Appendix C Information Sheet

De acuerdo a lo mencionado anteriormente, los elementos alternativos de ayu- da a la movilidad son representados principalmente por los veh´ıculos aut´onomos y las sillas de ruedas. Las sillas de ruedas quiz´a sean los dispositivos de ayuda a la movilidad m´as usados y desarrollados en los ´ultimos a˜nos.

Existen diversos tipo de sillas de ruedas. Las tradicionales son las de tracci´on manual, como muestra la figura 1.1. Se diferencian entre s´ı de acuerdo con las exigencias personales, el tipo de aplicaci´on espec´ıfica (como las deportivas) o por el volumen que ocupan.

No obstante, las sillas de ruedas con tracci´on el´ectrica comandadas porjoys- ticks son, en la actualidad, bastante comunes, y quiz´as sean las que presentan mayor diversidad en su dise˜no. Existen sillas de diversos tama˜nos, capaces de

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Figura 1.1: Sillas de ruedas convencionales con tracci´on manual.

moverse con distintas velocidades y por distintos terrenos, incluso hay sillas de ba˜nos y otras con la capacidad de poner el usuario en posici´on de bipedestaci´on y capaces de subir y bajar escaleras (figura 1.2).

Figura 1.2: Sillas de ruedas con tracci´on el´ectrica.

Del mismo modo, los dispositivos ARW (Autonomous Robotic Wheelchairs) son los m´as significativos de los dispositivos alternativos rob´oticos de ayuda a la movilidad.

Debido a la gran similitud con los robots m´oviles, gran parte de los conceptos y tecnolog´ıa de navegaci´on y control desarrollados para estos pueden ser empleados de manera casi directa a estos dispositivos de apoyo.

Sin embargo, las personas que necesitan sillas de ruedas pueden encontrarse en fases avanzadas de una enfermedad con deterioro importante de las funciones neuromotoras afectando incluso a las extremidades superiores. As´ı, el gran aporte cient´ıfico de los ´ultimos a˜nos se encuentra en el desarrollo y la validaci´on de maneras alternativas de comandar el dispositivo de un modo natural.

De esta manera, hay diversos grupos de investigaci´on dedicados a desarrollar nuevas interfaces de interacci´on persona-robot para permitir o facilitar el guiado de estos dispositivos por personas que tienen la actividad motora muy reducida. La figura 1.3 muestra el caso de una silla de ruedas comandada por se˜nales de la actividad el´ectrica cerebral del usuario (se˜nales electroencefalogr´aficas).

As´ı, la utilizaci´on de se˜nales bioel´ectricas, en particular para el guiado de sillas de ruedas avanzadas, es un tema de gran inter´es en el campo de los ARW.

Figura 1.3: Silla de ruedas controlada por la actividad el´ectrica cerebral del usua- rio.

En elDepartment of Mechanical Systems and Intelligent Systemsde laUniversity of Electro-Communications (Tokio, Jap´on) se ha desarrollado una silla de ruedas totalmente comandada por se˜nales electroencefalogr´aficas, [8].

De la misma forma, el Grupo de Rob´otica de Rehabilitaci´on del Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica de la Universidad Federal de Esp´ırito Santo (UFES)- Bra- sil tiene actualmente trabajos publicados relacionados con el estudio de se˜nales electromiogr´aficas (EMG) y electroencefalogr´aficas (EEG) en el guiado de robots m´oviles, [9], y de sillas de ruedas aut´onomas, [10].

Robert Leeb, del Laboratory of Brain-Computer Interfaces del Institute for Knowledge Discovery, Graz University of Technology, presenta un estudio que demuestra la posibilidad de control de sillas de ruedas (en un ambiente virtual) a trav´es del procesamiento de se˜nales de EEG de usuarios tetrapl´ejicos, [11].

Adem´as, en lo que se refiere al procesamiento de se˜nales de EEG para el desarrollo de interfaces cerebro-ordenador (BCI), cabe resaltar los grupos de J. Mill´an (Suiza), [12], y J. R. Wolpaw (Austria), [13], que est´an entre los que han logrado los resultados m´as importantes, aunque todav´ıa no haya una soluci´on universal y definitiva para el problema de los BCI.

En lo que se refiere a las estrategias de control de ARWs, un dispositivo importante es el TRETRANAUTA, una silla de ruedas dise˜nada para minimizar el esfuerzo de comando de los usuarios con deficiencias severas al guiar sillas de ruedas en entornos conocidos y previamente preparados, [14]. El dispositivo tiene tres modos de operaci´on: (i) autom´atico, en el cual el dispositivo sigue trayectorias predefinidas marcadas en el suelo, (ii) semiautom´atico, en el cual el dispositivo sigue una trayectoria predeterminada, pero permite al usuario interferir en el guiado, y (iii) manual, en el cual el dispositivo es controlado manualmente como una silla de ruedas convencional. Para evitar obst´aculos durante la navegaci´on, el sistema cuenta con sensores infrarrojos.

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En un contexto un poco distinto, el dispositivo CALL Centre Smart Wheel- chair es una silla de ruedas comercial adaptada para ni˜nos con deficiencias severas y m´ultiples que no son capaces de guiar sillas de ruedas convencionales, [15]. Se trata de un dispositivo que permite al ni˜no la capacidad de comunicarse, explorar el entorno, jugar y de cierto modo adquirir un grado de movilidad independiente. El dispositivo est´a dotado de distintos modos de comando (pulsadores, selectores de barrido, un joystick proporcional, ...) y sensores de colisi´on para garantizar la seguridad del usuario. Adem´as tiene la funcionalidad de seguir marcas en el suelo para moverse de una habitaci´on a otra en un entorno estructurado.

En la figura 1.4 se presentan algunos dispositivos ARWs anteriormente men- cionados.

(i) (ii) (iii)

Figura 1.4: Sillas de ruedas avanzadas: (i) University of Electro-Communications (Tokio, Jap´on), (ii) Universidad Federal de Esp´ırito Santo (Brasil), (iii) CALL Centre Smart Wheelchair (Londres, Reino Unido).

Finalmente, un sistema interesante desde el punto de vista de la diversidad de los canales de comunicaci´on hombre-m´aquina para el guiado de sillas de ruedas es el Proyecto SIAMO, un ARW desarrollado en el Departamento de Electr´onica de la Universidad de Alcal´a (figura 1.5). Por esta raz´on se dedica en este trabajo un breve an´alisis de este sistema.

Se trata de un sistema basado en una silla de ruedas dotado de un subsistema completo de sensores (ultrasonidos, infrarrojos, visi´on, etc), estrategias avanzadas de control y navegaci´on y un conjunto interfaz multimodal hombre-m´aquina con- trolado por se˜nales de diversas naturalezas, [16]. Adem´as, del tradicionaljoystick, el usuario puede comandar el sistema por:

Soplo. Un sensor de flujo de aire diferencial es utilizado para detectar la fuerza y la direcci´on del soplo del usuario, de manera que se pueda crear un lenguaje de comunicaci´on de acuerdo con la manera que el mismo realiza la expulsi´on de aire. Estos comandos codificados son, entonces, utilizados para guiar el dispositivo.

Reconocimiento de voz. En el caso del reconocimiento de voz, nueve co- mandos b´asicos fueron definidos para guiar el dispositivo. Estos comandos

son grabados previamente por el usuario y almacenados en una tarjeta de memoria personal que debe ser introducida al sistema en el momento en que el usuario desee utilizarlo.

Movimientos de cabeza. Una c´amara instalada delante de la silla de ruedas y orientada hacia la cara del usuario capta los gestos realizados por el mismo. De modo similar a los comandos por soplo, una serie de c´odigos de comunicaci´on son establecidos de acuerdo con los movimientos de cabeza realizados por el usuario para guiar la silla de ruedas.

Electrooculograf´ıa. La electrooculograf´ıa es un m´etodo que puede detectar los movimientos oculares, y se basa en el registro de la diferencia de po- tencial existente entre la c´ornea y la retina (potencial corneo-retiniano). Dichas se˜nales, convenientemente capturadas y procesadas, permiten cono- cer con razonable exactitud la direcci´on de la mirada de la persona, y as´ı son utilizadas como informaci´on para el guiado de la silla de ruedas, [17]. Electroencefalograf´ıa. M´as recientemente, las se˜nales de electroencefalo- graf´ıa se han utilizado para guiar la silla del Proyecto SIAMO. Se trata de establecer un lenguaje basado en estados mentales del usuario que de- ben ser reconocidos por el sistema y, de esta manera, ser utilizados para guiar el dispositivo.

Figura 1.5: Proyecto SIAMO de la Universidad de Alcal´a, Espa˜na.

Alternativamente a las sillas de ruedas ARW, existen ciertos veh´ıculos aut´ono- mos dedicados al aumento de la movilidad y al desarrollo de capacidades cogni- tivas. El Proyecto PALMA, [18], y su sucesor PALMIBER (ver figura 1.6), [19], ambos desarrollados por el Grupo de Bioingenier´ıa del Instituto de Autom´ati- ca Industrial (CSIC) en colaboraci´on con entidades extranjeras, son ejemplos de

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dispositivos de este tipo. El segundo dispositivo, actualmente en fase preindus- trial, propone la utilizaci´on de sensores inerciales adaptados en un casco para identificar movimientos voluntarios en ni˜nos con par´alisis cerebral.

Figura 1.6: Proyecto Palmiber del Grupo de Bioingenier´ıa del IAI - CSIC, Espa˜na. Desarrollado para personas con lesiones medulares altas con imposibilidad de bipedestaci´on y movilidad, el prototipo desarrollado en el Proyecto Lazarim en el IAI-CSIC propone una soluci´on complementaria a las sillas de ruedas, [20]. Este dispositivo de ayuda est´a dotado de un sistema activo de elevaci´on con el cual los usuarios son capaces de ponerse en posici´on de pie con poca o ninguna ayuda externa utilizando un arn´es. Una vez en bipedestaci´on, el individuo puede moverse por un entorno utilizando un joystick similar al usado en las sillas de ruedas. Una versi´on comercial del dispositivo es actualmente comercializado por la empresa ORTOTECSA S.A (figura 1.7).