ES2353781A1 - Sistema de visión táctil portable. - Google Patents
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- G09B21/001—Teaching or communicating with blind persons
- G09B21/003—Teaching or communicating with blind persons using tactile presentation of the information, e.g. Braille displays
Abstract
Sistema de visión táctil portable, que comprende:- medios de captura de imágenes (1);- dispositivo móvil (2) encargado de efectuar un procesamiento de las imágenes captadas por los medios de captura de imágenes (1) para obtener unas señales procesadas; y- dispositivo de estimulación táctil (3) fijable al cuerpo de un usuario (5), que comprende dos estimuladores (3'', 3'''') cada uno comprendiendo a su vez una matriz de estimulación táctil con nxm puntos de estimulación (12), con una resolución tal que n>=25 y m>=5. El dispositivo de estimulación táctil (3) está configurado para recibir las señales procesadas y convertirlas en sensaciones táctiles perceptibles por el usuario (5) y aplicarlas sobre su piel en los puntos de estimulación (12) para obtener un reconocimiento táctil de las imágenes captadas. El dispositivo de estimulación táctil (3) proporciona en los puntos de estimulación (12) una estimulación táctil mecánica por presión.
Description
Sistema de visión táctil portable.
La presente invención, consistente en un sistema
de visión táctil portable, es aplicable en cualquier sector de la
industria y del ocio, concretamente allí donde se desarrollen
procesos de producción, prestación de servicio o, en general,
cualquier actividad o disciplina donde se requiera contacto visual
sin posibilidad de percepción ocular, bien sea por ausencia de luz o
por imposibilidad de enfoque preciso al objetivo (objetivo situado a
distancia excesiva o fuera de la línea visual del observador,
discapacidad visual, etc.) o también donde se requiera un contacto
visual adicional cuando la vista está ocupada, bien sea porque no
puede desviarse la vista de la actividad o imagen que se está
realizando, o porque es necesaria la percepción de información
compleja adicional representada como información visual. De forma
explícita, pueden citarse aplicaciones directas en el campo de la
medicina, el ocio, los videojuegos, la navegación aérea y marítima,
las comunicaciones, la televigilancia y la seguridad.
Los estudios por conseguir reconocimiento
instantáneo de imágenes o textos escritos sin percepción visual
comenzaron allá por los años 70 (patente US3594823 de Paul
Bach-Y-Rita, Gardner y Palmer 1989,
Vidal Verdú y col., 2007, Killebrew, 2007, Kyung y col., 2008, Yoon
y Yu, 2008).
El éxito en este cometido se ha alcanzado
gracias al conocimiento que hoy se tiene de:
- \bullet
- La capacidad plástica neuronal del cerebro que permite generar conexiones neuronales entre áreas somatosensoriales primarias y áreas secundarias y terciarias de asociación visual de funciones cognitivas en base a la estimulación táctil.
- \bullet
- La organización cerebral que facilita la representación del espacio personal, la representación más compleja del espacio peripersonal y la representación memorística de las neuronas táctiles (Harris y col., 2002) tanto del espacio personal como del peripersonal mediante las áreas sensoriales cerebrales (Kandel y col, 2001), por el alto grado de eficacia del tacto para determinar la posición y morfología de los objetos (Wheat y col., 1995).
- \bullet
- La capacidad de asociación de diferentes modalidades de estimulación (Amedi col., 2007, Swisher y col., 2007), modulación de la información táctil (Haggard y col., 2007) y la localización exacta de los objetos mediante reconocimiento táctil.
\vskip1.000000\baselineskip
Todos estos estudios han demostrado la
factibilidad del reconocimiento espacial global de objetos, personas
o lectura impresa a través del tacto.
Durante los últimos años han surgido algunos
dispositivos, basados directa o indirectamente en estos principios,
con los que de una u otra forma se ha intentado la sustitución del
sentido de la vista por otra excitación sensorial. Citando los más
relevantes, se pueden enumerar los siguientes:
- \bullet
- Reconocimiento espacial a través del oído.
- \bullet
- Reconocimiento de letras mediante estimulación del dedo índice.
- \bullet
- Pantalla gráfica Braille.
- \bullet
- Electrodos en la lengua.
- \bullet
- Implantes quirúrgicos en el cerebro.
- \bullet
- Electroestimulación de la frente.
- \bullet
- Electroestimulación en el torso.
- \bullet
- Implante quirúrgico de estimuladores en la piel.
\vskip1.000000\baselineskip
Todos estos dispositivos alcanzan sólo
parcialmente los objetivos perseguidos, de ahí su escasa penetración
tanto en el mercado como en la sociedad. Se incluye a continuación
una breve descripción de sus principios básicos:
\vskip1.000000\baselineskip
Estos sistemas se basan en la transformación de
imágenes en sonidos con diferentes tonos, intensidades, frecuencias
y duraciones; es decir, la percepción visual es sustituida por una
percepción acústica.
Se requiere disponer de cámara, auriculares,
micrófono para control y un software de sonificación de imágenes con
capacidad de refresco de uno a cuatro imágenes por segundo, lo que
permite una resolución del orden de 100 por 100 píxeles.
El mayor inconveniente de estos sistemas es que
anulan la capacidad de oír otra cosa que no sea la sonificación de
las imágenes. Tampoco permiten la lectura.
\vskip1.000000\baselineskip
Existe un dispositivo industrial basado en este
principio que se conoce comercialmente como Optacón.
Esta tecnología sustituye al ojo humano por una
cámara capaz de captar la imagen de un texto y transformarla en
señales vibratorias que se aplican a un estimulador en contacto con
el dedo índice. El color, negro produce vibración y el blanco
reposo. Se trata de un dispositivo concebido tan sólo para el
reconocimiento de texto.
Basado en los mismos principios que el Optacón,
la Universidad de Princeton ha desarrollado un estimulador de dedos
(Exeter) con mayor resolución, lo que permite incluso el
reconocimiento de objetos.
Los dispositivos basados en esta tecnología
dificultan el empleo normal de las manos y son además de complicada
industrialización por su gran tamaño.
\vskip1.000000\baselineskip
La tecnología basada en pantallas gráficas
Braille ha dado lugar a diversas realizaciones.
Como resultado del programa de investigación
Itactl de la Comisión Europea, se ha desarrollado una pantalla
interactiva basada en miles de actuadores móviles capaz de
representar una matriz de caracteres Braille, así como gráficos
táctiles simples (en modo vertical u horizontal). Esta tecnología es
de aplicación en el desarrollo de interfaces interactivos gráficos
de ordenadores para discapacitados visuales.
Basado en el mismo principio, existe un producto
comercial construido por Meier, Maucher y Schemmel (Universidad de
Heidelberg). Este dispositivo consta de 48 actuadores
piezoeléctricos capaces de representar gráficos táctiles por
elevación.
Como inconvenientes más relevantes de esta
tecnología, cabe citar:
- \bullet
- Los pines sólo representan dos estados: activados (negro) o desactivados (blanco).
- \bullet
- El interfaz táctil es activo, es decir el usuario debe pasar el dedo por encima de él continuamente para usarlo.
- \bullet
- Sólo es aplicable para reconocimiento de letras y gráficos sencillos.
- \bullet
- Dificulta el empleo normal de las manos.
\vskip1.000000\baselineskip
El denominado ojo eléctrico del Dr. Maurice
Pitto (Universidad de Montreal), trata de aprovechar la
conductividad de la saliva para transmitir impulsos eléctricos.
El dispositivo consta de un pequeño panel con
12x12 electrodos que se apoya sobre la lengua y transmiten mediante
impulsos eléctricos sensoriales las señales visuales.
El documento de patente US6430450B1 de Paul
Bach-Y-Rita describe otro
estimulador táctil para la lengua.
Esta tecnología tienen como inconvenientes
fundamentales la dificultad que experimenta el usuario para hablar;
la necesidad de utilizar un dispositivo incómodo y molesto, que
además produce cierto rechazo social por ser antiestético y,
finalmente, su utilidad exclusiva para el reconocimiento de
texto.
\vskip1.000000\baselineskip
El doctor Dobelle, fallecido en el año 2.004,
dedicó prácticamente toda su vida profesional a la puesta en marcha
de un dispositivo que, mediante un implante de un estimulador en el
córtex visual, permitiera recuperar parte al menos de la agudeza
visual de un invidente.
Este sistema consta de una minicámara para
captar las imágenes, un ordenador de bolsillo, que realiza el
procesamiento de la información, y un estimulador.
El estimulador consta de 400 electrodos,
alimentados con una velocidad de refresco de información de 4 a 8
imágenes por segundo y se implanta mediante cirugía en el córtex
visual.
La visión tiene un efecto túnel, permitiendo
reconocer sombras, formas y letras (no mide distancias).
Para aumentar la visión sería necesario
incrementar el número de electrodos y, sobre todo, no quedarse en la
superficie del córtex, lo que implicaría mayores riesgos en la
intervención. Está implantado en la actualidad en 8 pacientes y
apenas ha tenido aceptación dentro de la comunidad de discapacitados
visuales.
Otros inconvenientes:
- \bullet
- Necesidad de cirugía (con los inconvenientes y riesgos que conlleva)
- \bullet
- No útil si el córtex visual está dañado o no se ha desarrollado.
- \bullet
- Permite tan solo tres horas de autonomía.
- \bullet
- Peso significativo (5 kg).
- \bullet
- No es capaz de medir distancias.
\vskip1.000000\baselineskip
Basándose en el concepto de la estimulación
eléctrica por electrodos implantados en el cerebro, éste producto,
genera la estimulación mediante electrodos en la frente de los
individuos, con un grado similar de resolución que el anterior ya
que manejan aproximadamente el mismo número de electroestimuladores
(unos 400).
Aunque no requiere cirugía, el principal
inconveniente de este sistema es su baja resolución.
\vskip1.000000\baselineskip
El documento de patente EP1684850A2 describe un
estimulador táctil implantado bajo la epidermis. Sin embargo, aporta
las siguientes desventajas:
- \bullet
- Requiere cirugía.
- \bullet
- Resolución pequeña.
- \bullet
- Baja frecuencia de refresco.
- \bullet
- No es capaz de medir distancias.
- \bullet
- Baja autonomía.
- \bullet
- Problemas en la alineación de los transmisores con los estimuladores
\vskip1.000000\baselineskip
La página web
"http://www.tactilevision.ru/english" divulga un
dispositivo de visión artificial con cámara, procesador de la
información visual (a modo de mochila) y estimulador táctil en el
torso. La estimulación se realiza por medio de impulsos eléctricos,
con un juego de 110x9 electrodos.
Esta invención tiene las siguientes
desventajas:
- Utiliza impulsos eléctricos (electrodos) que
deben ser diferentes entre hombres y mujeres;
- Elevado peso (en torno a 9 kg) del
dispositivo, lo cual lo convierte en
no-portable;
- Pequeña resolución de la matriz de
estimulación;
- Sensación desagradable (cosquilleo);
- Alto consumo.
\vskip1.000000\baselineskip
Aparte de las limitaciones ya reseñados, las
tecnologías antes descritas presentan en general otros muchos
inconvenientes: son sólo válidas para reconocimiento de escritura o
figuras simples, retardo alto en reconocimiento, poco portables,
baja resolución, etc. Por otro lado, ninguna de ellas tiene el
enfoque y el alcance de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención se refiere a un sistema de visión
táctil portable de acuerdo con la reivindicación 1 y a un
dispositivo de visión táctil portable de acuerdo con la
reivindicación 17. Realizaciones preferidas del sistema y del
dispositivo se definen en las reivindicaciones dependientes.
Desde un punto de vista estructural, existen
diferencias y ventajas significativas respecto a los dispositivos y
tecnologías que preceden a esta invención:
- \bullet
- Los productos existentes se basan en la sustitución de la percepción visual por otro tipo de percepción sensorial (audición, tacto) mediante la utilización de dispositivos de distinta naturaleza. La invención, por el contrario, va más allá, sistematizando un procedimiento, apoyado en una tecnología, con el que se consigue el desarrollo de nuevas vías neuronales entre las áreas cerebrales de percepción táctil y las de percepción de imágenes. Los dispositivos físicos asociados a este procedimiento constituyen tan solo una parte del mismo.
- \bullet
- La presente invención proporciona al usuario un efecto estereoscópico:
- -
- La captación de imágenes se realiza desde una doble cámara (efecto estereoscópico).
- -
- La estimulación táctil se consigue a través de unos dispositivos físicos totalmente novedosos. Para ello se utilizan dos estimuladores que integran cada uno una matriz de 100x100 puntos de estímulo, dotando a la imagen de una gran resolución. Los dos estimuladores son idénticos y se describen más adelante.
- -
- Cada uno de los estimuladores actúa sobre un hemisferio cerebral distinto. La ubicación de los dos estimuladores (uno en la zona izquierda del cuerpo y el otro en la derecha) hace que las sensaciones táctiles alcancen separadamente los dos hemisferios cerebrales. El hemisferio cerebral derecho controla las sensaciones de la zona izquierda del cuerpo y el hemisferio izquierdo las de la zona derecha.
- \bullet
- El procedimiento de refresco de los estimuladores, con una frecuencia de estimulación entre 100 y 300 ms., permite el desarrollo de las nuevas vías neuronales entre la zona cerebral que percibe y procesa los estímulos táctiles y la zona cerebral encargada de procesar la información óptica.
- \bullet
- El proceso de aprendizaje que complementa a la tecnología es inherente a la invención y parte importante de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
Se pueden resaltar otras ventajas que marcan
diferencias sobre lo ya existente:
- \bullet
- Las características de los dispositivos físicos hacen que sea perfectamente portable (poco peso), con gran autonomía, cómodo y estético.
- \bullet
- La estimulación táctil es agradable.
- \bullet
- No ocasiona efecto "cosquilleo" ni irritación de la piel.
\vskip1.000000\baselineskip
Desde un punto de vista funcional, los efectos
ventajosos que la invención aporta son:
- \bullet
- La interacción simultánea sobre los dos hemisferios cerebrales facilita al sujeto una sensación real de visión estereoscópica, percibiendo tonos blancos, negros y grises (a diferencia de otros dispositivos que facilitan tan solo reconocimiento y lectura).
- \bullet
- Sensibilidad a la distancia.
- \bullet
- La resolución de la imagen percibida es cien veces mayor que la que facilita cualquier otra tecnología conocida.
- \bullet
- Bajo coste de los materiales.
- \bullet
- Uso del ombligo como anclaje del estimulador para fijarlo siempre en la misma posición (a modo de nariz para las gafas).
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema de visión táctil portable
comprende:
- medios de captura de imágenes;
- medios de procesamiento de datos encargados de
efectuar un procesamiento de las imágenes captadas por los medios de
captura de imágenes para obtener unas señales procesadas; y
- medios de estimulación táctil (o dispositivo
de estimulación táctil) fijables al cuerpo de un usuario, que
comprenden al menos un estimulador cada uno comprendiendo a su vez
una matriz de estimulación táctil que dispone de nxm puntos
de estimulación, estando configurados dichos medios de estimulación
táctil para recibir dichas señales procesadas y convertirlas en
sensaciones táctiles perceptibles por el usuario y aplicarlas sobre
su piel en los puntos de estimulación seleccionados de manera
adecuada para obtener un reconocimiento táctil de las imágenes
captadas. Los medios de estimulación táctil están configurados para
proporcionar en los puntos de estimulación una estimulación táctil
mecánica. La resolución de la matriz de estimulación táctil es tal
que se cumple que n\geq25 y m\geq25.
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización preferida los medios de
captura de imágenes comprenden preferentemente dos cámaras de vídeo;
los medios de procesamiento de datos están configurados para
efectuar el procesamiento de las imágenes de cada cámara de vídeo de
manera independiente, obteniendo dos señales procesadas diferentes;
y los medios de estimulación táctil comprenden dos estimuladores,
fijables en lados diferentes del cuerpo del usuario y configurados
para recibir cada uno las señales procesadas provenientes de una
cámara de vídeo diferente.
Las dos cámaras de vídeo están preferentemente
soportadas cada una en un lado diferente de unas gafas portables por
el usuario.
Los medios de estimulación táctil están
preferiblemente encargados de aplicar la estimulación táctil en la
parte inferior de la espalda del usuario.
El sistema comprende preferiblemente un
dispositivo móvil que dispone de una aplicación de tratamiento de
imágenes encargada de efectuar el procesamiento de las imágenes
captadas por los medios de captura de imágenes para obtener las
señales procesadas. El dispositivo móvil puede comprender al menos
una cámara de vídeo configurada para efectuar las funciones de los
medios de captura de imágenes.
El dispositivo móvil puede estar configurado
para, en caso de que el usuario lo requiera, enviar las imágenes
captadas a un servidor remoto y éste, a su vez, reenviar las
imágenes procesadas remotamente al dispositivo móvil.
En una realización preferida los medios de
estimulación táctil están configurados para efectuar un refresco de
la aplicación de las sensaciones táctiles sobre la piel del usuario
según un período de refresco entre 100 ms y 300 ms.
Los medios de captura de imágenes pueden
disponer de autoenfoque y medios de medición de distancia al punto
de autoenfoque, estando configurados dichos medios de captura de
imágenes para enviar a los medios de procesamiento de datos, junto
con las imágenes captadas, la correspondiente distancia al punto de
autoenfoque de dichas imágenes; y porque los medios de estimulación
táctil están adicionalmente configurados para recibir, junto con las
señales procesadas, la correspondiente distancia al punto de
autoenfoque y convertir dicha distancia en sensaciones táctiles
interpretables por el usuario para obtener la correspondiente
distancia al punto de autoenfoque. En ese caso el menos un
estimulador está preferiblemente configurado para aplicar las
sensaciones táctiles correspondientes a la distancia al punto de
autoenfoque en una hilera de puntos de estimulación situada en uno
de los extremos de la matriz de estimulación táctil.
Los medios de estimulación táctil (o dispositivo
de estimulación táctil) están preferentemente configurados para
efectuar una estimulación táctil mecánica por presión, aunque
también podrían efectuarla por vibración mecánica. El sistema puede
comprender para ello, en cada punto de estimulación, un elastómero
dieléctrico o iónico para efectuar la estimulación táctil mecánica
por presión, o puede comprender medios de inyección de aire a
presión configurados para efectuar dicha estimulación táctil
mecánica por presión. En este último caso el al menos un estimulador
puede comprender, para efectuar la estimulación táctil por inyección
de aire a presión:
\newpage
- una pluralidad de conductos, en número
n ó m en función de si están asociados a las n
filas o a las m columnas de la matriz de estimulación
táctil;
- una pluralidad de placas, en número m
en caso de que haya n conductos o en número n en caso
de que haya m conductos, asociados en cada caso a las
m columnas o a las n filas de la matriz de
estimulación táctil;
- una pluralidad de orificios, tantos como
placas, en cada conducto;
- una pluralidad de aberturas, tantas como
conductos, en cada placa;
- una microválvula acoplada a cada conducto y
configurada para inyectar aire cuando se produce su activación;
y
- un micromotor por cada placa, cada micromotor
configurado para, cuando se produce su activación, accionar la
correspondiente placa para hacer coincidir las aberturas de dicha
placa con los orificios de los diferentes
conductos.
conductos.
\vskip1.000000\baselineskip
El al menos un estimulador está además
configurado para, en caso de tener que efectuar una estimulación
táctil mecánica en un punto de estimulación (i, j), correspondiente
a la fila i y la columna j, activar la correspondiente microválvula
y el correspondiente micromotor para inyectar aire sobre la piel del
usuario en dicho punto de estimulación (i, j).
El al menos un estimulador dispone
preferentemente, para cada punto de estimulación, de más de dos
niveles de estimulación táctil mecánica, cada nivel asociado a una
intensidad y/o tonalidad de color diferente. Cada nivel de
estimulación se puede obtener según al menos una cualquiera de las
siguientes formas:
- en función de la amplitud de la presión
ejercida en el punto de estimulación;
- en función de la frecuencia de vibración
ejercida por un actuador en el punto de estimulación;
- en función de la duración de los pulsos de la
señal de excitación de un actuador en el punto de estimulación.
\vskip1.000000\baselineskip
Es también objeto de la presente invención el
dispositivo (o medios) de estimulación táctil portable descrito para
el sistemas de visión táctil.
El al menos un estimulador puede ser fijado en
el abdomen o en la parte lumbar del usuario mediante un anclaje o
fijación en el abdomen.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
La Figura 1 muestra los componentes básicos de
la invención.
La Figura 2 refleja cómo se percibe una conocida
imagen con una estimulación equiparable a la de la invención.
Las Figuras 3A y 3B muestran, respectivamente,
de manera esquemática los medios de estimulación táctil y los puntos
de estimulación.
La Figura 4 muestra la comunicación del
dispositivo móvil con el servidor remoto de ayuda y apoyo.
La Figura 5 representa el funcionamiento de un
actuador sobre la membrana flexible de la matriz de estimulación
táctil.
Las Figura 6A, 6B y 6C muestran el principio de
funcionamiento de los elastómeros dieléctricos empleados como
actuadores en la matriz de estimulación táctil.
La Figuras 7A y 7B representan el funcionamiento
de la matriz de estimulación táctil donde los actuadores son
estimuladores neumáticos.
\newpage
La base científica de la invención radica en un
doble principio: por un lado la existencia de áreas del cerebro
diseñadas genéticamente para desarrollar funciones concretas (como
por ejemplo el lóbulo occipital para la visión) y por otra parte, la
gran capacidad de "plasticidad neuronal" (creación de nuevas
conexiones neuronales entre diferentes áreas del cerebro) y de
"neurogénesis" (generación de nuevas neuronas) que tiene el
cerebro humano.
En lugar de utilizar los receptores visuales
para acceder a las áreas donde se interpreta la visión y donde por
tanto se generan las imágenes, en la invención se utilizan los
receptores táctiles para alcanzar estas áreas. Los receptores son
sometidos a estímulos que reproducen fielmente la información
visual, de manera que, a través de la vía táctil, llegan de forma
natural a la corteza cerebral y específicamente a las áreas de
procesamiento de la información sensorial y de reconocimiento
táctil. El sistema objeto de la invención permite al sujeto
desarrollar una nueva conexión neuronal entre las áreas cerebrales
de percepción táctil y las de percepción de imágenes, de manera que
la sensación táctil se transforma en una sensación visual.
El desarrollo de esta vía neuronal se consigue
tras un programa de aprendizaje y gracias a las especiales
características del proceso de estimulación (resolución de la matriz
de estimulación y frecuencia de refresco).
El sistema consta de varios elementos, resultado
del desarrollo de una nueva tecnología, cuyos componentes básicos
(Figura 1) son:
- -
- Medios de captura de imágenes 1.
- -
- Medios de procesamiento de datos (dispositivo móvil 2 u otro dispositivo).
- -
- Medios de estimulación táctil 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Las imágenes son captadas por la doble cámara
(microcámaras) que componen, en una realización preferida, los
medios de captura de imágenes 1 y transferidas mediante conexión
física o inalámbrica a los medios de procesamiento de datos. Los
medios de procesamiento de datos transforman las señales tratadas en
impulsos táctiles siguiendo un protocolo de estimulación. Estos
impulsos, que contienen toda la información visual, se aplican a los
medios de estimulación táctil 3.
Los medios de estimulación táctil 3 son, en una
realización preferida, dos estimuladores formados cada uno por una
matriz de estimulación táctil constituida por un panel de 100x100
puntos de estimulación que se adhiere al cuerpo del usuario 5,
preferentemente en la parte inferior de la espalda o el abdomen
(donde se ha demostrado ser más eficaz), transmitiéndole por vía
táctil la información procesada. Esta información alcanza de forma
natural el área de percepción táctil del cerebro y de allí es
transferida a la zona cerebral de percepción de imágenes siguiendo
la nueva conexión neuronal desarrollada. El desarrollo de esta
conexión neuronal está íntimamente relacionada con el protocolo de
estimulación y el proceso de aprendizaje, que se explicará más
adelante.
Como resultado de este proceso, el sujeto o
usuario 5 transforma su percepción táctil en una percepción óptica,
consiguiendo ver, identificar y reconocer imágenes. La Figura 2
refleja cómo se percibe una conocida imagen, con una resolución de
96x64, con una estimulación equiparable a la de la invención, con
tres niveles de luminosidad.
El receptor visual o medios de captura de
imágenes 1 consiste, en una realización preferida, en una doble
cámara digital integrada sobre gafas 4, tal como se muestra de
manera esquemática en la Figura 1, con autoenfoque, medidor de
distancia, funciones de zoom y contraste controlado voluntariamente
dé forma remota. Las cámaras envían a los medios de procesamiento de
datos las imágenes captadas, para suministrar al usuario 5 una
visión estereoscópica. La cámara de un teléfono móvil puede ser
utilizada también como medios de captura de imágenes 1.
Cada cámara capta la imagen de su zona de
enfoque y la transforma en señales eléctricas. Estas señales son
procesadas mediante la aplicación de tratamiento de imágenes (que
resalta contornos, elimina fondos, etc.) y se transmiten
separadamente a los dos estimuladores. Los estimuladores transforman
las señales recibidas en impulsos de presión y vibración que son
captadas por el sistema sensorial del individuo. La información
captada por cada cámara actúa separadamente sobre cada uno de los
estimuladores.
La ubicación de los estimuladores sobre el
cuerpo del individuo (uno en el lado derecho y el otro en el
izquierdo) hace que la recepción del estímulo se registre en los dos
hemisferios cerebrales (izquierdo y derecho, respectivamente). El
cerebro se encarga de la integración de esta doble información
(exactamente igual que integra la información recibida por el ojo
izquierdo y el derecho) y crea la sensación estereoscópica.
Los medios de estimulación táctil 3, tal como se
muestra de manera esquemática en la Figura 3A, pueden ir
incorporados en un cinturón o faja 6 que se fija a la altura de la
cintura del usuario mediante medios de fijación (tales como velero,
hebilla, etc.) y/o con un punto de anclaje en el ombligo, de forma
que los dos estimuladores (3', 3'') puedan estimular cada uno un
lado del abdomen o de la espalda inferior del usuario (por la zona
lumbar). Los puntos de estimulación 12 que componen la matriz de
estimulación táctil de un estimulador se muestran en la Figura
3B.
Independientemente de la velocidad de captura de
imágenes, el sistema refresca la información de los estimuladores
con un periodo entre 100 y 300 ms. La información transmitida en
cada refresco es la que instantáneamente captan las cámaras. Esta
información, convertida en señales eléctricas, se procesa para
resaltar los elementos clave de la imagen y se transforman en el
estimulador en señales de presión para producir las sensaciones
táctiles.
La recepción de la imagen, convertida en señales
eléctricas, se realiza directamente en el propio estimulador. El
procesador intermedio (dispositivo móvil o procesador remoto) tan
solo realiza un tratamiento de la señal captada por las cámaras para
resaltar lo más relevante de las imágenes y eliminar lo
secundario.
La invención también podría funcionar con una
única cámara y un único estimulador, aunque en este caso se perdería
el efecto estereoscópico.
Los medios de procesamiento de datos, o
dispositivo procesador, trata las imágenes recibidas y las
simplifica para enviar a los medios de estimulación táctil 3 la
señal que necesita. Cualquier ordenador personal o incluso cualquier
teléfono móvil comercial (con unas prestaciones mínimas de memoria,
capacidad y velocidad de proceso) son válidos para desempeñar la
función de los medios de procesamiento de datos. Preferentemente se
hace uso de dispositivos de telefonía móvil u otros dispositivos
portátiles.
En los medios de procesamiento de datos se
reciben señales asociadas a imágenes y allí mismo son procesadas
para su posterior envío a los medios de estimulación táctil 3.
Cuando el usuario lo requiera, las imágenes
pueden ser enviadas a un servidor remoto 8 para ayudarle a reconocer
lo que envían las cámaras en caso de que necesite ayuda o tenga
problemas en el reconocimiento. En estas circunstancias, tal como se
muestra en la Figura 4, el dispositivo móvil envía las imágenes al
servidor remoto 8 utilizando alguno de los servicios de comunicación
de datos propios del mismo (GPRS, UMTS, etc.). Esta transmisión
también puede ser utilizada para asistir remotamente al individuo,
por ejemplo mediante comunicación verbal. También podría utilizarse,
en el caso de que el servidor estuviera cercano al sujeto, otros
medios de comunicación, como WiFi.
Las comunicaciones entre los medios de captura
de imágenes 1 (las cámaras), el medio de procesamiento de datos (el
dispositivo móvil 2) y los medios de estimulación táctil 3 se
realizan a través de cable y/o de tecnología inalámbrica (Bluetooth
u otras).
Las imágenes son tratadas por una aplicación de
tratamiento de imágenes, instalada en los medios de procesamiento de
datos (el dispositivo móvil 2), si bien en el caso de que las
imágenes sean enviadas al servidor remoto 8, llegarán al servidor
para que un asistente ya sea humano o automatizado pueda ayudar y
apoyar al usuario en el reconocimiento de las imágenes utilizando
tanto la voz del teléfono como manipulando las imágenes que se
envían al estimulador.
La aplicación de tratamiento de imágenes puede
reconocer bordes y contornos y es capaz de optimizar contrastes.
Este perfil funcional se consigue utilizando programas desarrollados
sobre teléfono móvil u otros dispositivos móviles.
La aplicación de tratamiento de imágenes realiza
las siguientes funciones:
- \bullet
- Procesamiento de las imágenes.
- \bullet
- Transmisión y recepción de imágenes y señal procesada.
- \bullet
- Proceso y envío de la señal de distancia al punto de autoenfoque a los medios de estimulación táctil 3.
\vskip1.000000\baselineskip
El procesamiento de la imagen dispone de varias
opciones configurables:
- \bullet
- Detección y resalte de bordes y contornos (algoritmos de Sobel).
- \bullet
- Gestión de comandos de la cámara (zoom, contraste, brillo).
- \bullet
- Cambio de la imagen a su negativo (cambio de blanco por negro).
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización preferida los medios de
estimulación táctil 3 es una matriz doble (dos estimuladores 3' y
3'') de estimulación táctil. Cada estimulador (3', 3'') consiste en
un dispositivo de 100 x 100 puntos de estimulación (aunque puede
adoptar otras resoluciones) que aplican presión sobre la piel con
una frecuencia alta para activar los diferentes receptores. Los
puntos de excitación se crean sobre una membrana 10 flexible sobre
la que interactúan 100x100 actuadores 11. Tal como se muestra en las
Figuras 5A y 5B, cada actuador 11, una vez activado, aplica una
fuerza F sobre un punto de estimulación 12 creado por el actuador en
la superficie de la membrana 10. La Figura 5C representa en detalle
la membrana 10 flexionada temporalmente en el punto de estimulación
12 por el actuador 11. Normalmente la anchura o diámetro D del punto
de estimulación 12 será como máximo 1,5 mm, mientras que la
protuberancia \DeltaH alcanzará como mínimo 0,05 mm para qué el
usuario pueda sentirlo.
Además de transmitir sensaciones táctiles por
presión ("pinchazo"), los medios de estimulación táctil 3
pueden hacerlo también por vibración. Para ello, se alimentan con
una señal en forma de tren de pulsos de frecuencia (frecuencia de
vibración) y duración (de pulso) determinadas.
Existen varios (normalmente mínimo tres) niveles
o intensidades de "pinchazo" para reproducir las imágenes en
varios niveles de grises (p. ej: un primer nivel de pinchazo en el
que la protuberancia \DeltaH alcanzada por el actuador 11 es de
0,05 mm, un segundo nivel donde \DeltaH es 0,1 mm, un tercer nivel
donde \DeltaH es 0.15 mm). Esta misma percepción puede conseguirse
modulando la frecuencia de vibración de los estimuladores o la
duración de los pulsos de la señal que los excita.
Por tanto, el estimulador permite varios niveles
o intensidades de actuación, asociados a varias tonalidades de color
(blanco, negro y escalas de gris), pudiendo conseguirse esta
sensación modulando la amplitud del desplazamiento del actuador, su
frecuencia de vibración o la duración de los pulsos de la señal que
lo alimenta.
Adicionalmente, la matriz de estimulación táctil
tiene una hilera de pines en un lateral que reflejan la distancia a
la que se encuentra lo que esté enfocando la cámara en ese momento.
Es una información táctil y es en el proceso de aprendizaje donde se
debe enseñar al sujeto a interpretar la sensación de distancia.
La tecnología desarrollada para accionar la
matriz de estimulación táctil se basa en dispositivos (drivers)
capaces de manejar matrices complejas sin que existan interferencias
entre puntos de estimulación 12 adyacentes.
Un resumen de las características técnicas de la
matriz de estimulación táctil, en una realización preferida, se
incluye a continuación en la Tabla 1:
\vskip1.000000\baselineskip
Los actuadores 11 del estimulador son
dispositivos que pueden estar basados en dos tecnologías
distintas:
- Elastómeros dieléctricos o iónicos: Se trata
de dispositivos micromecánicos fabricados con un tipo de polímero
electroactivo (elastómero dieléctrico o iónico), cuyos principios
básicos de funcionamiento se muestran en las Figura 6A, 6B y 6C. Su
comportamiento se basa en la respuesta electromecánica del
elastómero dieléctrico/iónico ante una excitación eléctrica aplicada
a unos electrodos 21 flexibles que se conectan en ambas capas
superior e inferior del actuador. Cuando se establece una diferencia
de tensión eléctrica en los electrodos 21 (Figura 6A) se genera un
campo eléctrico E y el polímero 20 se expande, recuperando su
posición de reposo (indicado el movimiento de recuperación según el
sentido de las flechas) al cesar el estímulo eléctrico (Figura 6B).
En la Figura 6C se muestra una relación entre el campo eléctrico E
generado entre los electrodos 21 y la presión P de expansión
producida en el polímero, siendo E_{max} el máximo campo eléctrico
antes del punto de ruptura o saturación del material dieléctrico.
Los electrodos 21 están fabricados con un conglomerado de partículas
de carbono o de plata sobre un substrato polimérico 20.
- Estimuladores neumáticos: el estimulador se
construye con una matriz de micromotores y microválvulas, tal como
se muestra en las Figura 7A y 7B. Para conseguir la matriz de
100x100 puntos se utilizan 100 conductos 30 (columnas) con 100
orificios 31 equidistantes entre sí, a modo de flautas. En un
extremo de cada conducto 30 se acopla una microválvula 32 que
inyecta aire. Horizontalmente (en la figura) se disponen 100 placas
33 (filas), cada una de ellas con 100 aberturas 34 y accionada por
un micromotor 35, que permite abrir o cerrar los orificios 31 de los
conductos 30. En la posición de reposo del micromotor 35 (cuando no
está activado), tal como se muestra en la Figura 7A, las aberturas
34 de las placas 33 no coinciden con los orificios 31 de los
conductos 30.
El esquema de funcionamiento es el siguiente: si
se desea que el aire fluya por el elemento de la matriz de
estimulación táctil que se encuentra en la primera fila y la primera
columna, en primer lugar se acciona la placa 33 de la primera fila
mediante el micromotor 35 en el sentido de la flecha, tal como se
muestra en la Figura 7B, con lo cual todas las aberturas 34 de la
placa 33 de la primera fila coincide con los orificios 31 de los
diferentes conductos 30 situados en la primera fila. Simultáneamente
se activa la microválvula 32 del conducto 30 de la primera columna
para insuflar aire que, al coincidir orifico 31 y abertura 34 de la
primera fila y columna, escapa por el elemento de la matriz elegido
(fila 1, columna 1). La sensación táctil perseguida se consigue
mediante la presión que ejerce sobre la piel la burbuja de aire
generada en el punto de estimulación correspondiente a ese elemento
de la matriz.
El sistema se puede realizar con elementos
discretos, tal como se ha contemplado para mayor claridad en esta
descripción, o utilizando tecnología de microdispositivos MEMS (para
la realización de las microválvulas y los micromotores) sobre un
soporte común de silicio.
Por supuesto para la realización de la matriz de
estimulación táctil se pueden elegir diferentes resoluciones (esto
es, diferentes números de filas y columnas), eso sí, en número
suficientemente elevado para obtener una resolución mínima necesaria
para que el usuario pueda percibir la imagen en detalle, dicha
resolución mínima normalmente dependiente de la escena a
representar.
Para que el proceso de habilitación neuronal
tenga éxito es muy importante tanto el protocolo de estimulación
como el protocolo de aprendizaje.
La primera clave de la habilitación neuronal
reside en el protocolo de refresco de la información táctil
(protocolo de estimulación). Un periodo de refresco entre 100 ms y
300 ms es capaz de conseguir la excitación neuronal necesaria para
establecer las conexiones cerebrales requeridas.
La segunda clave del proceso de habilitación
neuronal es el aprendizaje asociativo (protocolo de aprendizaje):
frecuencia, intensidad, duración, son factores que con patrones
estimulares sencillos y sincronizados temporalmente conducen al
éxito habilitativo neuronal.
El método de aprendizaje se lleva a cabo
preferentemente en sesiones de 30 minutos cada 8 horas, 3 veces al
día, 7 días a la semana. Cada sesión consta del aprendizaje de un
grupo de patrones estimulares, en las primeras sesiones sencillos y
en las últimas más complejos.
La dinámica del procedimiento utilizado es la
siguiente:
- \bullet
- Imágenes estáticas simples de nivel 1: signos y letras.
- \bullet
- Imágenes estáticas simples de nivel 2: palabras.
- \bullet
- Imágenes estáticas complejas de nivel 1: objeto aislado con fondo claro.
- \bullet
- Imágenes estáticas complejas de nivel 2: varios objetos con fondo claro y oscuro.
- \bullet
- Imágenes dinámicas complejas de nivel 3: escenas de la vida cotidiana.
Claims (21)
1. Sistema de visión táctil portable, que
comprende:
- medios de captura de imágenes (1);
- medios de procesamiento de datos encargados de
efectuar un procesamiento de las imágenes captadas por los medios de
captura de imágenes (1) para obtener unas señales procesadas; y
- medios de estimulación táctil (3) fijables al
cuerpo de un usuario (5), que comprenden al menos un estimulador
(3', 3'') cada uno comprendiendo a su vez una matriz de estimulación
táctil que dispone de nxm puntos de estimulación (12), estando
configurados dichos medios de estimulación táctil (3) para recibir
dichas señales procesadas y convertirlas en sensaciones táctiles
perceptibles por el usuario (5) y aplicarlas sobre su piel en los
puntos de estimulación (12) seleccionados de manera adecuada para
obtener un reconocimiento táctil de las imágenes captadas,
caracterizado porque los medios de estimulación táctil (3)
están configurados para proporcionar en los puntos de estimulación
(12) una estimulación táctil mecánica, y porque la resolución de la
matriz de estimulación táctil es tal que se cumple que
n\geq25 y m\geq25.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de visión táctil portable según
reivindicación 1, caracterizado porque
- los medios de captura de imágenes (1)
comprenden dos cámaras de vídeo;
- los medios de procesamiento de datos están
configurados para efectuar el procesamiento de las imágenes de cada
cámara de vídeo de manera independiente, obteniendo dos señales
procesadas diferentes;
- los medios de estimulación táctil (3)
comprenden dos estimuladores (3', 3''), fijables en lados diferentes
del cuerpo del usuario (5) y configurados para recibir cada uno las
señales procesadas provenientes de una cámara de vídeo
diferente.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Sistema de visión táctil portable según
reivindicación 2, caracterizado porque las dos cámaras de
vídeo (1) están soportadas cada una en un lado diferente de unas
gafas (4) portables por el usuario (5).
4. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los medios de estimulación táctil (3) están encargados de
aplicar la estimulación táctil en la parte inferior de la espalda
del usuario (5).
5. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende un dispositivo móvil (2) que dispone de una
aplicación de tratamiento de imágenes encargada de efectuar el
procesamiento de las imágenes captadas por los medios de captura de
imágenes (1) para obtener las señales procesadas.
6. Sistema de visión táctil portable según la
reivindicación 5, caracterizado porque el dispositivo móvil
(2) comprende al menos una cámara de vídeo configurada para efectuar
las funciones de los medios de captura de imágenes (1).
7. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones 5-6,
caracterizado porque el dispositivo móvil (2) está
configurado para, en caso de que el usuario lo requiera, enviar las
imágenes captadas a un servidor remoto (8) y éste, a su vez,
reenviar las imágenes procesadas remotamente al dispositivo
móvil.
8. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los medios de estimulación táctil (3) están configurados para
efectuar un refresco de la aplicación de las sensaciones táctiles
sobre la piel del usuario (5) según un período de refresco entre 100
ms y 300 ms.
9. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque los medios de captura de imágenes (1) disponen de autoenfoque
y medios de medición de distancia al punto de autoenfoque, estando
configurados dichos medios de captura de imágenes (1) para enviar a
los medios de procesamiento de datos, junto con las imágenes
captadas, la correspondiente distancia al punto de autoenfoque de
dichas imágenes; y porque los medios de estimulación táctil (3)
están adicionalmente configurados para recibir, junto con las
señales procesadas, la correspondiente distancia al punto de
autoenfoque y convertir dicha distancia en sensaciones táctiles
interpretables por el usuario (5) para obtener la correspondiente
distancia al punto de autoenfoque.
10. Sistema de visión táctil portable según la
reivindicación 9, caracterizado porque el menos un
estimulador (3', 3'') está configurado para aplicar las sensaciones
táctiles correspondientes a la distancia al punto de autoenfoque en
una hilera de puntos de estimulación (12) situada en uno de los
extremos de la matriz de estimulación táctil.
\newpage
11. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones 1-10,
caracterizado porque los medios de estimulación táctil (3)
están configurados para efectuar una estimulación táctil mecánica
por presión.
12. Sistema de visión táctil portable según la
reivindicación anterior, caracterizado porque comprende en
cada punto de estimulación (12) un elastómero dieléctrico o iónico
para efectuar la estimulación táctil mecánica por presión.
13. Sistema de visión táctil portable según la
reivindicación 11, caracterizado porque comprende medios de
inyección de aire a presión configurados para efectuar la
estimulación táctil mecánica por presión.
14. Sistema de visión táctil portable según la
reivindicación 13, caracterizado porque el al menos un
estimulador (3', 3'') comprende, para efectuar la estimulación
táctil por inyección de aire a presión:
- una pluralidad de conductos (30), en número
n ó m en función de si están asociados a las n
filas o a las m columnas de la matriz de estimulación
táctil;
- una pluralidad de placas (33), en número
m en caso de que haya n conductos (30) o en número
n en caso de que haya m conductos (30), asociados en
cada caso a las m columnas o a las n filas de la
matriz de estimulación táctil;
- una pluralidad de orificios (31), tantos como
placas (33), en cada conducto (30);
- una pluralidad de aberturas (34), tantas como
conductos (30), en cada placa (33);
- una microválvula (32) acoplada a cada conducto
(30) y configurada para inyectar aire cuando se produce su
activación; y
- un micromotor (35) por cada placa (33), cada
micromotor (35) configurado para, cuando se produce su activación,
accionar la correspondiente placa (33) para hacer coincidir las
aberturas (34) de dicha placa (33) con los orificios (31) de los
diferentes conductos (30);
estando el al menos un estimulador (3', 3'')
configurado para, en caso de tener que efectuar una estimulación
táctil mecánica en un punto de estimulación (i, j), correspondiente
a la fila i y la columna j, activar la correspondiente microválvula
(32) y el correspondiente micromotor (35) para inyectar aire sobre
la piel del usuario (5) en dicho punto de estimulación (i, j).
\vskip1.000000\baselineskip
15. Sistema de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el al menos un estimulador (3', 3'') dispone, para cada punto
de estimulación (12), de más de dos niveles de estimulación táctil
mecánica, cada nivel asociado a una intensidad y/o tonalidad de
color diferente.
16. Sistema de visión táctil portable según la
reivindicación anterior, caracterizado porque cada nivel de
estimulación se obtiene según al menos una cualquiera de las
siguientes formas:
- en función de la amplitud de la presión
ejercida en el punto de estimulación (12);
- en función de la frecuencia de vibración
ejercida por un actuador en el punto de estimulación (12);
- en función de la duración de los pulsos de la
señal de excitación de un actuador en el punto de estimulación
(12).
\vskip1.000000\baselineskip
17. Dispositivo de estimulación táctil portable
para sistemas de visión táctil, siendo dicho dispositivo de
estimulación táctil (3) fijable al cuerpo de un usuario (5) y
comprendiendo al menos un estimulador (3', 3''), cada uno
comprendiendo a su vez una matriz de estimulación táctil que dispone
de nxm puntos de estimulación (12), estando configurados
dicho dispositivo de estimulación táctil (3) para recibir unas
señales procesadas a partir de unas imágenes captadas por unos
medios de captura de imágenes (1) y convertirlas en sensaciones
táctiles perceptibles por el usuario (5) y aplicarlas sobre su piel
en los puntos de estimulación (12) seleccionados de manera adecuada
para obtener un reconocimiento táctil de las imágenes captadas,
caracterizado porque dicho dispositivo de estimulación táctil
(3) está configurado para proporcionar en los puntos de estimulación
(12) una estimulación táctil mecánica, y porque la resolución de la
matriz de estimulación táctil es tal que se cumple que
n\geq50 y m\geq50.
18. Dispositivo de visión táctil portable según
la reivindicación 17, caracterizado porque está configurado
para efectuar un refresco de la aplicación de las sensaciones
táctiles sobre la piel del usuario (5) según un período de refresco
entre 100 ms y 300 ms.
19. Dispositivo de estimulación táctil portable
según cualquiera de las reivindicaciones 17-18,
caracterizado porque comprende medios de inyección de aire a
presión configurados para efectuar la estimulación táctil mecánica
por presión, comprendiendo el al menos un estimulador (3', 3''),
para efectuar la estimulación táctil por inyección de aire a
presión:
- una pluralidad de conductos (30), en número
n ó m en función de si están asociados a las n
filas o a las m columnas de la matriz de estimulación
táctil;
- una pluralidad de placas (33), en número
m en caso de que haya n conductos (30) o en número
n en caso de que haya m conductos (30), asociados en
cada caso a las m columnas o a las n filas de la
matriz de estimulación táctil;
- una pluralidad de orificios (31), tantos como
placas (33), en cada conducto (30);
- una pluralidad de aberturas (34), tantas como
conductos (30), en cada placa (33);
- una microválvula (32) acoplada a cada conducto
(30) y configurada para inyectar aire cuando se produce su
activación; y
- un micromotor (35) por cada placa (33), cada
micromotor (35) configurado para, cuando se produce su activación,
accionar la correspondiente placa (33) para hacer coincidir las
aberturas (34) de dicha placa (33) con los orificios (31) de los
diferentes conductos (30);
estando el al menos un estimulador (3', 3'')
configurado para, en caso de tener que efectuar una estimulación
táctil mecánica en un punto de estimulación (i, j), correspondiente
a la fila i y la columna j, activar la correspondiente microválvula
(32) y el correspondiente micromotor (35) para inyectar aire sobre
la piel del usuario (5) en dicho punto de estimulación (i, j).
\vskip1.000000\baselineskip
20. Dispositivo de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones 17-19,
caracterizado porque el al menos un estimulador (3', 3'')
dispone, para cada punto de estimulación (12), de más de dos niveles
de estimulación táctil mecánica, cada nivel asociado a una
intensidad y/o tonalidad de color diferente.
21. Dispositivo de visión táctil portable según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el al menos un estimulador (3', 3'') es fijable en el abdomen
o parte lumbar del usuario (5) mediante un anclaje o fijación en el
abdomen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200900991A ES2353781B1 (es) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | Sistema de visión táctil portable. |
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WO2019030418A1 (es) | 2017-08-08 | 2019-02-14 | Visión Tactil Portable, S. L. | Dispositivo de excitación táctil basado en elastómeros dieléctricos y procedimiento de fabricación del mismo |
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- 2009-04-15 ES ES200900991A patent/ES2353781B1/es not_active Expired - Fee Related
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ES2353781B1 (es) | 2012-01-11 |
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