ES2353781A1 - Sistema de visión táctil portable. - Google Patents

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ES2353781A1 ES200900991A ES200900991A ES2353781A1 ES 2353781 A1 ES2353781 A1 ES 2353781A1 ES 200900991 A ES200900991 A ES 200900991A ES 200900991 A ES200900991 A ES 200900991A ES 2353781 A1 ES2353781 A1 ES 2353781A1
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    • G09B21/00Teaching, or communicating with, the blind, deaf or mute
    • G09B21/001Teaching or communicating with blind persons
    • G09B21/003Teaching 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.
Campo de la invención
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.
Antecedentes de la invención
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.
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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.
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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:
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1. Reconocimiento espacial a través del oído
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.
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2. Reconocimiento de letras por estimulación del dedo índice
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.
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3. Pantalla gráfica Braille
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.
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4. Electrodos en la lengua
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.
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5. Implante quirúrgico de electrodos en el cerebro
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.
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6. Electroestimulación en la frente: FSRS
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.
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7. Implante quirúrgico de electrodos en la piel
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
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8. Electroestimulación en el torso
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.
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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.
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Descripción de la invención
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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Breve descripción de los dibujos
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
Descripción de una realización preferida de la invención
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.
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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).
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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:
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TABLA 1 Especificaciones del estimulador
1
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.
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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.
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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).
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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).
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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).
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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.
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