Personas con discapacidad de la voz y el habla podrán comunicarse gracias al dispositivo desarrollado por docentes del Grupo de investigación SPIN de la UC, en alianza con la empresa Kuspyde Ingeniería SAS y cofinanciado por Colciencias.
La imposibilidad de comunicarse e interactuar con su entorno es una de las circunstancias más difíciles que deben afrontar diariamente personas de todas las edades con discapacidad del habla y la voz, cuyos familiares y cuidadores, en muchos casos, no dominan la lengua de señas.
Esta condición puede estar asociada a diagnósticos como la hipoacusia, a trastornos que afectan el sistema nervioso y los músculos como el mal de Parkinson, el mal de Alzheimer y la esclerosis múltiple, o a condiciones causadas por traumatismos craneales, cerebrales o de la médula espinal como la cuadriplejia.
En Colombia, según cifras del DANE y el Ministerio de Educación Nacional, en 2010, cerca de tres millones de personas presentaban al menos un tipo de discapacidad; el 4 % de la población tenía discapacidad del habla y la voz combinada con otras discapacidades, y cerca del 2 %, el equivalente a 45.390 personas, vivía con discapacidad del habla y la voz únicamente.
Pensando en una solución que les permitiera a estas personas comunicarse no solo con su entorno inmediato, sino con interlocutores en diferentes contextos, los docentes e investigadores del Dpto. de Ingeniería Electrónica, Nubia Esperanza Aguilar y Juan Sebastián Rubiano, decidieron iniciar un proyecto para la creación de un sistema que les permita la comunicación verbal a quienes no pueden ejecutarla de manera natural.
Su idea fue desarrollar un dispositivo capaz de captar las señales eléctricas producidas por uno o varios músculos del cuerpo, codificar sus patrones de movimiento y convertirlas en una voz capaz de pronunciar por el usuario palabras y frases en diversos contextos.
Para lograrlo, los docentes unicentralistas, iniciaron el camino para convertir el resultado de sus investigaciones en lo que hoy es el prototipo funcional de un sistema de comunicación alternativa capaz de producir voz, a partir de las señales que genera uno o un grupo de músculos.
Hoy, al pensar en el sistema HABLO, no más grande que un teléfono celular, los docentes recuerdan cómo debieron trascender una larga etapa de trabajo académico para iniciar la fase de desarrollo de ingeniería, luego de haber postulado el proyecto en 2010 a la convocatoria 502 de Colciencias para conformar un banco de programas estratégicos y Proyectos de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación, en la modalidad de cofinanciación.
Fue un trabajo arduo. "No nos dedicamos solamente al papel de investigadores, sentados en sus oficinas realizando procesos de investigación, sino que tuvimos que encargarnos de una buena parte de la gestión para la ejecución del proyecto y estar al frente de varios procesos académico-administrativos que no se tenían en ese momento implementados en la UC", asegura Rubiano.
En este proceso el docente destaca el apoyo del Centro de Investigación de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Básicas (CIFI), en cabeza del Ing. Adolfo Naranjo, como también el apoyo del hoy vicerrector académico, Ing. Oscar Leonardo Herrera —decano de esa Facultad entre 2014 y 2017—, del Ing. Juan Manuel Chaparro, director del Dpto. de Ingeniería Electrónica, y de diversas áreas de la Universidad, así como de entidades externas.
Desarrollo, ingeniería y trabajo en equipo
La naturaleza interdisciplinaria del proyecto HABLO, registrado con la patente de invención n.° NC2017/0006787 ante la Superintendencia de Industria y Comercio (SIC), integra un diseño portable, flexible y escalable en términos tecnológicos, que exigió la participación de profesionales de la salud (fonoaudiólogos), diseñadores, publicistas, mercadólogos y administradores, al lado de los ingenieros que trabajaron en el desarrollo de hardware y software.
El proyecto también contó con la participación de estudiantes, quienes participaron como pasantes y enriquecieron su formación en procesos de investigación y desarrollo tecnológico, al tiempo que tuvieron la oportunidad de trabajar al lado de los inventores y el equipo desarrollador de HABLO y, en algunos casos, de desarrollar sus trabajos de grado en el marco del proyecto.
Luego de identificar una empresa que se adaptara a las necesidades del proyecto y contara con las capacidades para apoyar la fase de desarrollo de ingeniería del dispositivo, los investigadores eligieron a Kuspyde Ingeniería SAS, una compañía de base tecnológica que ofrece soluciones, productos y diseño especializado, a través de la ejecución de proyectos de ingeniería electrónica para el sector industrial.
Kuspyde Ingeniería, bajo la gerencia de Carlos Arturo Carrasco Henao, ingeniero electrónico de la UC y magíster en esa misma área de la Universidad Javeriana, y la subgerencia de Gonzalo Hernández, ingeniero industrial y magíster en el área de Electrónica, puso al servicio del proyecto su experiencia en la gestión y ejecucion de proyectos con Colciencias, asesorando a los docentes en este campo y apoyando la fase de encerramiento (case), ajuste del dispositivo al cuerpo humano y su perfilamiento como producto comercializable a futuro, desde la visión empresarial.
Durante la etapa de diseño y construcción del dispositivo, se realizaron pruebas de validación en población en seis fundaciones dedicadas a procesos de rehabilitación en Bogotá y Barracabermeja, esto les permitió a los investigadores identificar los mejores resultados en cuanto a duración e intensidad de las señales de los músculos, en voluntarios con diferentes niveles de movilidad.
“Fue posible desarrollar movimientos acertados y salidas de voz incluso en cuadros severos como la cuadriplejía; también se comprobó que los niños de temprana edad (5 años) interiorizan rápidamente los movimientos necesarios para ser identificados por el sistema y dar una salida de voz adecuada a sus necesidades”, señalan los docentes.
Para la directora de la Fundación Fe, una de las entidades participantes en la fase de validación del prototipo, este representa una gran ventaja a nivel funcional “y va ayudar muchísimo a mejorar los procesos de comunicación de los niños con sus familias y su entorno”.
Arquitectura de una voz
El software desarrollado para el sistema HABLO se basa en una estructura por capas, que permite distribuir las tareas a realizar en diferentes niveles. Así, si algún nivel presenta una falla o requiere un cambio, solo se interviene dicho nivel. Esto significa que ofrece una solución escalable, flexible y reutilizable, que puede ser adaptada a diferentes necesidades con solo agregar nuevos niveles o modificar alguno de ellos.
A su vez, los inventores y el equipo de desarrollo del proyecto lograron un driver que permite una arquitectura orientada a los servicios del sistema HABLO. Entre las ventajas que esta característica ofrece a futuro, se encuentran la posibilidad de migrar el driver a plataformas móviles como Android o iOS, para hacer el sistema aún más portable; exportarlo a otras plataformas (Linux, Windows, Mac, etc.) y agregar nuevas funcionalidades sin tener que reestructurar el diseño.
También, gracias al hardware electrónico de adquisición desarrollado, el sistema puede llegar a configurarse para ser usado con otras señales biomédicas y distintas aplicaciones.
¿Cómo funciona?
HABLO es completamente personalizable según las necesidades de cada usuario, ajustable al grupo muscular deseado y cuenta con una interfaz para seleccionar de forma personalizada las salidas de voz que el usuario requiere.
A través de electrodos ubicados sobre la piel, se capturan las señales (EMGs) emitidas por el músculo; el dispositivo se encarga de adquirirlas, procesarlas, codificarlas y enviarlas a través de una red inalámbrica (bluetooth) a un computador o dispositivo móvil, que finalmente se encarga de generar la voz hablada y una retroalimentación visual para el usuario.
Además, cuenta con un manual de usuario y solo necesita de una pequeña fase de aprestamiento para que el sistema reconozca los movimientos del usuario.
Sueño cumplido
Los investigadores unicentralistas reconocen que el proyecto HABLO ha impactado muchas facetas de sus vidas en los últimos años y celebran como un gran logro que el dispositivo ya sea completamente funcional, sin embargo, afirman que “este sueño estará cumplido finalmente cuando esté en manos de las personas que necesitan usarlo y para quienes fue diseñado”.
“Sabemos que existen muchas personas que nunca han escuchado hablar a sus hijos o familiares y que, además, no manejan lenguaje de señas; conocimos a jóvenes en toda la plenitud de su vida que anhelan poder decir palabras y frases, así que seguiremos con este sueño hasta que llegue a las vidas de estas personas”, asegura la docente e investigadora Nubia Aguilar.
Para el profesor Juan Sebastián Rubiano, el tiempo ha sido invertido con creces. Recuerda lo emocionante que le resultó ver como una idea se transforma en un prototipo funcional y presenciar el momento en el que una persona puede comunicarse verbalmente por primera vez o luego de muchos años y puede decir frases que para la gran mayoría resultan cotidianas como “te quiero”, “tengo hambre” o “enciéndeme el televisor”. “Para nosotros es tan fácil porque tenemos la comunicación, pero para otras personas esto adquiere una importancia inimaginable”, asegura.
El futuro de HABLO
En la actualidad, este desarrollo que aporta soluciones en el área de la salud se perfila como una experiencia de éxito en el campo de la colaboración universidad-empresa-Gobierno, para facilitar procesos de innovación en CTeI que responden a necesidades del entorno con una visión social y de inclusión. Por esto, fue uno de los invitados a la Galería de Innovación del Open Innovation Summit, evento que se celebró los días 18 y 19 de octubre en Compensar de la Av. 68.
Con el apoyo de Connect Bogotá Región, red de innovación a la que se encuentra vinculada la Universidad desde 2013, la Universidad Central y Kuspyde Ingeniería SAS esperan visibilizar el prototipo entre los diferentes actores del ecosistema de innovación local y nacional, con el objetivo de lograr sinergias que contribuyan a la fase de comercialización de HABLO o a generar procesos de transferencia tecnológica que aporten al cumplimiento definitivo de “este sueño”.
De sus vivencias como investigadores y cómplices de la revolución tecnológica que pone a las máquinas al servicio de funciones esenciales para la vida humana, reconocen el valor del tiempo y, sobre todo, de la perseverancia. “La investigación es de perseverar, de pasar por encima de obstáculos y de saber que si le sirve a alguien vale la pena”, asegura la profesora Nubia Aguilar.
Y agrega: “esto también sirve para que los estudiantes se interesen y quieran encaminarse en esta área, se trata de solucionar problemas en los campos biológico y médico desde la electrónica; esto contagia a los jóvenes y ellos comienzan un camino en esto; hace que los ingenieros busquen y creen soluciones tangibles para diferentes sectores del país”.
Los profesores Nubia Aguilar y Juan Sebastián Rubiano continúan trabajando para que el sistema HABLO llegue a aquellas personas para quienes significa una alternativa de comunicación, interacción e inclusión y planteando, a futuro, proyectos que buscan impactar y hacer “cosas que sirvan a la gente”.
Encuentre más sobre el sistema HABLO en el capítulo 9 de la serie TV Científico por un día de Señal Colombia y Colciencias.
