testeo
Como resultado del desarrollo técnico descrito en capítulos anteriores se ha conseguido un prototipo de interfaz con
una unidad de cabeza conectado a las dos aplicaciones presentadas: control de la silla de ruedas eléctrica y control
del ratón del ordenador.
El sistema ha sido ajustado a las características para usuarios no patológicos, basándose en análisis experimentales
de usuarios no patológicos envueltos en el proyecto.
Sin embargo, el sistema debe ser adaptado a las características de las personas que emplean el interfaz, por lo que se
deberán realizar ajustes relacionados a las necesidades del usuario. Las pruebas experimentales se han organizado en
grupos de 6 pacientes con diferente tipo y nivel de discapacidad que son potenciales beneficiados por el sistema. El
experimento de validación tendrá lugar en el Hospital de Instituto Guttmann bajo protocolos aprobados por el
correspondiente comité ético.
Las pruebas experimentales consistirán en tres fases. La primera fase servirá como fase de entrenamiento, donde los
usuarios tendrán un primer contacto con el sistema, aprenderán como utilizarlo y entrenarán para lograr la
adaptación adecuada para llevar a cabo el experimento.
La segunda y la tercera fase consistirán en controlar la silla de ruedas eléctrica y el ordenador. En el caso de la silla
de ruedas, se preparará un circuito pre-definido, identificando obstáculos comunes y maniobras que los usuarios
pueden encontrar en situaciones reales. En cuanto al ordenador, se pedirá a los usuarios controlar el ratón del
ordenador y llevar a cabo tareas como entrar en Internet, bajar información y enviar un email.
Se registrarán los resultados cuantitativos de cada experimento como el tiempo requerido, éxito en llevar a cabo la
tarea o número de errores. Este informe será definido en colaboración con el terapeuta del Insituto Guttmann.
7. Conclusiones y trabajo futuro
Está fuera de duda que hay una necesidad real de buscar medios interactivos alternativas que posibiliten a las
personas discapacitadas comunicarse con el creciente número de periféricos electrónicos con nos relacionamos en el
día a día. Tampoco cabe duda que la universalidad es un tema clave para evitar tener muchos tipos de interfaces para
diferentes objetivos.
Respecto a este tema, el sistema presentado en este folleto supera ese problema, proponiendo un interfaz universal
capacitado para comunicar con diferentes periféricos por medio de movimientos de cabeza. El sistema integra dos
elementos: la unidad de cabeza que el usuario necesita vestir y que es común para el control de todos los periféricos;
y en segundo lugar la unidad de recepción, que recibe pedidos del usuario y transforma los movimientos de cabeza
en información específica. Cuando se controla diferentes mecanismos, una unidad de cabeza dirigido por un usuario
debería enviar información a diferentes unidades de recepción, uno por cada mecanismo externo.
La simplicidad de la unidad de cabeza lo hace ligero, ergonómico y no intrusivo; características que este tipo de
interfaces deberían cumplir. El hecho de que el usuario sólo necesita estar preocupado de vestir la unidad de cabeza
daría al usuario gran independencia. Cada receptor localizado en cada mecanismo periférico haría el resto.
175

Adicionalmente, todos estos temas colaboran en tener un sistema de bajo coste, que también evitan una barrera
común de accesibilidad.
Los futuros trabajos serán orientados en dos direcciones:
En primer lugar realizando las pruebas y validando el sistema en situaciones reales con usuarios reales. Este trabajo
se llevará a cabo en colaboración con el Instituto Guttmann y los resultados de los procesos experimentales serán
utilizados para ajustar el rango de movimientos realizados con la cabeza, funcionalidades, sistema de seguridad y
precisión.
La segunda línea de trabajo es la robustez del sistema y desarrollo de múltiples usos de integración. Como hemos
mencionado antes, la idea final es controlar al mismo tiempo diferentes periféricos con una única unidad de cabeza.
Esto significa que la unidad de cabeza debería decidir / seleccionar con que unidad de recepción comunica y enviar
la información adecuada cada vez al periférico adecuado.
8 Agradecimientos
El desarrollo de este proyecto ha sido posible gracias a
Sunrise Medical Spain, quien amablemente colabora con Fatronik cediendo la silla de ruedas Rumba Electric para
desarrollar la aplicación de control y atender a la asistencia técnica requerida.
PG Drives Technology, quien amablemente colabora con Fatronik facilitando los módulos Omni+ control y Pilot+
para el desarrollo de las aplicaciones de la silla de ruedas.
Especial reconocimiento a los pacientes del Institut Guttmann en Badalona, quien han colaborado amablemente y
están colaborando en las diferentes etapas del proyecto.
9 Referencias
[1] American Department of Health and Senior Service
[2] www.iriscom.org
[3] www.tashinc.com
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
[4] www.ritsumei.ac.jp/se/~tejima/theme-e.html
[5] Eric E. Sabelman, PhD, Douglas F. Schwandt, MS, David L. Jaffe, MS The wamas (wearable accelerometric
motion analysis system): combining technology development and research in human mobility. Veterans affairs Palo
Alto Health care System
[6] Bergasa L.M., Mazo M., Gardel A., Barea R., Boquete L. Commands Generation by Face Movements Applied
to the Guidance of a Wheelchair for Handicapped People. ICPR 2000: 4660-4663
[7] Yu-Luen Chen Application of Tilt Sensors in Human–Computer Mouse Interface for People With Disabilities.
IEEE transactions on neural systems and rehabilitation engineering, vol. 9, no. 3, september 2001 p.289
[
8] Yu-Luen Chen; Fuk-Tan Tang; Chang, W.H.; May-Keun Wong; Ying-Ying Shih; Te-Son Kuo, “The new design
of an infraredcontrolled human-computer interface for the disabled”, IEEE transactions on neural systems and
rehabilitation engineering, vol. 7, Issue 4, Dec. 1999. pp. 474 – 481.
[9] National Instruments corporation, http://www.ni.com
[10] W. J. Tompkins, “Biomedical Digital Signal Processing”, University
of Wisconsin-Madison, Prentice Hall, 2000.
[11] Texas Instruments Incorporated, http://www.ti.com
176

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Ingeniería Afectiva Aplicada a la Síntesis de Texturas Capaces de Transmitir
Sentimientos y Emociones Predefinidas
David González David Travieso Pablo Coca Victor López Iñigo Felgueroso-San Julián
Ismael Sastre-Franco Jesús M. Fernández
Resumen
Fundación Prodintec - Departamento de Psicología Básica, Universidad Autónoma de
Madrid
En general, el diseño permite concebir productos para el beneficio general de la sociedad. Los diseñadores están
cualificados para poner productos en el mercado los cuales deben presentar unas propiedades atractivas y adecuadas
para que puedan ser aceptadas y, en consecuencia, adquiridas por los usuarios finales. En nuestra vida cotidiana, las
texturas táctiles están presentes de una manera continua en multitud de productos comerciales y, por tanto, estudios
exhaustivos que sean capaces de establecer los sentimientos y emociones que sienten las personas cuanto tocan una
textura en una superficie son de gran interés desde un punto de vista científico y comercial. Actualmente, existen
proyectos de investigación relacionados con este tema pero, sin embargo, todavía se demandan trabajos rigurosos
que específicamente incluyan personas con discapacidad visual. En este trabajo, se presentan los pilares de un
proyecto dirigido a estudiar las emociones y sentimientos que ciertas texturas táctiles pueden producir en personas,
incluyendo aquellas con serios problemas visuales. Las texturas serán seleccionadas y sintetizadas usando técnicas
de prototipado rápido, fabricación directa y micromecanizado mecánico. La relación entre las características
superficiales de las texturas táctiles y las emociones que sienten los seres humanos se evaluará usando métodos
avanzados de estadística.
1. Introducción
Las texturas están claramente presentes en nuestra vida cotidiana. El diseño industrial, la arquitectura, el arte o el
hardware de los ordenadores, por ejemplo, las usan constantemente. En los últimos años, muchos científicos han
centrado su investigación en el estudio de la percepción táctil de texturas como una respuesta a su interés en los
campos de la psicofísica, neurología y de la creación de modelos computacionales [1,2,3]. Este creciente interés se
debe, en parte, a las múltiples aplicaciones donde el sentido del tacto puede tener un papel importante como, por
ejemplo, el diseño de un producto. Numerosos bienes de consumo son susceptibles de ser tocados por la piel
humana, y las emociones que el sentido del tacto transmita a los consumidores van a afectar inevitablemente a su
decisión final de adquirirlo o rechazarlo.
A pesar del amplio uso de texturas táctiles, apenas existen estudios científicos rigurosos que permitan estimar las
emociones y expectativas asociadas con las mismas. Para cubrir este vacío, un nuevo proyecto (SynTex) ha sido
recientemente financiado por la Comisión Europea a través del sexto Programa Marco. Este proyecto pretende
proporcionar métodos para medir, modelar y predecir objetivamente los efectos psicológicos que surgen al tocar
texturas superficiales. Asimismo, se espera desarrollar un método específico que permita sintetizar texturas que
provoquen emociones y sentimientos previamente definidos. La Fundación Prodintec, como miembro activo del
consorcio SynTex, es responsable de sintetizar dichas texturas.
Uno de los aspectos más interesantes dentro del proyecto SynTex es la utilización de la ingeniería afectiva, definida
como la disciplina encargada de establecer la relación entre los sentimientos y emociones que un determinado
producto genera en los seres humanos y los elementos fundamentales de diseño del mismo [4]. Esta metodología se
viene desarrollando desde los años 70 coincidiendo con una predicción de cambio en el mercado de bienes de
consumo basada en el salto desde la producción masiva de productos a la generación de artículos que puedan
177

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
satisfacer los deseos individuales de cada consumidor. En el caso particular de SynTex, la ingeniería afectiva se usa
para establecer la conexión entre las características físicas de las texturas y su efecto subjetivo en las personas.
Durante décadas, las personas ciegas y aquellas con problemas serios de visión se han esforzado para eliminar
barreras en la parte del diseño de productos para mejorar la accesibilidad y usabilidad de los mismos. Esto ha
derivado en un creciente interés de los investigadores en desarrollar estudios científicos en las diferentes áreas
relacionadas con las personas con discapacidades visuales, incluyendo su habilidad para la percepción táctil [5,6].
Siempre ha existido la creencia de que las personas con serios problemas de visión podrían desarrollar un efecto
compensatorio que derivaría en un mayor desarrollo y habilidad de los otros sentidos. Sin embargo, algunos autores
han demostrado que la falta de visión por si misma no tiene por que mejorar necesariamente la capacidad sensorial
de las personas con agudos problemas visuales [7]. Recientemente, otros trabajos han demostrado que las personas
ciegas presentan unos límites de discriminación táctil entre dos puntos menores que aquellas personas sin problemas
de visión, además de un mejor sentido del tacto en los dedos [8]. Independientemente de esta controversia, la cual
aún sigue latente entre la comunidad científica, es evidente que la realización de proyectos relacionados con la
mejora en el diseño del producto, y por tanto, de nuestro bienestar general, no deberían excluir a personas con
deficiencias visuales.
En este artículo, se presentan las bases de un proyecto enfocado a la síntesis de texturas capaces de transmitir
sentimientos y expectativas predefinidas según los deseos de las personas. Dada la naturaleza del proyecto, se espera
que las personas con discapacidad visual jueguen un papel preferencial en los experimentos. Las texturas se
sintetizaran mediante micromecanizado mecánico, prototipado rápido y tecnologías de fabricación directa. La
ingeniería afectiva se usará para estimar la relación entre las percepciones psicológicas de las propiedades de los
objetos y sus características físicas.
2. Selección de texturas
En este estudio, dos tipos diferentes de texturas serán seleccionadas para los experimentos. En primer lugar, se
utilizaran replicas de superficies que se pueden encontrar comúnmente en el hardware de ordenadores personales o
en los salpicaderos o paneles de puerta de automóviles, las cuales serán previamente digitalizadas en 3D para
obtener el archivo CAD mediante un escáner de luz blanca. Además, cinco nuevas texturas serán diseñadas
utilizando formas sinusoidales variando sistemáticamente los parámetros de amplitud y frecuencia y teniendo en
cuenta los valores de sensibilidad correspondientes a estas variables [9,10].
Estos grupos de texturas serán utilizadas en los experimentos psicofísicos los cuales, a su vez, serán diseñados en
base a procedimientos de ingeniería afectiva. Personas con y sin discapacidad visual serán seleccionadas para llevar
a cabo los experimentos anteriormente mencionados.
3. Fabricación de texturas
3.1 Tecnologías de micromecanizado mecánico
Los procesos de micromecanizado mecánico son considerados como versiones a menor escala de los procesos
convencionales de mecanizado. En estos procesos, las herramientas se encuentran en contacto directo con las piezas
de trabajo y, en consecuencia, se puede obtener una buena correlación geométrica entre las trayectorias de
mecanizado y las superficies de las piezas a mecanizar [11,12].
La síntesis de las texturas se llevará a cabo utilizando un centro de micromecanizado (Kern-microtechnic GmbH) de
control numérico. Este centro ha sido especialmente diseñado para aquellas aplicaciones en las que se requiera una
alta precisión sobre la pieza de trabajo (desviación ± 0.5 µm), un excelente acabado superficial (Ra < 0.1 µm) y una
alta velocidad de mecanizado y avance. Además, el centro de micromecanizado es capaz de mecanizar materiales
como las cerámicas o aceros endurecidos que serían difíciles de tratar con otros métodos convencionales.
178

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
3.2 Tecnologías de fabricación por capas (LMT)
La fabricación por capas engloba un grupo de diferentes tecnologías que se usan para fabricar modelos sólidos,
capa por capa, los cuales son previamente generados utilizando programas de diseño asistido por ordenador (CAD)
en 3D [13,14]. A diferencia del micromecanizado, en la fabricación por capas no se produce ningún contacto entre
las herramientas y la pieza de trabajo lo que permite obtener piezas de cualquier geometría y complejidad, las cuales
no pueden ser fabricadas en centros de mecanizado. Además, las piezas obtenidas utilizando la fabricación por capas
suelen presentar un buen acabado superficial y una larga vida de funcionamiento.
Como se ha comentado anteriormente, las texturas táctiles necesarias para llevar a cabo el proyecto serán también
sintetizadas utilizando técnicas de prototipado y fabricación directa. En particular, se utilizarán sistemas de
impresión en 3D (sistema Polyjet TM ) y de sinterizado láser de metales (DMLS) [13], técnicas que ya se encuentran
disponibles en la Fundación Prodintec. El sistema de impresión 3D (Objet-Eden330) utiliza luz ultravioleta para
curar un líquido fotosensible de manera que se pueda generar el sólido plástico final. Por otra parte, el fundamento
del equipo DMLS (EOS GMBH) es similar al del prototipado rápido pero, sin embargo, utiliza polvo como material
de partida en lugar de un líquido fotosensible. Esto permite fabricar partes funcionales en una amplia gama de
materiales como, por ejemplo, aceros inoxidables, Titanio, aleaciones metálicas, etc.
4. Métodos de análisis
Establecer la conexión entre los parámetros que definen las superficies táctiles y el impacto psicológico que pueden
tener en las personas requiere la aplicación de la ingeniería afectiva, la cual, en este caso concreto, se aplicará en dos
fases experimentales distintas.
En la primera fase (fase 1), es importante determinar la habilidad de los sujetos para detectar diferencias entre las
texturas. Para lograr esto, se realizará un estudio psicológico en forma de tarea de opinión forzada de dos
alternativas de respuesta que nos permitirá medir parámetros clásicos de detección de señal como d’ y ß. De esta
manera, los parámetros físicos utilizados en el segundo paso pueden ser modificados sistemáticamente como una
función de la capacidad de los sujetos para diferenciarlos.
En una fase 2, los sujetos elaborarán un reporte de sus sentimientos y emociones al tocar un grupo de texturas
comunes, del cual se extraerá una lista de los adjetivos mencionados con más frecuencia. Esta lista será entonces
utilizada como una fuente para crear una escala de Likert de siete puntos que estará basada en las emociones y
sentimientos experimentados al tocar las texturas desarrolladas en la fase 1 de los experimentos.
Una característica principal del análisis presentado es que será posible observar la estructura factorial de la lista de
adjetivos. Además, el impacto subjetivo diferencial de las diferentes texturas superficiales será evaluado realizando
el análisis ANOVA de las respuestas a la escala
Estudios previos [15] han reflejado una estructura de dos componentes de la escala de adjetivos para las texturas
táctiles, la cual puede ser replicada y usada a través de nuestro diseño.
Finalmente, análisis de regresión y correlación serán utilizados para estimar la influencia de los diferentes
parámetros superficiales de texturas ya existentes sobre las emociones y sentimientos de las personas objeto de
estudio.
5. Conclusiones
La fabricación de productos comerciales capaces de transmitir una información predefinida o lograr un efecto
específico en los consumidores puede tener un gran impacto económico en el diseño de productos [16]. Existen
algunos proyectos de investigación focalizados en este atractivo campo pero, sin embargo, ni investigadores ni
fabricantes han contado específicamente con personas ciegas o con discapacidad visual para llevar a cabo sus
proyectos.
La posibilidad de controlar los sentimientos humanos y las emociones cuando se tocan texturas superficiales podría
ser utilizada en multitud de aplicaciones. Por ejemplo, una de esas aplicaciones sería la fabricación de texturas
179

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
capaces de transmitirnos un determinado sentimiento agradable o de tranquilidad cuando a diario entramos en
contacto con el hardware de ordenadores o elementos ornamentales en interiores de automóviles (i.e. salpicaderos,
paneles de puerta, etc.). Para que estas aplicaciones puedan ser también disfrutadas por personas con problemas de
visión, se han de tener en cuenta determinados parámetros importantes para los mismos, como, por ejemplo, el
acabado superficial, la suavidad o la conductividad térmica y flexibilidad de los materiales utilizados en su
fabricación.
Se espera que los resultados de este proyecto ayuden también a garantizar la implicación de personas ciegas o con
algún tipo de discapacidad visual en el desarrollo de nuevas tecnologías y, en particular, en estudios científicos y
comerciales basados en características de texturas que de otra manera estarían exclusivamente dirigidos a personas
sin problemas de visión. En este sentido, se espera que los resultados refuercen la participación de este colectivo en
la sociedad en la misma manera que personas sin discapacidad proporcionando a su vez líneas maestras a los
diseñadores de productos para discapacitados. Además, este estudio intenta atraer la atención de fabricantes de
bienes de consumo e inspirar a los expertos trabajando en el tema a conducir sus esfuerzos para mejorar la
interacción entre productos comerciales y seres humanos sin excluir a ningún colectivo de personas.
Finalmente, los resultados de este proyecto pueden ser un importante complemento a otros estudios que se están
llevando a cabo a nivel europeo en este campo, como, por ejemplo, el proyecto SynTex. Así, los ambiciosos
resultados esperados de SynTex podrían ser combinados con aquellos obtenidos después de nuestras investigaciones
con personas con discapacidad visual evitando de esta forma la exclusión de esta comunidad de los posibles
beneficios futuros.
6. Bibliografía
[1] R. H. LaMotte, and M. A. Srinivasan, “Surface microgeometry: tactile perception and neural encoding”,
Information processing in the Somatosensory System, Ed. O. Franzen and J. Westman, Wenner-gren International
Symposium Series, MacMillanPress, 1991, pp. 49-58.
[2] C. E. Connor and K. O. Johnson, “Neural coding of tactile texture: comparison of spatial and temporal
mechanisms for roughness perception”, The Journal of Neuroscience, 1992, pp. 3414-3426.
[3] S. J. Lederman, R. L. Klatzky, C. Tong, and C. Hamilton, “The perceived roughness of resistive virtual
textures:II. Effects of varying viscosity with a force-feedback device”, ACM Transactions on Applied Perception,
2006, 3, pp. 15-30.
[4] M. Nagamachi, “Kansei engineering: A new ergonomic consumer-oriented technology for product
development”, International Journal of Industrials Ergonomics, 1995, 15, pp. 3-11.
[5] P. Walker and K. Moylan, “The enhanced representation of surface texture consequent on the loss of sight”,
Neuropsychologia, 1994, 32, pp. 289-297.
[6] J. M. Kennedy, P. Gabias, and M. A. Heller, “Space, haptics and the blind”, Geoforum, 1992, 23, pp. 175-189.
[7] Boyd, W., King, E. J., “The history of Western Education”, Eds. N. J. Barnes and Noble Books, 1977.
[8] H-H. L and Y-C. Chen, “A study of the blind´s sensory ability”, International Journal of Industrial Ergonomics,
2006, 36, pp. 565-570.
[9] HT Nefs, AM Kappers, JJ Koenderink JJ “Amplitude and spatial-period discrimination in sinusoidal gratings by
dynamic touch”, Perception, 2001, 30, pp. 1263-1274.
[10] Nefs HT, Kappers AM, Koenderink JJ, “Detection of amplitude modulation and frequency modulation in
tactual gratings: a critical bandwidth for active touch”, Perception, 2003, 32, pp. 1259-1271.
[11] M. Takács, B. Vero, and I. Mészáros, “Micromilling of metallic materials”, Journal of Materials Processing
Technology, 2003, 138, pp. 152-155.
180

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[12] E. D. Case, F. Ren, P. Kwon, C. K. Kok, R. Rachedi, and B. Klenow, “Machining and Ceramic/Ceramic
Joining to form internal mesoscale channels, International Journal of Applied Ceramic Technology, 2004, 1, pp. 95­
103.
[13] E. C. Santos, M. Shiomi, K. Osakada, and T. Laoui, ”Rapid manufacturing of metal components by laser
forming”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2006, 46, pp. 1459-1468.
[14] S. Mansour and R. Hague, “Impact of rapid manufacturing on design for manufacture for injection mouling”,
Proceedings of the I MECH E Part B Journal of Engineering Manufacture, 2003, 217, pp. 453-461.
[15] CJ Barnes, THC Childs, B Henson, CH Southee, “Surface finish and touch - a case study in a new human
factors tribology”, Wear, 2004, 257, pp. 740-750.
[16] P. W. Jordan, “Designing pleasurable products”, Taylor & Francis, London, 2000.
7. Agradecimientos
Los autores de este trabajo agradecen a D. Enrique Varela, director de tecnología accesible e I+D de la Fundación
ONCE, las interesantes discusiones y sus comentarios sobre el proyecto.
181

Resumen
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Sistema Portátil para Lectura de Displays
F.J. González, J.A. Gutiérrez, A. Picón, A. Isasi, A. Domínguez, I. Idigoras
ROBOTIKER-TECNALIA
En este artículo se presenta el proyecto DISPLAYER que tiene como objetivo desarrollar un sistema que permita a
las personas ciegas o deficientes visuales leer, a través de un dispositivo móvil, las diferentes pantallas con
información (displays) cada vez más habituales en los electrodomésticos y equipos de uso diario en el Hogar.
Basado en tecnologías de visión artificial, se propone un sistema portátil orientado a la detección e interpretación de
la información visual que ofrecen los diferentes tipos de displays (caracteres numéricos y alfanuméricos e
iconografía) y la transmisión de dicha información al usuario a través de mensajes de voz. El artículo describe el
enfoque adoptado para el desarrollo del sistema así como los avances y resultados obtenidos hasta el momento.
1. Introducción
Las casas inteligentes son vistas por la mayoría de la población como dispositivos sofisticados que dotan de
comodidad a las personas, no obstante para las personas con discapacidad esta tecnología puede suponer un gran
aumento de su calidad de vida. Sin embargo, estos dispositivos requieren de unos interfaces que puedan ser
utilizados por las personas con baja visión [14].
En la actualidad, en las viviendas es creciente el número de equipos electrónicos, electrodomésticos, etc. que
incorporan displays para mostrar información al usuario. En las actividades cotidianas encontramos estos sistemas
cada vez con mayor frecuencia: microondas, equipos audiovisuales, termostatos, calderas, hornos, placas de cocina,
relojes electrónicos, frigoríficos, cajas de supermercados, y un largo etcétera de dispositivos que nos rodean hacen
uso de displays. Hacer accesible esta información a las personas con discapacidad visual supone un importante
beneficio de cara a la autonomía de este colectivo de personas. El acceso a la información proporcionada a través de
medios visuales (displays) resulta de gran importancia para este colectivo. Se contemplan 2 vías para hacer accesible
esta información:
Que los propios fabricantes de los dispositivos incorporen en sus productos tecnología como la síntesis de voz que
transmita por voz la información reflejada de forma visual en los displays. Se conoce alguna actuación en este
sentido pero se traduce en productos de gama alta con un coste muy elevado.
La segunda vía es proporcionar ayudas técnicas capaces de leer dichos displays y traducir la imagen visual a voz.
Es esta segunda vía la que se quiere explorar en este proyecto en el que se plantea el desarrollo de un dispositivo
portátil orientado a la detección e interpretación de la información visual que ofrecen los diferentes tipos de displays
(caracteres numéricos y alfanuméricos e iconografía). DISPLAYER se plantea como una herramienta útil y
asequible para las personas ciegas o con discapacidad visual en general, que les permita acceder de manera
autónoma a la información dinámica que ofrecen los displays, permitiéndoles mejorar sus condiciones de vida al
integrarse de una manera más armonizada con el entorno que les rodea.
182

2. Enfoque y metodología adoptada
2.1 Tipos de displays
II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
Los distintos dispositivos electrónicos de uso diario incorporan una gran variedad de modelos o tipos distintos de
displays, que se pueden clasificar como sigue:
Atendiendo a su tecnología:
LCD (Liquid Crystal Display), formados por elementos electrónicos que son transparentes u opacos en función de
una carga aplicada. En este tipo se diferencian los dispositivos de: Fondo pasivo (refleja la luz que incide en el
dispositivo mediante un fondo superficie reflectante y el carácter aparece oscuro ) y fondo activo (iluminado). En la
Imagen 1 se muestra dos ejemplos de display numérico uno pasivo y otro activo.
LED (Light Emiting Diode), formados por elementos electrónicos que emiten luz al aplicarles una carga. En la parte
inferior de la Imagen 1 se incluye un ejemplo de display de leds numérico que marca la hora.
TFT. “Thin film transistor” Pantalla grafica color cuyos elementos activos (pixeles) permiten la modificación del
color de la luz activa posterior. permiten representaciones de alta resolución.
puntos (8x5habitual).
Imagen 1: Izda-Dcha, arriba- abajo Lcd de fondo pasivo
(elementos oscuros sobre fondo reflectante), fondo activo
(iluminado) y led (elementos emisores de luz).
Atendiendo a la representación de la información:
7 segmentos. Los elementos de representación son 7 barras.
Numérico y algunos caracteres.
16 segmentos. Permite representación alfanumérica.
Matriz de puntos. Filas y columnas de caracteres creados por
Gráficos. Matriz de puntos (píxel). Caracteres y gráficos configurables. (320x200,…etc)
En la imagen 2 se muestran algunos ejemplos de los distintos tipos de displays.
Imagen 2: Izda-Dcha, arriba- abajo Displays de 7 segmentos, 16 segmentos, matriz de puntos y gráficos.
2.2 Estado de la técnica
En el ámbito universitario se están desarrollando sistemas móviles de reconocimiento de caracteres (OCRs),
específicamente pensados para personas con discapacidad visual, así como lectores de displays como el que se
183

II Congreso Internacional sobre Domótica, Robótica y Teleasistencia para todos 2007
muestra en la imagen 3 que presenta una pantalla de la aplicación en la que muestra la imagen capturada de un
equipo de video indicando la hora y posiblemente el número de canal seleccionado [4, 5, 6, 8, 9].
Imagen 3: Ejemplo de desarrollo de lector de displays .
Se trata de una aplicación informática lectora de displays de 7 segmentos [5] con la condición de que dispongan de
su propia iluminación. Este prototipo se basa en un simple contraste claro – oscuro teniendo en cuenta la intensidad
de nivel de gris. Sin embargo, esta técnica no permite adaptarse a muchos de los tipos de displays actuales, como
son los de pantallas LCD a color o displays con poco contraste. Esta solución se centra en analizar números y letras
no pudiendo interpretar otro tipo de información más compleja, como los iconos o las barras indicadoras.
Otro prototipo de investigación basa el sistema en una PDA especial [4], que dispone de una cámara y de una
botonera en relieve para facilitar el manejo de la misma por parte del usuario. El grupo de investigación reporta la
problemática de las personas con discapacidad visual a la hora de la toma de la fotografía, para lo cual han diseñado
una tarjeta patrón mediante la cual pueden realizar un entrenamiento de toma de fotografías supervisado por el
propio sistema. La tasa de aciertos que reporta la universidad en 2004 en la lectura de caracteres utilizando OCRs
comerciales es de un 33%, tasa que se eleva al 69% empleando su metodología. En 2005 han presentado un sistema
basado en redes neuronales, que trata de corregir la identificación de texto tomado en malas condiciones subiendo la
tasa de aciertos hasta un 88%.
Por otra parte están comenzando a aparecer aplicaciones que emplean las capacidades de captura de imagen y de
procesamiento cada vez mayor de los teléfonos móviles para interpretar códigos, símbolos, y otros temas visuales.
2.3 Enfoque adoptado
En este contexto y dada la gran variedad de displays existentes, así como de tipos de información que representan, la
metodología que se propone para la extracción de información de imágenes es la siguiente:
Extracción de características de la imagen y localización de elementos de interés.
Identificación de la información simbólica en esa imagen.
Procesamiento inteligente de la imagen a partir del conocimiento semántico de lo que se está viendo.
Comunicación coherente de la información recopilada.
Un aspecto importante considerado desde el inicio del proyecto es la captura de la imagen en condiciones no ideales,
ya que esta acción será realizada por personas con discapacidad visual.
El desarrollo requiere una adaptación de la imagen captada e interpretación de la misma por parte del sistema,
similar a la que realiza el ser humano. Es necesario, que el sistema, sea capaz de extraer, a partir de un conjunto de
datos numéricos de la imagen, no solo la identificación de las diversas partes que la componen, sino comprender el
contenido de la misma, para de esta forma, ofrecer al usuario la información solicitada.
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3. Estado de desarrollo
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En la actualidad se están abordando los puntos 1 y 2 de dicha metodología que engloban la captación de la imagen,
el desarrollo de algoritmos para la identificación o localización de elementos de interés y su interpretación. A
continuación se presentan los resultados obtenidos hasta la fecha.
3.1 Captación de la imagen
Se pretende que el sistema esté basado en electrónica de consumo. En ese sentido no se han planteado desarrollos
hardware, pero si se ha llevado a cabo una metodología de captación con fuentes diversas, que permita en esta
primera etapa comparar las diferencias de captura de imágenes entre distintos soportes y usuarios.
Para ello se han realizado pruebas de captura de imágenes con al menos cuatro dispositivos diferentes (una webcam,
un teléfono móvil y dos cámaras digitales de baja resolución y bajo coste). Aunque en el proyecto definitivo el
sistema de procesamiento estará basado en un dispositivo móvil , se ha estimado para la fase de desarrollo una
arquitectura basada en PC portátil, que permite una integración Sw más sencilla. En la siguiente fase del proyecto
los algoritmos se migrarán a sistemas compactos. A continuación, en la imagen 4, se muestra la plataforma
compuesta por el PC portátil y en este caso una webcam.
Imagen 4. Dispositivos de captura y procesamiento empleados (Portátil y cámara ).
Asimismo se ha establecido una metodología de captura en la que dando unas directivas básicas de captura de
imagen se ha recogido una muy amplia muestra de imágenes capturadas por más 80 personas en 500 dispositivos de
sus domicilios en condiciones próximas a la discapacidad visual (captura palpando el dispositivo para establecer la
posición de la cámara e iluminación ambiente). Esto permite manejar variables como:
Diferencias de representación
Diferencias de iluminación
Diferencias de orientación
Diferencias de captación
En la imagen 5 se presentan ejemplos de estas imágenes captadas que corresponden a dos modelos de microondas.
En las imágenes los displays muestran iconos, números (indicación de la hora y del programa) y texto (“end” de
finalización).
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Imagen 5. Ejemplos de imágenes de displays captadas.
3.2 Extracción de características de la imagen y localización de elementos de interés.
En un primer paso, es necesaria la extracción de las características de la imagen. Es necesario segmentar la imagen
en zonas diferenciadas, es decir, separar la información relevante de la que no lo es, contenida en el elemento a
analizar, en este caso, el display. Para ello se ha recurrido a algoritmos de segmentación basados en textura (filtros
invariantes de gabor) [11, 12], lo que nos permite dividir la imagen en varias subimágenes, de acuerdo con su
textura. Quedando solamente las zonas cuya textura responde mejor ante unas frecuencias determinadas (displays).
La imagen 6 muestra un ejemplo de la aplicación de los algoritmos de segmentación en base a texturas. Incluye la
imagen de partida de un reloj despertador y la imagen tras la aplicación de estos algoritmos en la que claramente se
diferencian todos los dígitos y zonas de interés del display.
Imagen 6. Ejemplo de extracción de elementos de interés en base a características de textura.
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La imagen 7 muestra una representación tridimensional de uno de los filtros utilizados en esta segmentación.
Imagen 7. Representación tridimensional de uno de los filtros empleados en la segmentación.
Tal y como muestra la imagen 8, aplicando a la misma imagen técnicas clásicas de binarizado la calidad de los
resultados del tratamiento es sensiblemente inferior, provocando la pérdida de algunas zonas de interés y la no
diferenciación tan precisa del display en sí.
Imagen 8. Extracción de elementos de interés, utilizando técnicas clásicas de binarizado.
3.3 Identificación de la información simbólica en esa imagen.
Los elementos de interés son analizados y agrupados según características comunes de posición, tamaño, orientación
y textura en diversos bloques que constituyen “elementos similares”. Estos son clasificados como elementos
textuales o elementos no textuales, realizando la interpretación y lectura de su contenido en base al resultado.
Una vez separada la imagen en las diversas subimágenes, es necesario interpretar cada una de ellas [10] (qué dice el
texto, cuanto vale el número, qué significa el icono...).
La clasificación de los subelementos del display, a partir de las características extraídas de los mismos, se aborda
mediante algoritmos de reconocimiento de patrones [13]. Estos algoritmos permiten establecer la relación entre el
conjunto de píxeles de una imagen (sin relación aparente entre ellos) con la interpretación que hace el cerebro
humano de la imagen.
Existe, un conjunto de algoritmos de clasificación de patrones muy específicos para la localización de texto escrito:
los OCR [1, 2, 7] (Optical Carácter Recognition). Estos sistemas resuelven la problemática de que una misma letra
pueda ser representada de muy diversas formas (distintos tipos de fuentes) y, sin embargo, seguir refiriéndose a la
misma letra. Estos algoritmos se perfilan como los mejor preparados para la correcta clasificación y lectura de las
partes clasificadas como texto / dígitos de un display. Sin embargo, el reconocimiento de iconos gráficos, barras de
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volumen, indicadores de estado, unidades... se abordarán en la siguiente fase, desde un punto de vista fundamentado
en los clasificadores genéricos comentados anteriormente.
A continuación, se muestran en las imágenes 9 a 11 varios ejemplos del procesamiento de imágenes del display en
este caso de un video en el que aparece texto (“play” y “stop”) y dígitos con símbolos (“—12”). En las imágenes se
muestran identificados en un cuadrado amarillo los símbolos reconocidos por el sistema.
Imagen 9. Imagen de Display de DVD y su procesamiento.
Una de las limitaciones de los algoritmos OCRs actuales es que el texto no debe estar rotado, no debe tener
variaciones de perspectiva y presentar una segmentación nada ruidosa. Por ese motivo, se hace necesario reprocesar
los elementos clasificados como textuales para adecuarlos al reconocimiento de los displays. Esto implica la
reorientación del elemento localizado y su corrección de perspectiva, rotación y escala, así como una segmentación
apropiada y adaptación de los elementos para su interpretación por el sistema OCR. La imagen 10 muestra los
resultados del procesamiento por el sistema de una imagen con rotación del display de un video en el que aparece la
palabra “stop”.
Imagen 10. Imagen de Display y su procesamiento. Es significativa la rotación de la imagen.
Imagen 11. Imagen de Display de Vídeo y su procesamiento.
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4. Pruebas y resultados
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El prototipo en la primera fase de desarrollo, incorpora las siguientes funcionalidades:
Captación automática de imágenes.
Extracción de características de la imagen y localización de elementos de interés. Mejora de la calidad de la imagen
a partir de un pretratamiento de la misma (segmentación, rotación, perspectiva) y un filtrado avanzado adaptativo.
Identificación de la información simbólica de los elementos textuales por medio de OCR
Conversión a audio y envío a Casco Bluetooth de la respuesta del sistema.
El sistema se ha mostrado plenamente operativo con displays de 7 y 16 segmentos para una gama inicial de
dispostivos seleccionados y que se centran en equipos de entretenimiento (video, DVD, equipo de sonido). Con
certidumbres próximas al 92%.
Además, se han realizado pruebas sobre las imágenes de muestra captadas de una amplia gama de dispositivos con
certidumbres muy elevadas.
5. Conclusiones y trabajo futuro.
Los resultados obtenidos hasta la fecha permiten concluir que:
El sistema se muestra capaz de resolver la problemática de lectura de displays de 7 y 16 segmentos y permite
augurar nuevos avances.
Este desarrollo se puede convertir a medio plazo en una herramienta muy potente para aumentar la autonomía
personal del colectivo de personas con discapacidad visual.
Los siguientes pasos que se abordarán en el proyecto incluyen:
Captación de una gama amplia de dispositivos en condiciones reales por personas con discapacidad visual, de
manera que se verifique la metodología y se cuente con una gama adicional de imágenes.
Mejoras en algoritmos de Extracción de características de la imagen y localización de elementos de interés e
Identificación de la información simbólica. Incorporación de reconocimiento de iconos.
Interpretación inteligente de la imagen a partir del conocimiento semántico de todos los elementos detectados y
clasificados por el sistema.
Migración a dispositivo compacto tipo PDA o smartphone de los algoritmos.
Comunicación de la información interpretada mediante tecnologías de síntesis de voz (TTS).
Pruebas de dispositivo compacto por parte de usuarios finales.
6. Referencias
[1] “Optical Character Recognition. Using Onmipage”, http://help.phys.unsw.edu.au , June 2006.
[2] Instructional Technology Resource Center (ITRC), http://www.isu.edu/itrc, June 2006.
[3] Mediaseek Inc. “CamReader”. http://www.camreader.jp , June 2006.
[4] Silvio Ferreira, Faculty of Engineering, Mons (Bélgica), http://www.tcts.fpms.ac.be, June 2006.
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[5] H. Shen and J. Coughlan, "Reading LCD/LED Displays with a Camera Cell Phone", 2nd IEEE Workshop
on Embedded Computer Vision (ECVW '06), in conjunction with CVPR 2006, New York, June 2006.
[6] Nuevos Interfaces. The vOICe. http://www.seeingwithsound.com/ , June 2006.
[7] WATA Bulletin 2001, “Omnipage”, http://wata.org/pubs/bulletins/fall2001.htm, June 2006.
[8] “Aids for visual impairment” http://www.asphi.it/english/Tecnologie/DisabVisive.htm , June 2006.
[9] “Mobile OCR, Face and Object Recognition for the Blind”, The vOICe,
http://www.seeingwithsound.com/ocr.htm
[10] C. Hudelot and M. Thonnat, “A cognitive vision platform for automatic recognition of natural complex
objects”, ICTAI, Sacramento, USA, November 2003.
[11] Ojala, T. and M Pietikäinen, “Texture Classification”, Machine Vision and Media Processing Unit,
University of Oulu, Finland, January 2004 http://homepages.inf.ed.ac.uk
[12] Picón A. Et Al. “Estado del arte: Métodos de Clasificación y segmentación de imágenes basados en
texturas, 2006”.
[13] Duda et Al, “Pattern Classificattion”, Willey-InterScience 2000.
[14] Gill, J., “Access-Ability, Making technology more useable by people with disabilities”, 2004.
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