Test con usuarios finales en el desarrollo de la interfaz de una silla de ruedas robotizada para niños y niñas con discapacidad cognitiva

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1 Test con usuarios finales en el desarrollo de la interfaz de una silla de ruedas robotizada para niños y niñas con discapacidad cognitiva Marta Díaz GREC- 4all-L@b/CETpD Universitat Politècnica de Catalunya marta.diaz@ upc.es Javier Mínguez I3A, Universidad de Zaragoza jminguez@unizar.es Monica Solana 4all-L@b/CETpD Universitat Politècnica de Catalunya monica. Luis Montesano ISR Universidad Técnica de Lisboa César Canalis C. de Educación Especial Alborada Zarazagoza ccanalis@gmail.com Resumen En este artículo se describe el trabajo de campo realizado en el desarrollo de la interfaz de control de una silla de ruedas eléctrica robotizada, pensada para niños y niñas a partir de aquí usaremos el genérico niños- con discapacidad cognitiva. La interfaz de usuario es un elemento esencial del proceso de desarrollo del sistema de ayuda al desplazamiento que entre otros retos supone desarrollar la plataforma de la silla de ruedas, el sistema de navegación autónoma, y de instrumentos adicionales para el aprendizaje de su uso. La descripción se centra en las pruebas de la interfaz de control, en la experiencia de usuario y en las lecciones aprendidas para el desarrollo de interfaces adaptadas en aplicaciones de ayuda al desplazamiento autónomo para personas con necesidades especiales. 1. Introducción En nuestra sociedad actual hay un creciente número de personas con limitaciones en sus capacidades motoras debido a enfermedades degenerativas o a otras patologías, a accidentes o al envejecimiento. En algunos casos estas discapacidades están asociadas a algún tipo de discapacidad cognitiva. Por ejemplo, la isquemia cerebral puede conducir a una alteración o parálisis neuromuscular, dependiendo de la zona del cerebro afectada. Se considera que las sillas de ruedas eléctricas son una excelente ayuda para la movilidad de las personas mayores y personas con discapacidad motora, teniendo un importante impacto positivo en la posibilidad real de participación social de sus usuarios. El grado de integración social puede ser aumentado por un desplazamiento eficaz y autónomo en diversos entornos, gracias a la silla de ruedas eléctrica, lo que puede suponer un aumento de la independencia y sentimiento de propia capacidad del usuario [1]. Las sillas de ruedas robotizadas son un tipo de vehículo especialmente indicado para personas con discapacidad motora severa, aumentando su autonomía y movilidad [2, 3, 4], con capacidad de adaptarse a las características actuales de los usuarios, e incluso guiarlos en su proceso de aprendizaje y de rehabilitación [2, 5, 6]. Sin entrar en los complejos e innovadores aspectos técnicos del desarrollo del vehículo [7, 8], en el presente trabajo nos centraremos en las primeras valoraciones de la interfaz de usuario a partir de las pruebas en entornos reales con usuarios de la población objetivo, en este caso con niños con parálisis cerebral (proyectos ADA DPI C02-01 y EVA DPI C02-02). 2. La interfaz de usuario La interfaz de usuario de la silla se basa en la representación por pantalla de una proyección perspectiva de una escena 3D con centro de proyección coincidente con la visual del observador. Sobre esta representación en la pantalla, los niños seleccionan o bien el destino - posición donde quieren desplazarse- o bien un movimiento de la silla a la derecha o a la izquierda (Figura 1b). En las diversas versiones de la interfaz se han desarrollado dos estilos de conducción que se adaptan al grado de autonomía del usuario:

2 conducción orientada a la meta y conducción por control continuo. En la prueba que se refiere en este trabajo se utilizó la modalidad orientada a la meta, en el que el usuario selecciona la posición final del vehículo en el espacio tocando un punto sobre la representación en la pantalla y tocando el semáforo verde, como orden de inicio del movimiento. El sistema del movimiento autónomo conduce el vehículo hasta que i) se alcanza la meta, o ii) el usuario detiene el vehículo o iii) substituye la posición final con una nueva selección de destino final. La ventaja de esta estrategia es que una vez que se coloca la meta, el vehículo tiene el control completo de la trayectoria, asegurando movimiento libre de colisiones hasta el destino y el usuario toma un papel de supervisión del desplazamiento, liberándosele del esfuerzo de control continuado del movimiento [4]. (a) (b) interfaz muestra los obstáculos, la zona donde se pueden colocar las posiciones finales y los botones para rotar, para encender y para parar el vehículo. 3. Tests con usuarios de la población objetivo En el trabajo de campo contamos con la colaboración del centro público para niños con necesidades especiales Alborada, de Zaragoza. Los educadores de la escuela seleccionaron a cinco niños para participar en esta experiencia. Las capacidades cognitivas de los niños varían desde el niño 1, que son capacidades similares a un niño de 10 años no discapacitado, hasta el niño 5, que tiene problemas cognitivos severos. Todos los niños utilizan sillas de ruedas no eléctricas estándares en su vida diaria. Algunos de ellos son capaces de manejarla de forma semiautónoma y otros necesitan ayuda constante. Dos de los niños habían participado en una prueba de la silla con una interfaz por voz con anterioridad (ver tabla 1). Las pruebas se realizaron durante una semana en la escuela, en donde los niños utilizaron el vehículo durante las mañanas. Antes de la prueba de conducción de la silla de ruedas, los niños 2, 3 y 4 realizaron un periodo de entrenamiento de la interfaz en la sala de informática de la escuela, en forma de juego interactivo, que incluye los mismos elementos de representación espacial y la misma modalidad de interacción que la interfaz de control de la silla de ruedas. Los juegos utilizan música y personajes de dibujos animados conocidos para mantener la atención de los niños y para reforzar el procedimiento de aprendizaje. El niño 1 aprendió cómo utilizar la interfaz para conducir la silla de ruedas directamente en la sesión de conducción, con la ayuda del educador (Tabla 1). Por su parte el niño 5 sólo realizó la sesión de entrenamiento, en la que no llegó a una interacción eficiente con la interfaz del juego, y se descartó su pase a la prueba de conducción. Durante los primeros días, realizaron circuitos pre-establecidos para comparar los resultados entre ellos. El último día, atendiendo la solicitud de los niños hubo una sesión de conducción libre por el centro. Todos los ensayos fueron realizados durante las horas lectivas y durante la actividad habitual. Figura 1. (a) Niño 3 conduciendo el vehículo usando la interfaz táctil en un pasillo de la escuela. (b) La

3 3.1. El funcionamiento de la silla Interfaz de voz Interfaz táctil Entreno Conducción Entreno Conducción (juego) (en la univers.) (juego) (en la escuela) Niño X Niño 2 X X X X Niño X X Niño 4 X X X X Niño X - Tabla 1: Participante, situación de prueba y tipo de intefaz de usuario en el trabajo de campo. Desde el punto de vista del movimiento, el funcionamiento del sistema de navegación fue muy bueno durante toda la experiencia. En total, el sistema de navegación realizó 465 misiones. Los ensayos se realizaron en entornos no preparados donde había muchas situaciones con poco espacio para maniobrar como, por ejemplo, puertas o pasos estrechos entre los muebles o la gente. También, los entornos eran muy dinámicos. Pese al buen funcionamiento del sistema, ocurrieron un total de 10 colisiones lo que hace un total de colisiones por misión. De estas colisiones, 6 correspondieron un funcionamiento incorrecto del sistema, 2 a situaciones que requirieron muchas maniobras que eran difíciles de alcanzar debido al patinaje de las ruedas, y 2 a colisiones con los obstáculos no detectados por el láser 3.2. Usabilidad de la interfaz En estas pruebas preliminares hemos identificado dos tipos de problemas en la interacción con la interfaz que consideramos especialmente relevantes: los relacionados con utilizando la terminología de Nielsen- la visibilidad del estado del sistema y con el ajuste al mundo real [9]. En cuanto a la visibilidad consideramos como hipótesis, que la demora entre la orden y el inicio del movimiento de la silla de ruedas representa un obstáculo para la construcción por parte de los niños de una clara relación entre los accionamientos y los efectos sobre el sistema. Esta demora en la respuesta del sistema físico puede ser compensada proporcionando retroalimentación inmediata y clara después de cada acción de control, como por ejemplo un mensaje de voz o una señal visual que indique claramente al usuario que la orden ha sido comprendida y el sistema está elaborando una respuesta. En este sentido la consistencia la misma acción provoca siempre el mismo efecto en un lapso de tiempo razonable- se convierte en una condición clave para construir un modelo mental de la dinámica del sistema y de la manera de manejarlo [10, 11]. En relación al ajuste entre sistema y mundo real hemos encontrado dos tipos de problemas la representación espacial y el diálogo. En cuanto a la representación espacial presentada en la pantalla no es suficientemente intuitiva y está basada en convenciones no siempre familiares para los usuarios. Por otro lado, el sistema actual de actualización de la presentación grafica provoca una representación inestable de elementos espaciales como las paredes del pasillo y una presentación retardada de los obstáculos móviles. Para solucionar estos problemas y disminuir el grado de exigencia cognitiva especialmente en habilidades de abstracción y en el uso de convenciones de la representación en 3D-, estamos explorando la introducción de representaciones más realistas del entorno, utilizando grabaciones en video. En cuanto al diálogo, hemos detectado algunas dificultades en el uso de una orden de confirmación tocar el semáforo verde en la pantalla táctil-, una vez seleccionado el destino o la dirección y para que la silla comience el recorrido. Esta orden no se corresponde exactamente a las convenciones del lenguaje natural, pero si a las de cualquier diálogo mediado por ordenador (video juegos, navegación por internet, uso de aplicaciones). Tras las pruebas consideramos que se trata de una acción orientada al sistema, no familiar para todos los niños y niñas, y difícil de recordar, y con efectos importantes sobre el desarrollo de la tarea la silla no reconoce la orden si no se ejecuta la orden de confirmación-. Sin embargo, es una función que puede ser aprendida en el entorno de juego, y que incluso puede ser interesante que los niños la

4 aprendan para su posterior aplicación transferencia positiva- a otros contextos de uso donde también es necesario su manejo. Otra variable interesante es el tiempo en que la silla ha estado parada. Como hipótesis de trabajo podemos pensar que ese tiempo de silla parada podría corresponder a los momentos en que los niños están decidiendo qué hacer a continuación o bien están esperando que el sistema responda o intentando recabar más información para comprender el sistema y su dinámica antes del siguiente accionamiento. En ese caso, presumiblemente, esos momentos de no movimiento disminuirían con el aprendizaje y con una mejor comprensión del sistema y su dinámica. Estas hipótesis requieren estudios previos para su contrastación, y medidas complementarias como por ejemplo protocolos de pensamiento en voz alta. 4. Conclusiones Hemos presentado en este artículo los requerimientos principales necesarios para construir y adaptar una silla de ruedas robótica autónoma para niños con problemas cognitivos, centrándonos en el diseño de la interfaz de control. Hemos descrito brevemente la silla de ruedas, el trabajo desplegado hasta que los niños condujeron el vehículo, y la prueba con los usuarios en ambientes reales, para una evaluación simultánea del comportamiento del sistema a partir de las trayectorias realizadas, y de la calidad de la interacción con la interfaz. Con estos resultados preliminares queremos avanzar (i) en el desarrollo de la interfaz de control de la silla, (ii) en el análisis de requerimientos para tecnologías de ayuda destinadas a niños y niñas con necesidades especiales y (iii) en la construcción de un modelo específico de evaluación de usabilidad de interfaces en sistemas de ayuda a la vida independiente. A pesar del pequeño número de participantes, los ensayos nos dieron mucha información útil. En la valoración de la usabilidad, se considera que el 80% de los problemas de usabilidad se pueden identificar con entre 3 y 5 participantes. Aunque la heterogeneidad de la población diana probablemente hace necesario un número superior de participantes, un número relativamente pequeño de participantes representativos puede generar resultados valiosos para el desarrollo de las interfaces [5]. Referencias [1] S. D. Algood, R A. Cooper, S. G. Fitzgerald, R. Cooper and M. L. Boninger: Effect of a pushrim-activated power-assist wheelchair on the functional capabilities of persons with tetraplegia. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation Volume 86, Issue 3, Pages (March 2005) [2] J. Abascal, D. Cagigas Muñiz, N. Garay, L. Gardeazabal: Mobile Interface for a Smart Wheelchair. Lecture Notes in Computer Science. Vol Pag [3] H. A. Yanco. Integrating robotic research: A survey of robotic wheelchair development. In AAAI Spring Symposium of Integrating [4] A. Civit, F. Diaz del Rio, S. Vicente, D. Cagigas, C. Amaya Tetranauta: a Intelligent Wheelchair for Users With Very Severe Mobility Restrictions. Proc. of the IEEE International Conference on Control Applications. IEEE International Conference on Control Applications. Glasgow, Scotland. IEEE Press Pag [5] P. Nisbet: Who's intelligent? Wheelchair, driver or both? 2002 IEEE International Conference on Control Applications, Glasgow, September 2002 [6] S. Vicente, C. Amaya, F. Diaz del Rio, A. Civit, D. Cagigas: TetraNauta: A intelligent wheelchair for users with very severe mobility restrictions. IEEE Conference on Control Applications - Proceedings. The 2002 IEEE International Conference on Control Applications; Glasgow, United Kingdom; Sept pp [7] J. Minguez and L. Montano. Nearness Diagram (ND) Navigation: Collision Avoidance in Troublesome Scenarios. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 20(1):45 59, [8] L. Montesano, J. Minguez, and L. Montano. Lessons learned in integration for sensor-

5 based robot navigation systems. International Journal of Advanced Robotic Systems, 3(1):85 91, [9] J. Nielsen: Usability Engineering. San Diego, Academic Press, 1993 Assisting handicapped people. IEEE Robotics and Automation Magazine, pages 57 65, March [10] J.Falgueras, A Guevara: Evaluación realista de la usabilidad en la ingeniería de la interfaz persona ordenador Número: 16 Páginas: [11] J.J. Cañas, A. Antoli; P. Barquier, A. Castillo, I. Fajardo, P. Gamez, L Salmeron: Representación mental de los conceptos, objetos y personas implicados en una tarea realizada en una interfaz. Revista iberoamericana de inteligencia artificial Número: 16 Páginas: