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CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y ESTUDIOS AVANZADOS DEL IPN

DEPARTAMENTO DE COMPUTACIÓN

TOPICOS SELECTOS DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL: ADMINISTRACIÓN DE

CONOCIMIENTO

Proyecto final Administración de conocimiento para personalizar una silla

de ruedas que evite que personas con paraplejia total en miembros inferiores se hagan daño

DR. JOSÉ MATIAS ALVARADO MENTADO

ALUMNAS: KIMBERLY GARCIA GARCIA

GABRIELA SÁNCHEZ MORALES

17 de Agosto de 2007

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Administración de conocimiento para personalizar una silla de ruedas sin que pueda ser utilizada para que personas con paraplejia total en miembros inferiores puedan hacerse daño

Resumen En el siguiente trabajo se presenta el desarrollo de un simulador de una silla de ruedas que aplica la administración de conocimiento por medio de lógica fuzzy. Este simulador tiene el objetivo de evitar que el usuario se lastime haciendo uso de ésta silla, para lograrlo se combina la medición de distintas distancias entre éste dispositivo y los objetos que lo rodean con el fin de encontrar obstáculos que pongan en peligro la integridad del usuario, también se evalúa la velocidad a la que se mueve, ya que en algunos casos podría resultar peligrosa, y se toman en cuenta los niveles de los neurotransmisores asociados a la depresión que presenta en ese momento el usuario porque el estado emocional del paciente repercute directamente en su comportamiento. Este conjunto de factores ayudan a determinar si el usuario esta en riesgo y de esta forma poder prevenir lesiones físicas en él.

Antecedentes

Problemática La paraplejia total en miembros inferiores es la lesión o enfermedad en el sistema nervioso de una persona que afecta la capacidad para mover ambas piernas.

Aspectos computacionales La computación nos permite contribuir en la mayoría de las áreas, en este caso se usará la inteligencia artificial para evitar que una persona discapacitada por paraplejia total en miembros inferiores pueda hacerse daño con una silla de ruedas. Usaremos la lógica Fuzzy para determinar los movimientos validos de la silla. La lógica Fuzzy es la parte más importante pues nos permitirá proporcionar la seguridad del discapacitado al usar la silla de ruedas.

Relevancia social En los reportes del INEGI (Instituto Nacional de Estadística Geográfica e Informática) [4] se consideran cinco tipos de discapacidades, las cuales son:

• Auditivas: en esta discapacidad es la perdida o restricción para recibir mensajes verbales u otros mensajes audibles

• Del lenguaje: se refiere a la perdida o restricción para producir y transmitir un significado entendible a través del habla

• Mental: describe la limitación de la capacidad para el aprendizaje de nuevas habilidades; trastorno de la conciencia y capacidad de las personas para conducirse o comportarse

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• Motriz: expone la pérdida o restricción de la capacidad de movimiento, desplazamiento y equilibrio de todo o una parte del cuerpo

• Visual: contemplan la pérdida total de la capacidad de ver, así como debilidad visual en uno o ambos ojos.

Nuestro tema de estudio se encuentra dentro de la discapacidad motriz. En los reportes del INEGI nos indican que la discapacidad motriz en nuestro país es una de las discapacidades con mayor porcentaje en relación a otras. La tabla 1 nos indica que la discapacidad motriz es la que tiene mayor impacto en la sociedad.

Tipo de discapacidad

Porcentaje en los Estados Unidos Mexicanos

Motriz 45.3 Auditiva 15.7 Del lenguaje 4.9 Visual 26 Mental 16.1 Otra 0.7

Tabla 1. Porcentajes de discapacidades en el país, según reportes de INEGI en el año 2000 En la tabla 2 se muestran las causas más comunes de la discapacidad motriz, la principal causa es por enfermedad y accidente.

Causa de discapacidad motriz

Porcentaje

Nacimiento 11.0 Enfermedad 37.4 Accidente 24.0 Edad avanzada 21.4 Otra causa 0.9 No especificado 5.3

Tabla 2: Porcentaje por edad en discapacidades motrices [5] Tomando en cuenta los registros del INEGI observamos que la discapacidad motriz tiene un mayor porcentaje en comparación con las otras discapacidades en nuestro país. Por lo tanto la discapacidad a tratar en este proyecto es la motriz en especifico las personas que tienen paraplejia total en miembros inferiores. Esta enfermedad no permite mover las piernas, pero si los brazos, tronco y cuello. Este tipo de paraplejia es muy común y se da principalmente por lesiones en la columna vertebral, causados por

• accidentes automovilísticos (34.5%)[3] • caídas (50.5%)[3], dentro de esta área podríamos contemplar deportes en donde

son muy frecuentes las caídas, como es el caso de la gimnasia, buceo, el hockey sobre hielo y el esquí cuesta abajo

• agresión (15%)[3], en esta categoría podríamos incluir deportes que requieren mucha agresión como son el fútbol americano, el rugby y la lucha.

• O por enfermedades hereditarias como es la esclerosis múltiple (enfermedad crónica que produce invalidez del sistema nervioso central, ocasionando

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inflamación, destrucción y cicatrización de la envoltura que cubre las fibras nerviosas del cerebro y la columna vertebral) o la esclerosis lateral amiotrófica ( trastorno progresivo del sistema nervioso, la cual destruye los nervios responsables del movimiento muscular).

Las personas con paraplejía suelen deprimirse con frecuencia debido al aislamiento social, la falta de apoyo emocional y en ocasiones por dependencia a los demás. Hablando de los aspectos cognitivos los cuales incluyen: la atención dirigida, que consiste en enfocar la conciencia hacia un objetivo; la memoria, la cual permite recordar; la percepción que se refiere a seleccionar las sensaciones (oler, tocar, gustar, escuchar) racionalmente y el lenguaje. Pueden reducirse o no en un accidente; en caso de reducirse podría ocasionar cambios emocionales reflejados en conductas que pongan en riesgo a la persona. Nuestro trabajo esta enfocado a esta enfermedad provocado por accidentes, en pacientes entre 10 y 40 años de edad. Si hablamos de que las personas tienen paraplejia total en la parte inferior a causa de un accidente, entonces suponemos que llevaban una vida “normal” antes del accidente. El hecho de tener esta enfermedad causa muchos problemas emocionales, sociales, de aprendizaje y principalmente se reduce la habilidad de movimientos, lo que en ocasiones los lleva a tomar decisiones de hacerse daño a tal grado que podrían quitarse la vida. En la mayoría de los casos estas personas pasan más tiempo en casa, que en otro lado, por lo cual analizaremos los lugares peligrosos de una casa usando una silla de ruedas o los diferentes obstáculos que puedan encontrarse dentro de ella. En muchos casos las casas no están acondicionadas para personas con algún tipo de discapacidad así que una persona en silla de ruedas puede encontrarse con escaleras, pasillos angostos, muebles empotrados en las paredes a cierta altura. Los daños físicos contemplados de las personas con la discapacidad mencionada sobre una silla de ruedas van desde hacerse un daño ligero como matarse. Pueden usar la silla para aventarse desde lanzarse de un balcón u escalera, fracturase brazos al pasar con suficiente velocidad cerca de muros, lastimarse la cabeza al pasar sin querer debajo de muebles empotrados sobre la pared. Es importante mencionar que el rango de edades para el que está enfocado este proyecto comprende a personas de entre 10 y 40 años, ya que generalmente son personas físicamente capaces de manejar un joystick para controlar la silla, además de estar más familiarizados con la tecnología lo cual ayuda en gran medida a evitar que el discapacitado se sienta fuera de control del dispositivo. Por otra parte la silla sería más útil para gente con estas características ya que su actitud hacia la vida es más energética, de tal forma que una silla como está podría proporcionar mayor autonomía; pero también el impacto de un accidente quizá sería mayor ya que es común que los discapacitados sientan que su vida ha terminado y por tanto estarían más propensos a ponerse en situaciones de riesgo intencionalmente. En cambio para un anciano la aceptación de una condición de paraplejia en miembros inferiores posiblemente es más rápida ya que su actitud es diferente al sentir que ha cumplido con sus objetivos principales de vida.

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Estado del arte

Historia de las sillas de ruedas Las sillas de ruedas han existido desde hace mucho tiempo, su representación más antigua se encontró en un grabado chino que data desde antes del año 525 D.C. .[6,7,8]

La primera silla de ruedas conocida y creada especialmente fue fabricada en 1595 para el rey Felipe II de España.

Un relojero paraplejico diseño su propia silla en 1655 a la edad de 22 años.

En el siglo XVIII crearon una silla de ruedas cómoda como se observa en la siguiente figura

La primera patente sobre una silla de ruedas data de 1869.[6,7]

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El Dr. Sawatzky supone avances en las sillas de ruedas a partir del desarrollo de las bicicletas [8]. Para 1867 se cambian las ruedas de madera por la de hierro y para 1875 se usan llantas de hule.

En la india se tiene registrada una silla de ruedas hecha con juncos

El primer modelo eléctricamente fue en 1924 creado por George J. Klein, el cual no resulto llamativo por el ruido que causaba. La silla de ruedas tal y como la conocemos hoy fue creada en 1932 por el ingeniero Harry Jennings para un amigo suyo, esa silla puede doblarse para ser transportada.

En la actualidad podemos encontrar diversos tipos de sillas de ruedas, las cuales pueden tener implementado algunas de las siguientes características:

• Ensamble anti-rollback, es decir, tienen implementado un sistema de frenos para evitar que se caigan los pacientes al intentar levantarse

• Sillas motorizadas, las cuales tienen un joystick para poder controlarla • A nivel de investigación se tienen sillas automáticas las cuales pueden

identificar si existe un objeto enfrente de la silla, con el cual pueden chocar, o el paciente puede mover la silla a partir de algún movimiento en la cara

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Sillas de ruedas inteligentes Existe una gran lista de sillas inteligentes desarrolladas desde los años 80’s las cuales implementan sistemas muy diversos, a continuación se muestran solo algunas de las más significativas. Robotic Wheelchair FORTH, Grecia (1996-2002) Esta silla de ruedas esta diseñada para personas con capacidades limitadas en las extremidades superiores, es capaz de navegar de forma semiautónoma en un espacio cerrado. Cuenta con dos modos de uso, uno que es usado para evitar obstáculos con distancias preseleccionadas en direcciones criticas, el cual hace uso de sonares y una cámara de 360 grados y un modo manual, en el que el usuario es el que conduce completamente. Rolland University of Bremen, Alemania 1997 - 2002 La silla de ruedas autónoma de Bremen, llamada “Rolland” es una silla de ruedas inteligente que intenta ayudar a personas discapacitadas y adultos mayores. Rolland difiere de la industria clásica de robots en muchos sentidos. Los dos fundamentales son: primero, Rolland es móvil y tiene que navegar en ambientes frecuentemente optimizados para humanos pero no para robots. Un prerrequisito para la movilidad y navegación es que se pueda localizar a si mismo en el ambiente. Y segundo, Rolland es simultáneamente controlado por el usuario y por el sistema técnico, es por eso que se deben evitar conflictos con el llamado “control de sistema compartido”. Como consecuencia Rolland tiene dos metas principales: necesita una forma de localizarse a si mismo. Y se necesita que la interacción entre el usuario y el sistema no cause conflictos. Esta silla esta orientada a la navegación para evitar obstáculos. Siamo University of Alcala, España Esta silla esta basada en el uso de electrooculografía. Este sistema permite que los

usuarios puedan decirle al robot como moverse mediante el uso de electrodos en zonas específicas de la cara que ayudan a saber hacia donde observa el usuario, además el sistema evita colisiones. Este sistema de silla de ruedas intenta generalizar el propósito de los asistentes de navegación en ambientes accesibles como rampas y pasillos lo suficientemente grandes para permitir que la silla pase.

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Voice-cum-Auto Steer Wheelchair CEERI, India 1999-2000 Se trata de una silla de ruedas controlada por voz en coordinación con un mapa de dos dimensiones. Se proponen varios diseños para que por medio de sensores se pueda seguir rutas establecidas o que el usuario por medio de voz proporcione la dirección a la que desea ir, los sensores de posición y velocidad son usados como entradas para la logica fuzzy para evitar colisiones con objetos. Intelligent wheelchair system with FACE and gaze based interface, Nara Institute of Science and Technology Robotics lecture 2004 Esta silla de ruedas es movida con un movimiento de la cara, ayudando a pacientes con limitaciones de movilidad en las extremidades superiores, la silla se detiene si se sacude la cabeza y si no continua, además esta adicionada con sensores que ayudan a la evasión de obstáculos. Es una idea similar a la de la universidad de Alcalá en España. Mind-controlled wheelchair, Japón 2006 Un grupo de investigadores de la universidad de electro-comunicaciones ha desarrollado un prototipo de una silla eléctrica que pueda se utilizada simplemente con pensar la dirección en la que se quiere que se mueva la silla. La silla interpreta la intención de los usuarios sobre la dirección que desea que siga mediante una gorra con sensores. Los sensores leen las ondas del cerebro permitiendo que el usuario controle la silla de ruedas pensando simplemente “movimiento a la derecha” o “movimiento a la izquierda”. Algunos test han demostrado que el 80% de las veces la silla se mueve en la dirección deseada.

Aspecto psicológico de los paraplejicos En el área de la psicología mencionan un modelo conocido como: diferencias individuales, en donde mencionan que no se puede determinar fases o etapas establecidas del comportamiento de los paraplejicos, además de que no existe una personalidad única [12]. La variable psicológica que tiene mayor peso en personas paraplejicas es la depresión [12]. Los estados de ánimo que se presentan en la depresión son[11]:

• Tristeza • Desesperación • Desdicha • Desesperanza • Ansiedad

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• Antipatía

Emociones Las emociones en las personas pueden ser medidas de las siguientes formas[10] :

• Subjetiva: esto se logra cuando el individuo expresa sus emociones, por medio de test, etc.

• Comportamiento: por ejemplo por medio de expresiones faciales • Fisiológica: por ejemplo presión arterial, por medio de la pupila, respiración,

neurotransmisores, etc.

En este caso se tratara de medir las emociones usando los neurotransmisores. Para ello requerimos saber cuales son las emociones mas relacionadas con los paraplejicos, primero analizaremos este punto.

Neurotransmisores Los neurotransmisores son químicos en nuestro cuerpo que usan información relacionada con nosotros mismos. El cerebro tiene alrededor de 100 billones de neuronas que conectan los órganos con regiones específicas del cerebro, formando un gran circuito de control de las funciones de todo el cuerpo. Por ejemplo la percepción de peligro induce al cerebro a responder con miedo, que comunicara al cuerpo diferentes mensajes tales como “tensar los músculos”, “sudor en las palmas de las manos”, “incrementar el ritmo cardiaco” y una “respiración más rápida”. Cuando una neurona es activada, el mensaje que contiene pasa de una neurona a otra por medio de los neurotransmisores, los cuales pasan a través de un espacio llamado “sinapsis”. Los neurotransmisores llegan a la superficie de la neurona vecina a lugares especiales llamados receptores. Cuando suficientes receptores son ocupados, las neuronas son activadas y los pulsos eléctricos pasan rápidamente a través de millones de neuronas en un instante.

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Algunos neurotransmisores ayudan a la transmisión de mensajes específicos llamados “excitadores”. De la misma forma algunos otros dificultan la transmisión de mensajes y son considerados “inhibidores”. Los neurotransmisores excitadores facilitan el envió de señales entre las neuronas. Desde un punto de vista clínico, los neurotransmisores son los responsables de proveer energía, motivación, cognición mental y otras actividades que requieren reacciones del cerebro y del cuerpo. Por otro lado, los neurotransmisores inhibidores decrementan la probabilidad de que las señales de las neuronas se envíen. Desde un punto de vista clínico, son responsables de calmar la mente y el cuerpo, inducen el sueño y filtran las señales excitadoras. Los neurotransmisores definen nuestros estados de ánimo, acciones y salud. La importancia de los neurotransmisores juega un papel importante en el cerebro. Los órganos de todo el cuerpo están conectados por medio de la gran red de neuronas. El cerebro usa a los neurotransmisores para decirle al corazón que debe latir, a los pulmones que deben respirar y a los intestinos digerir. Esto se conoce como el sistema nervioso autónomo. No existe en la naturaleza otra clase de moléculas con más importancia e influencia biológica que los neurotransmisores. Un balance entre los niveles de neurotransmisores inhibidores y excitadores es necesario para la salud óptima.

La lista de padecimientos clínicos asociados con los neurotransmisores es larga y continua creciendo con las investigaciones. Algunos de los padecimientos clínicos mas cruciales con los que se ligan los neurotransmisores son: ansiedad, control del apetito, problemas de atención, retrasos en el desarrollo, problemas de comportamiento, fatiga, libido, dolores de cabeza, desordenes en los estados de animo, problemas para dormir, enfermedades relacionadas con el peso y muchos más.

Un sistema nervioso balanceado es necesario para mantener una salud óptima. Cuando el balance critico entre los neurotransmisores se pierde se incrementa la probabilidad de desarrollar un padecimiento clínico. Un sistema nervioso se caracteriza por 2 criterios básicos. Debe existir un abasto suficiente de los neurotransmisores, y los neurotransmisores excitadores e inhibidores deben trabajar juntos para enviar señales apropiadamente.

Muchos condiciones relacionadas con los neurotransmisores son el resultado de la insuficiencia de abastecimiento de neurotransmisores. Para ilustrarlo consideremos: Una línea de gas que corre desde un tanque de gas a un horno. En este caso la línea de gas es la cadena de neuronas, o el circuito, el gas que circula a través de la línea es un abasto hipotético de neurotransmisores. Cuando la línea de gas esta llena y funcionando al máximo, el horno funcionará en condiciones optimas. Sin embargo si el abasto de gas a través de la línea empieza a disminuir, el horno pierde eficiencia o incluso dejara de funcionar. La misma lógica aplica a los neurotransmisores. Sin suficientes

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neurotransmisores en el sistema ya se excitadores o inhibidores el sistema no funciona apropiadamente. Esto crea situaciones propicias para el inicio de una enfermedad.

Los neurotransmisores han sido estudiados y relacionados con psicología y el comportamiento humano. Lo que se ha encontrado es que muchos neurotransmisores juegan un papel muy importante en el comportamiento, aprendizaje, los sentimientos y el sueño. Y son importantes en algunas enfermedades mentales. Los siguientes neurotransmisores son importantes en la salud mental.

Acetilcolina. Involucrado en movimientos voluntarios, aprendizaje, memoria y sueño. Demasiada acetilcolina es asociada con depresión y muy poca se asocia con la demencia.

Dopamina. Relacionada con movimiento, atención y aprendizaje. Demasiada dopamina se asocia con esquizofrenia y los bajos niveles se asocian con la depresión, así como con la rigidez muscular y también con la enfermedad del Parkinson.

Norepinefrina. Asociada con la alimentación.

Niveles bajos de norepinefrina están asociados con depresión, mientras que los excesos de esta causan esquizofrenia.

Epinefrina. Involucrada en energía y metabolismo de glucosa.

Muy poca epinefrina se asocia con depresión.

Serotonina. Es importante para el estado de animo, sueño, apetito y las conductas impulsivas y agresivas.

Muy poca serotonina se asocia con depresión y algunos desordenes de ansiedad, especialmente desordenes obsesivos compulsivos.

GABA ( Acido gamma-aminobutírico). Es un inhibidor y causa ansiedad

Cantidades muy bajas de GABA se asocian con desordenes de ansiedad

Lógica Fuzzy La teoría de conjuntos fuzzy fue introducida por Lotfi A. Zadeh a mediados de los años 60. Previamente, Max Black (1909 - 1989), en un artículo de 1937 titulado "Vagueness: An exercise in Logical Analysis" y Karl Menger (1902 - 1985) con los artículos de 1942 "Statistical Metrics" sentaron las bases de lo que hoy es una teoría tan utilizada y con tan buenos resultados. Bajo el concepto de conjunto fuzzy reside la idea de que los elementos clave en el pensamiento humano no son números, sino etiquetas lingüísticas. Estas etiquetas

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permiten que los objetos pasen de pertenecer de una clase a otra de forma suave y flexible. La lógica fuzzy se puede inscribir en el contexto de la lógica multivaluada. En 1922 Lukasiewicz cuestionaba la lógica clásica valuada binariamente (valores cierto y falso). Además, adelantaba una lógica de valores ciertos en el intervalo unidad como generalización de su lógica trivaluada. En los años 30 fueron propuestas lógicas multivaluadas para un número cualquiera de valores ciertos (igual o mayor que 2), identificados mediante números racionales en el intervalo [0, 1]. Uno de los objetivos de la lógica fuzzy es proporcionar las bases del razonamiento aproximado que utiliza premisas imprecisas como instrumento para formular el conocimiento. En un conjunto clásico (crisp) se asigna el valor 0 ó 1 a cada elemento para indicar la pertenencia o no a dicho conjunto. Esta función puede generalizarse de forma que los valores asignados a los elementos del conjunto caigan en un rango particular, y con ello indiquen el grado de pertenencia de los elementos al conjunto en cuestión. Esta función se llama “función de pertenencia” y el conjunto por ella definida “Conjunto Fuzzy”. La función de pertenencia µA por la que un conjunto fuzzy A se define, siendo [0, 1] el intervalo de números reales que incluye los extremos, tiene la forma: µA=X→[0, 1]

Es decir, mientras que en un conjunto clásico los elementos pertenecen o no pertenecen a él totalmente (por ejemplo un número puede pertenecer o no al conjunto de los pares, pero no pertenecerá a un determinado grado), en los conjuntos fuzzy hay grados de pertenencia en referencia a un universo local. Por ejemplo en el contexto de nuestra sociedad actual una persona de 45 años pertenecerá al conjunto fuzzy “viejo” con un grado supongamos de 0.5. Si en vez de usar de referencia nuestra sociedad actual aludimos a una sociedad donde la esperanza de vida fueran 40 años este grado cambiaría.

De esta forma la lógica fuzzy es útil para diseñar nuestro sistema ya que las emociones en conjunto con las distancias que obtienen los sensores de la silla de ruedas entregaran resultados que al ser evaluados por reglas fuzzy previamente diseñadas arrojarán resultados sobre la situación de seguridad en la que se encuentra el usuario.

Objetivos Después de analizar las discapacidades en nuestro país se observo tener un mayor índice en la discapacidad motriz, por lo cual será el objetivo de nuestro proyecto. En este trabajo contemplamos la paraplejia total en miembros inferiores, como la causa de la discapacidad. Consideramos que la paraplejia fue resultado de un accidente, en específico para personas entre 10 y 40 años de edad. La manera en que los pacientes con este padecimiento pueden tener movilidad es a través de una silla de ruedas. Actualmente las sillas cubren perfectamente este rol, pero una persona con esta enfermedad podría verse afectado psicológicamente. Es por eso que proponemos:

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• Ofrecer la seguridad de que el discapacitado no use la silla de ruedas para

hacerse daño.

Objetivos específicos Para desarrollar el trabajo se propone hacer lo siguiente

1. Crear diseños en UML para ofrecer una vista general del problema 2. Crear ontologías del sistema 3. Resolver el problema usando lógica Fuzzy 4. Diseñar y construir simulador

Metodología

Diagrama de bloques El diagrama siguiente nos muestra a grandes rasgos como se realizará el proyecto. Empieza al recibir la instrucción de mover la silla, el movimiento puede ser hacia delante o girar hacia la izquierda o la derecha. Una vez recibida la instrucción se deben leer los sensores infrarrojos y de proximidad, al igual que los neurotransmisores, después de leerlos se deben procesar para verificar que sea un movimiento valido. En caso de ser valido el movimiento, la silla debe moverse según la dirección requerida. En caso de no ser validos los datos leídos la silla no debe avanzar

Diagrama de bloques

Parámetros de la problemática central del proyecto Los parámetros contemplados surgen a partir de dos tipos de sensores ubicados en diferentes partes de la silla como se observa en la figura 1.

• Sensores de proximidad • Sensores infrarrojo • Sensor de velocidad • Neurotransmisores

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Es importante mencionar que en la actualidad no existe algo para medir los neurotransmisores de forma constante y cotidiana, aun así se contemplan como parámetros importantes los cuales en su momento se determinarán de acuerdo a las mediciones adecuadas.

Silla automática con los sensores necesarios para evitar que el discapacitado se haga daño En la imagen anterior encontramos una barra horizontal en la parte trasera de la silla, la cual servirá para detectar si existe objeto empotrado en la pared, como puede ser una repisa u algún otro mueble. Esto es con la finalidad de evitar que un objeto pegue en la cabeza del discapacitado. Los sensores en el arreglo descrito son de proximidad. Cuenta también con un arreglo de sensores infrarrojos a los costados en la parte de atrás. Estos arreglos están dirigidos hacia el frente para verificar si ha sacado los brazos, cabeza o el tronco. Tiene otros arreglos de sensores a los costados, los cuales tienen cierta inclinación hacia fuera para detectar la existencia de algún objeto a los costados, los cuales pueden servir para identificar si la silla pasa por lugares estrechos. Los sensores de los costados trabajan en conjunto, es decir, se verifica si existe algún objeto y además el usuario de la silla ha sacado algún miembro del cuerpo que puede mover, esto es con la finalidad de evitar hacerse daño en brazos, tronco o cabeza. En la parte de enfrente inferior tenemos dos sensores de proximidad para calcular la distancia entre la silla y el objeto que tiene adelante. El objetivo es evitar choques de frente. Por último tenemos en la parte inferior donde se colocan los pies un sensor infrarrojo y un foco. El foco emitirá luz y el sensor infrarrojo captara la intensidad de luz para poder detectar cuando no exista una superficie por debajo de la silla. Los parámetros encontrados se muestran en la siguiente tabla:

No. Parámetro Descripción 1 Distancia de objeto

superior Arreglo de sensores de proximidad ubicados en la parte trasera de la silla

2 Presencia de extremidades derechas

Arreglo derecho de sensores infrarrojos para detectar cuando el usuario saca un brazo, cabeza o tronco del lado derecho de la silla

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También limitaremos la velocidad de la silla a 20 K/h, al igual un freno se activara cuando este en situación de riesgo. La silla podrá girar hacia la derecha o la izquierda, pero no podrá ir en reversa

Medidas a contemplar Las siguientes imágenes representan una persona de sexo masculino. Se usan las medidas de un hombre porque generalmente el hombre es más alto que las mujeres. En la imagen de abajo se indica la altura máxima que alcanza una persona sobre la silla, la cual es de 136.45 cm desde el piso hasta la cabeza del usuario. Se contempla también que el usuario al sacar su brazo de la silla tendrá una distancia de 42.33 cm. El ancho de la silla a usar es de 109.60 cm.

3 Presencia de extremidades izquierdas

Arreglo izquierdo de sensores infrarrojos para detectar cuando el usuario saca un brazo, cabeza o tronco del lado izquierdo de la silla

4 Distancia objeto derecho Arreglo derecho de sensores de proximidad para detectar un objeto al costado derecho

6 Distancia objeto frente lateral derecho

Es el sensor de proximidad colocado del lado derecho orientado hacia el frente para detectar algún objeto.

7 Distancia objeto izquierdo

Arreglo derecho de sensores de proximidad para detectar un objeto al costado derecho

8 Distancia objeto frente lateral izquierdo

Es el sensor de proximidad colocado del lado izquierdo orientado hacia el frente para detectar algún objeto.

9 Presencia de piso Es el sensor infrarrojo ubicado en donde reposan los pies para detectar la ausencia de piso.

10 Velocidad Es para medir la velocidad a la que se mueve la silla.

11 Nivel_acetilcolina Demasiada acetilcolina es asociada con depresión

12 Nivel_dopamina Bajos niveles se asocian con la depresión 13 Nivel_norepinefrina Niveles bajos asocian con la depresión 14 Nivel_epinefrina Muy poca se asocia con depresión 15 Nivel_GABA Cantidades bajas asocian con ansiedad 16 Nivel_serotonina Muy poca se asocia con depresión y ansiedad

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Medidas de una persona masculina con paraplejia, vista de frente [1] En la figura 3 se tienen 119 cm de larga la silla, podemos observar que al estirar el brazo el usuario sus dedos no rebasan sus pies. Así que tomaremos los 35 cm marcados para medir la distancia hacia el frente.

Medidas de una persona masculina con paraplejia, vista lateral [1] La velocidad de la silla será de 6 K/h. La silla podrá girar hacia la derecha o la izquierda, pero no podrá ir en reversa Se contempla un freno, el cual se activará cuando la silla detecte una situación de riesgo, por ejemplo si la persona va muy rápido sobre la silla y esta a punto de chocar con algún objeto

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Ontología Las ontologías, se encargan de definir los términos utilizados para describir y representar un área de conocimiento. Esta puede ser utilizada por los usuarios, las bases de datos y las aplicaciones que necesitan compartir información específica, por ejemplo un área específica como de las finanzas, medicina, deporte, etc. Las ontologías incluyen definiciones de conceptos básicos en un campo determinado y la relación entre ellos. Necesitamos definir el dominio de nuestra ontología, el cual es la administración de conocimiento para personalizar una silla de ruedas sin que pueda ser utilizada para que el discapacitado se haga daño. En específico para personas con paraplejia total en miembros inferiores causadas por accidentes. Se contempla esta silla para usarse dentro de una casa que aun no ha sido acondicionada para personas con sillas de ruedas. Buscando ontologías existentes relacionadas al proyecto no encontramos ninguna relacionada, así que la creación de esta ontología será de gran ayuda para otras personas que requieran información sobre el tema en cuestión. También será un punto importante para la realización de este proyecto para tener un vocabulario en común. Los términos relevantes encontrados para la ontología son los siguientes:

Nombre Descripción Tipo Distancia de objeto superior

Indica la distancia entre un objeto de frente al usuario que pueda estar empotrado en la pared

Concepto

Presencia de extremidades derechas

Indica si el usuario tiene su brazo o tronco fuera de la silla, por el lado derecho

Concepto

Presencia de extremidades izquierdas

Indica si el usuario tiene su brazo o tronco fuera de la silla, por el lado izquierdo

Concepto

Distancia objeto derecho

Indica la distancia que existe entre un objeto del lado derecho y la silla

Concepto

Distancia objeto izquierdo

Indica la distancia que existe entre un objeto del lado izquierdo y la silla

Concepto

Distancia objeto frente lateral derecho

Indica la distancia que existe al frente del lado derecho entre un objeto y la silla

Concepto

Distancia objeto frente lateral izquierdo

Indica la distancia que existe al frente del lado izquierdo entre un objeto y la silla

Concepto

Presencia de piso Indica la presencia de piso para avanzar la silla

Concepto

Velocidad Proporciona la velocidad a la cual va la silla

Concepto

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Nivel de acetilcolina

Indica el nivel de acetilcolina en el usuario

Concepto

Nivel de dopamina Indica el nivel de dopamina en el usuario

Concepto

Nivel de norepinefrina

Indica el nivel de norepinefrina en el usuario

Concepto

Nivel de epinefrina Indica el nivel de epinefrina en el usuario

Concepto

Nivel de GABA Indica el nivel de GABA en el usuario

Concepto

Nivel de serotonina Indica el nivel de serotonina en el usuario

Concepto

Sensor infrarrojo Indicaran la presencia o ausencia de algún objeto

Concepto

Sensor de proximidad

Proporciona la distancia de un objeto

Concepto

Utilizando el software protegé el cual facilita la construcción de ontologías. A partir de este software se produjo una página web con las siguientes clases:

Silla: La silla cuenta con tres tipos de sensores que identifican objetos que podrían ser obstáculos. Con el objetivo de prevenir choques.

Medicion_sensores_infrarrojos. La silla cuenta con este tipo de sensores para conocer cuando existe obstrucción o ausencia de una parte del cuerpo a los costados o de piso.

• Presencia_de_extremidades_derechas. Indica si el usuario tiene su brazo o tronco fuera de la silla, por el lado derecho

• Presencia_de_extremidades_izquierdas. Indica si el usuario tiene su brazo o tronco fuera de la silla, por el lado izquierdo

• Presencia_de_piso. Indica la presencia de piso para avanzar la silla

Silla

Medición sensores

infrarrojos

Medición sensores

proximidad Medición velocidad

Medición neurotransmisores

asociados a la depresión

Medición Sensores

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Medicion_sensores_proximidad. Estos sensores arrojan las distancias que existen entre diferentes partes de la silla y el objeto.

• Distancia_de__objeto_izquierdo. Indica la distancia que existe entre un objeto del lado izquierdo y la silla

• Distancia_de_objeto_superior. Indica la distancia entre un objeto de frente al usuario que pueda estar empotrado en la pared

• Distancia_objeto_derecho. Indica la distancia que existe entre un objeto del lado derecho y la silla

• Distancia_objeto_enfrente_del_lado_derecho. Indica la distancia que existe al frente del lado derecho entre un objeto y la silla

• Distancia_objeto_enfrente_del_lado_izquierdo. Indica la distancia que existe al frente del lado izquierdo entre un objeto y la silla

Medicion_velocidad. Es necesario conocer la velocidad a la que circula la silla de ruedas para mantener la seguridad del usuario

• Velocidad. Proporciona la velocidad a la cual va la silla

Para conocer el estado emocional del usuario, es necesario obtener los niveles de los neurotransmisores asociados con la depresión.

• Nivel_de_acetilcolina. Indica el nivel de acetilcolina en el usuario, demasiada acetilcolina es asociada con depresión.

• Nivel_de_dopamina. Es el nivel de dopamina que existe en el usuario, bajos niveles se asocian con la depresión

• Nivel_de_epinefrina. Indica el nivel de epinefrina; muy poca se asocia con depresión.

• Nivel_de_norepinefrina. Indica el nivel de norepinefrina. Niveles bajos asocian con la depresión

• Nivel_GABA. Indica los niveles de GABA; cantidades bajas se asocian con ansiedad

• Nivel_serotonina. Indica el nivel de serotonina, muy poca se asocia con depresión.

Diagramas

Los siguientes diagramas están construidos con UML (Unified Modeling Language), el cual es un lenguaje que permite modelar, construir y documentar los elementos que forman un sistema. En el proceso de creación de UML han participado, empresas de gran peso en la industria como Microsoft, Hewlett-Packard, Oracle o IBM, así como grupos de analistas y desarrolladores.

Esta notación ha sido ampliamente aceptada debido al prestigio de sus creadores y a que incorpora las principales ventajas de cada uno de los métodos particulares en los que se basa.

Diagrama de casos de uso

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En el siguiente diagrama de casos de uso se representa las funciones que puede realizar el usuario en la silla de ruedas. El usuario puede mover la silla, el movimiento se contemplaran varios parámetros como son:

• Revisar el estado de animo, a partir de la información relacionada con los neurotransmisores

• Revisar si existe algún obstáculo de frente a la silla • Revisar los sensores que indican presencia o ausencia de las extremidades

superiores • Revisar sensores de los costados para detectar objetos • Revisar sensor superior • Revisar sensor inferior que detecta presencia o ausencia de piso

Una vez leídos estos datos la silla detectara el estado de animo, en caso de registrar depresión y detectar que saco los brazos de la silla y existe algún obstáculo con el que pueda lastimar sus brazos, no dejara avanzar. También si registra depresión y encuentra que la silla esta muy cerca de desniveles como puede ser presencia de escaleras, la silla se detendrá.

Usuario silla de ruedas

Mover silla usuario seguro

Verificar condiciones de seguridad

Sensar estado de animo

Medir niveles de neurotransmisores

Sensar condiciones adecuadas de desplazamiento

Sensar espacio adecuado de desplazamiento

Medir distancias

Sensar velocidad adecuada de desplazamiento

Medir velocidad

Diagrama de casos de uso. Vista general

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22

El siguiente diagrama amplía las mediciones que se requieren para conocer todas las distancias que nos interesan:

leer sensor superior

(from Use-Case Model)

leer sensor piso

(from Use-Case Model)

medir distancia derecha

(from Use-Case Model)

medir distancia izquierda

(from Use-Case Model)

leer sensores laterales

(from Use-Case Model)

medir distancia frontal derecha

(from Use-Case Model)

medir distancia frontal izquierda

(from Use-Case Model)

leer sensores frontales

(from Use-Case Model)

Medir distancias

(from Use Case View)

obtener presencia derecha

(from Use-Case Model)

obtener presencia izquierda

(from Use-Case Model)

leer sensores extremidades

(from Use-Case Model)

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Diagrama de clases En el diagrama de clases que se muestra a continuación podemos observar la existencia de 6 clases, las cuales conforman nuestro proyecto, para hacerlas más claras a continuación se presenta una pequeña descripción de cada una de ellas. Silla: Es la clase padre, de la cual se desprende la clase estado de animo y condiciones

de desplazamiento que tienen el fin de agrupar las mediciones físicas de la silla de ruedas y las mediciones del estado de ánimo del usuario.

Estados de ánimo: Esta clase contiene los neurotransmisores que se asocian a la

depresión. Neurotransmisores depresión: Esta clase se llama así porque como se ha explicado a

lo largo del trabajo la depresión es muy común en pacientes con paraplejia, y puede producir diversas emociones de las que hay que estar muy alerta para evitar que ocurran accidentes; así que en esta clase se guardan los valores de los neurotransmisores asociados con las emociones más importantes que causa la depresión.

Distancias y velocidad: Debido a que se tienen dos tipos de mediciones fisicas que

proporciona la silla, se decidió dividir las mediciones en distancias entre la silla y los objetos que la rodean y velocidad del dispositivo

Medición sensores de proximidad: En esta clase se tienen como atributos las

distancias que miden tanto los sensores superiores, como los de los costados y de frente, con el fin de detectar objetos cercanos que podrían obstaculizar el paso, por su parte las operaciones nos devuelven los valores de estos sensores.

Medición sensores infrarrojos: La silla cuenta con tres sensores de este tipo, es por

eso que esta clase contiene como atributos las variables que contendrán los valores y como operaciones los métodos que proporcionarán estas mediciones.

Medición sensores de velocidad: Esta clase es otro tipo más de sensor, al igual que los

anteriores contiene las mediciones que nos proporciona este sensor.

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sillatipo_sensor

Condiciones de desplazamiento

id_desplazamiento

Medicon sensores infrarrojosPresencia de extremidades derechasPresencia de extremidades izquierdasPresencia de piso

Obtener presencia extremidades derechas()Obtener presencia extremidades izquierdas()Obtener presencia de piso()

Distanciasid_sensor

Medicio sensores proximidadDistancia de objeto superiorDistancia objeto derechoDistancia objeto izquierdoDistancia objeto enfrente del lado derechoDistancia objeto enfrente del lado izquierdo

Obtener distancia de objeto superior()Obtener distancia de objeto derecho()Obtener distancia de objeto izquierdo()Obtener distancia objeto enfrente derecho()Obtener distancia objeto enfrente izquierdo()

Velocidadid_sensor

Medicion sensor de velocidad

velocidad

Obtener velocidad()

Estado de animotipo_neurotransmisor

Neurotransmisores depresionNivel de acetilcolinaNivel de dopaminaNivel de norepinefrinaNivel de epinefrinaNivel de GABANivel de serotonina

Obtener nivel de acetilcolina()Obtener nivel de dopamina()Obtener nivel de norepinefrina()Obtener nivel de epinefrina()Obtener nivel de GABA()Obtener nivel de serotonina()

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Diagrama de secuencias Un diagrama de secuencias permite modelar interacción entre objetos en un sistema, a continuación se muestra el diagrama de secuencias para el proyecto. En la parte superior tenemos los objetos que intervienen en la interacción, como es la silla, el análisis de movimiento, las condiciones de desplazamiento que comprenden los sensores de distancia y de velocidad y el estado de ánimo que en nuestro caso es medido por los neurotransmisores. El usuario pide mover la silla enviando la instrucción correspondiente, cuando se recibe la petición la silla envía el mensaje de validar movimiento al sistema encargado de analizar y evaluar el desplazamiento que se desea realizar; éste pide a las condiciones de desplazamiento que le proporcione las medidas de distancias y velocidad, y al estado de animo los niveles de neurotransmisores; en cuanto el analizador posea las distancias, la velocidad y los niveles de los neurotransmisores verifica que el movimiento sea seguro y le permite al objeto silla avanzar.

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Usuario Silla modo seguro Condiciones de desplazamiento

Sensores de distancias

Sensores de velocidad

Estado de animo

Sensores neurotransmisores

Analisis de movimiento

Mover silla validar movimiento Pedir mediciones Pedir distancias

Pedir velocidad

Pedir niveles

Pedir lectura

Regresar lectura

Regresar niveles

Regresar velocidad

Regresar distanciasRegresar mediciones

Validar movimiento

movimiento valido

Hacer movimiento

Lógica Fuzzy Para realizar el control de nuestra aplicación se crearon reglas fuzzy. Primero diseñamos las siguientes graficas donde se observa las etiquetas y el grado de pertenencia al que corresponden cada una de las mediciones.

La velocidad esta representada por la siguiente tabla y gráfica:

Tabla 3. Las etiquetas para la velocidad y sus respectivos intervalos

En seguida se muestra la tabla y a grafica útil para los sensores de distancia. La tercera columna de la tabla representa una abreviatura de las etiquetas.

Velocidad km/h Etiqueta lingüística

0 Stopped

0.5 – 1 Very slow

1.5 – 2.5 Show

3.0 – 3.5 Normal

4.0 – 4.5 Fast

5.0 – Very fase

Distancia cm Variable lingüística

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Tabla 4. Etiquetas para la distancia y sus respectivos intervalos

Por ultimo la grafica y la tabla que representa a los neurotransmisores es:

Cantidad en µgm

Variables lingüisticas

0.5 – 1.0 Very low VL

1.5 – 2.5 Low L

3- 3-5 Normal N

4- 4.5 High H

5-6 Very high VH Tabla 4. Etiquetas y su respectivo intervalo para los neurotransmisores

Very close 3-10 VC

Close 15-30 C

Normal 35 -50 N

Far 55-130 F

Very far 140-200 VF

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Después de encontrar las etiquetas se realizaron las reglas fuzzy de la forma antecedente y consecuente. En seguida se muestran algunas de las reglas usadas para el proyecto. Se debe revisar si el usuario tiene depresión y verificar la distancia de los objetos cercanos a él, esto representa los antecedentes. El consecuente es modificar la velocidad. Observemos algunas de las reglas cuando existe depresión, tiene uno o ambos brazos afuera a diferentes distancias y va a diferentes velocidades. 1. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es VC y velocidad

es VF entonces velocidad es STOPPED. 2. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es C y velocidad es

VF entonces velocidad es VERY SLOW. 3. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es N y velocidad es

VF entonces velocidad es SLOW. 4. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es VF (Very Far) y

velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 5. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es F y velocidad es

VF entonces velocidad es VERY FAST. 6. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es VC y velocidad

es F entonces velocidad es STOPPED. 7. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es C y velocidad es

N entonces velocidad es VERY SLOW. 8. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es N y velocidad es

VS entonces velocidad es SLOW. 9. Si Acetilcolina es VH y extremidad_izq esta presente y obj_izq es VF (Very Far) y

velocidad es S entonces velocidad es SLOW. 10. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es VC y velocidad

es VF entonces velocidad es STOPPED. 11. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es C y velocidad

es VF entonces velocidad es VERY SLOW. 12. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es N y velocidad es

VF entonces velocidad es SLOW. 13. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es VF (Very Far) y

velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

30

14. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es F y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

15. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es VC y velocidad es F entonces velocidad es STOPPED.

16. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es C y velocidad es N entonces velocidad es VERY SLOW.

17. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es N y velocidad es VS entonces velocidad es SLOW.

18. Si Acetilcolina es VH y extremidad_der esta presente y obj_der es VF (Very Far) y velocidad es S entonces velocidad es SLOW.

19. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ambas esta presente y obj_izq es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED.

20. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY SLOW.

21. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es N y velocidad es VF entonces velocidad es SLOW.

22. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es VF (Very Far) y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

23. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es F y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

24. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es VC y velocidad es F entonces velocidad es STOPPED.

25. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es C y velocidad es N entonces velocidad es VERY SLOW.

26. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es N y velocidad es VS entonces velocidad es SLOW.

27. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_izq es VF (Very Far) y velocidad es S entonces velocidad es SLOW.

28. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED.

29. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY SLOW.

30. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es N y velocidad es VF entonces velocidad es SLOW.

31. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es VF (Very Far) y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

32. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es F y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

33. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es VC y velocidad es F entonces velocidad es STOPPED.

34. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es C y velocidad es N entonces velocidad es VERY SLOW.

35. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es N y velocidad es VS entonces velocidad es SLOW.

36. Si Acetilcolina es VH y extremidad_ ambas esta presente y obj_der es VF (Very Far) y velocidad es S entonces velocidad es SLOW.

Observemos cuando existe depresión y la presencia de un objeto en frente y va a velocidad muy rápida (Very High) actua igual que las reglas anteriores

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1. Si Acetilcolina es VH y obj_f es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 2. Si Acetilcolina es VH y obj_f es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 3. Si Acetilcolina es VH y obj_f es N y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 4. Si Acetilcolina es VH y obj_f es VF y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 5. Si Acetilcolina es VH y obj_f es F y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST Observemos cuando existe depresión y no hay presencia de piso y va a velocidad muy rápida (Very High) y rápida (High) 1. Si Acetilcolina es VH y no hay presencia de piso y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 2. Si Dopamina es L y no hay presencia de piso y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 3. Si Norepinefrina es VL y no hay presencia de piso y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 4. Si GABA es VL y no hay presencia de piso y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 5. Si Serotonina es VL y no hay presencia de piso y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. Observemos cuando existe depresión y la presencia de un mueble empotrado en la pared y va a velocidad muy rápida (Very High) 1. Si Acetilcolina es VH y obj_sup es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 2. Si Acetilcolina es VH y obj_sup es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 3. Si Acetilcolina es VH y obj_sup es N y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 4. Si Acetilcolina es VH y obj_sup es VF y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 5. Si Acetilcolina es VH y obj_sup es F y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST 6. Si Dopamina es L y obj_sup es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 7. Si Dopamina es L y obj_sup es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 8. Si Dopamina es L y obj_sup es N y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 9. Si Dopamina es L y obj_sup es VF y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 10. Si Norepinefrina es VL y obj_sup es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 11. Si Norepinefrina es VL y obj_sup es C y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 12. Si Norepinefrina es VL y obj_sup es N y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST.

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13. Si Norepinefrina es VL y obj_sup es VF y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 14. Si GABA es VL y obj_sup es VC y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 15. Si GABA es VL y obj_sup es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 16. Si GABA es VL y obj_sup es N y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 17. Si GABA es VL y obj_sup es VF y velocidad es VF entonces velocidad es STOPPED. 18. Si Serotonina es VL y obj_sup es VC y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 19. Si Serotonina es VL y obj_sup es C y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. 20. Si Serotonina es VL y obj_sup es N y velocidad es VF entonces velocidad es VERY FAST. Cuando el usuario no tiene depresión la silla debe obedecer la velocidad a la que viaja el usuario, puesto que no tiene en ese momento no existe riesgo.

Implementación La aplicación desarrollada es una simulación, la cual tiene implementada la toma de desiciones. Se utilizaron las siguientes herramientas:

• Apache Tomcat 5.0 • PosgreSQL 8.2 • XHTML • SVG

Para la visualización de la aplicación se puede utilizar Mozilla Firefox u Opera. Se crearon tres archivos: casa8, Codigoparget y recinfo4, como se muestra en el esquema de abajo. El archivo casa8.jsp se encarga de crear la interfaz gráfica de usuario

Coloca el mapa de la casa El formulario Los puntos hacia donde puede avanzar la silla

Esté archivo se realizó usando código XHTML

Para leer y mostrar el formulario Hacer la consulta a la base de datos

SVG. Para ubicar los puntos específicos en la casa

El archivo recInfo4 recibe la información del formulario como es:

Velocidad Extremidad Neurotransmisor Nivel de neurotransmisor

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Objeto seleccionado Con la información dada se hace la consulta a la BD para obtener la demás información del objeto. Después se evalúan los datos y se determinan la velocidad. Se creo la base de datos (BD) llamada casa. En esta se guardo la ubicación de cada punto. El archivo codigoparget sirve para pasar la información de la interfaz de usuario a recinfo4 para ser analizada.

Archivo jspCasa8

Crea la interfaz de usuario

Archivo jsCodigoparget

Pasa los parámetros de una archivo a otro

Archivo jsprecInfo4

Evalua datos recibidos

BD casaContiene la ubicación de

lugares especificos

Consulta a la BD

Consulta a la BD

Envía información recibida

Envía información recibida

Envía resultado

Relación de los programas y la base de datos

Para ejecutar la interfaz se necesita poner la carpeta que contiene los archivos casa8.jsp, codigoparget.js y recInfo4.jsp dentro de la ruta

C:\Archivos de programa\Apache Software Foundation\Tomcat 5.0\webapps Posteriormente se inicializa el servidor Tomcat, después se inicializa postgres, por ultimo desde Mozilla u Opera se carga el archivo casa8.jsp, usando la ruta:

http://localhost:8080/ carpeta que contiene los archivos/casa8.jsp La interfaz se muestra en la figura siguiente, del lado izquierdo encontramos el mapa de la casa y del lado derecho esta el formulario. Primero se debe seleccionar del formulario las opciones deseadas. Las opciones a elegir son: Habitación: es la habitación de la casa en donde ingresara la silla de ruedas Velocidad: es la velocidad actual de la silla de ruedas Presencia de extremidades: es indicar si el usuario de la silla de ruedas tiene alguna o ambas de las extremidades superiores fuera de la silla. Presencia del neurotransmisor: es indicar cual neurotransmisor este presente Nivel del neurotransmisor: se indica el nivel del neurotransmisor elegido Después se da clic en enviar la información

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Después de enviar aparece en el mapa círculos rojos en la habitación indicada por el usuario, como se observa en la imagen siguiente. Los círculos rojos muestran los lugares en donde puede ir la silla, el cuadro amarillo representa la silla de ruedas. En la figura inferior se seleccionó la cocina, así que en esta habitación aparecen varios círculos rojos, se debe seleccionar uno de ellos.

Una vez dado clic sobre el círculo, se procesa la información seleccionada junto con la de la base de datos, para después mostrar el resultado, como se observa en la figura de abajo. El resultado arrojado por la aplicación es el dado por Velocidad nueva. Aparte de mostrar la velocidad nueva también se proporciona la seleccionada por el usuario como es

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Extremidad Velocidad Neurotransmisor Nivel del neurotransmisor Se proporciona si existe depresión según el nivel del neurotransmisor. La información recuperada de la base de datos también es mostrada, por ejemplo: objF.- es la distancia a la que se encuentra un objeto de frente objLi- es la distancia a la que se encuentra el objeto a lado izquierdo objLD- es la distancia a la que se encuentra el objeto a lado derecho prep- representa la presencia o ausencia de piso objSup- proporciona la distancia del objeto superior

Pruebas y resultados Se toma la recamara principal para hacer pruebas como se observa en la siguiente imagen. El punto en donde deseamos que la silla acuda es el indicado con el círculo más grande.

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Del lado derecho observamos que el usuario de la silla de ruedas tiene la extremidad izquierda fuera de la silla, lleva la silla a una velocidad muy rápida, selecciono la norepinefrina a un nivel bajo. El neurotransmisor seleccionado y el nivel elegido producen depresión como se observa en la figura superior. El objeto seleccionado tiene problemas con los objetos de los costados. La aplicación al analizar los datos determina que la silla debe detenerse porque el usuario esta en riesgo. Veamos otro ejemplo, continuamos en la recamara principal, el usuario de la silla de ruedas tiene ambas extremidades fuera de la silla, la silla va a velocidad normal, la norepinefrina esta a un nivel muy bajo, por lo cual existe depresión en el paciente. La silla esta se dirige al punto rojo grande, suponemos que parte de la entrada de la habitación hacia el punto mencionado. Así que corre peligro porque del lado derecho se encuentra un mueble cercano, por lo cual la aplicación analiza la información y por medio de la toma de desiciones se reduce la velocidad a muy baja

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Ahora analicemos otro ejemplo, supongamos que el usuario de la silla decide ir hacia la cocina, así que parte desde la recamara de los niños. El usuario de la silla tiene ambas extremidades superiores fuera de la silla, va a velocidad rápida y la norepinefrina esta en nivel muy bajo. EL neurotransmisor seleccionado y el nivel elegido producen depresión. La distancia superior hace que la silla se detenga, pues se detecto un objeto superior muy cerca, así que puede estar en riesgo el usuario.

Otro caso puede ser en la sala, el usuario de la silla sale de la recama e ingresa a la sala, en el circulo grande se encuentra el usuario, tiene un brazo derecho fuera de la silla, esta detenido en el punto indicado. No presenta depresión y se encuentra un objeto del lado derecho muy cerca.

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En este caso como el usuario no tiene depresión y esta detenido la silla debe conservar la misma velocidad (velocidad cero).

Otra prueba en la sala, es cuando el usuario va a una velocidad rápida, la epinefrina esta muy baja, por lo cual produce depresión. No tiene ninguna extremidad fuera de la silla, el usuario de la silla se encuentra frente a la televisión. Se detecta un objeto de frente a la silla muy cercano. Por lo cual la silla analiza los datos y decide detener la silla.

Análisis de resultados

Al analizar las pruebas de la aplicación observamos en todos los casos que la silla protege al usuario siempre y cuando el este deprimido, pues es cuando se convierte más

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vulnerable a tener accidentes; puesto que se mezclan varios estados de animo como se menciono en los antecedentes. La silla toma en cuenta el estado de ánimo debido a que contempla la depresión, también examina si el usuario tiene alguna extremidad fuera de la silla y verifica la distancia de los objetos. Al hablar de distancias se refiere a explorar la distancia de los objetos que se encuentran a los costados de la silla y verificar si tiene alguna extremidad fuera de la silla. También verifica la presencia o ausencia de piso y la distancia de los objetos que puedan estar en la parte superior. Como se menciono en los antecedentes, en los avances más recientes de las sillas de ruedas encontramos varias novedades, por ejemplo el prototipo que lee el pensamiento para mover la silla, o el caso de la silla que se mueve a partir de mirar hacia un lado u otro, todos estos estudios permiten la movilidad del usuario. Mas no contemplan que el hecho de estar sobre una silla de ruedas es frustrante y desgastante y por lo tanto el usuario puede caer en depresión. Todas las sillas encontradas no contemplan las emociones del usuario. Así que la silla propuesta en este trabajo es algo no estudiado, por lo tanto es de alta relevancia, ya combina muy elocuentemente la parte emocional del individuo y el análisis del medio en el que se ubica la silla. Dando así una mejor protección al individuo y también aseguramos que la silla no pueda ser usada para hacerse daño.

Conclusiones Como se puede observar a lo largo de este documento, con la ayuda de la administración de conocimiento, en concreto la lógica fuzzy y de herramientas de ingeniería de software como el modelado de diagramas en UML, la programación en jsp, etc., se realizó un simulador que presenta una casa con espacios amplios y también reducidos, lugares donde el discapacitado de forma intencional o accidental podría poner en peligro su integridad física. Éste simulador evalúa las condiciones en las que se encuentra el usuario emocionalmente, la velocidad a la que se mueve la silla y las distancias con los objetos que la rodean, para arrojar como resultado cambiar o conservar la velocidad usada por el usuario.

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Referencias: 1. Smith N., Cuadraplejia y paraplejia, http://www.swedish.org/115153.cfm 2. Rodríguez B., Médula espinal, Paraplejía

http://www.monografias.com/trabajos16/medula-espinal-paraplejia/medula-espinal-paraplejia.shtml

3. Salgado Y., Márquez B, Calidad de vida de los pacientes con paraplejía secundaria a lesión vertebral traumática, Rev. Acta Ortopédica Mexicana, edición 2007, vol 21, num 1

4. Población con discapacidad, INEGI, “XII Censo General de Población y Vivienda, 2000”

5. Apuntes de Población de Baja California, Edicion 2006, Vol 3 6. Silla de ruedas, http://es.wikipedia.org/wiki/Silla_de_ruedas 7. Dupes, B.,Silla de ruedas antes y ahora

http://www.accesible.com.ar/recursos/diversidad/un-poco-de-historia-sobre-la-accesibilidad/

8. Sawatzky,B, Wheeling in the new millennium, http://www.google.es/translate?u=http%3A%2F%2Fwww.wheelchairnet.org%2FWCN_WCU%2FSlideLectures%2FSawatzky%2FWC_history.html&langpair=en%7Ces&hl=es&ie=UTF8

9. Automatic wheelchair Wheel Locks/Brames save Falls and injuries, http://www.saferwheelchairs.com/

10. Cardinal, R. Emotions and motivations, 11. ThePrimary Care Psychological Treatment Service (Panic Manual),

Departament of Psychological Treatment Services, Addenbrooke’s Hospital Cambridge

12. Garcia L., La perspectiva de genero en el proceso de adaptación a la lesión medular, Tesis doctoral, 2006, Universidad de Oviedo.

13. Humberto Gutierrez and Christopher Ormsby, A Brief Introduction to the Brain, Instituto de Fisiologia Celular, UNAM.

http://www.ifisiol.unam.mx/Brain/index.htm 14. NeuroScience, Introduction to the Nervous System https://www.neurorelief.com/index.php?option=com_content&task=category&sectionid=8&id=26&Itemid=48 15. Melissa Kaplan, Neurotransmitters Play a New Role in Health, 2003

http://www.anapsid.org/cnd/hormones/neurotransmitters.html 16. Dr. C. George Boeree, “Neurotransmitters”

http://webspace.ship.edu/cgboer/genpsyneurotransmitters.html 17. Vila, J., Fernández, Activación y conducta. Madrid. Alambra 18. All psych online http://allpsych.com/about.html 19. Cross Road Institute http://www.crossroadinstitute.org/neurotransmit.html 20. Universidad de electro-comunicaciones Japón http://www.uec.ac.jp/eng/ 21. Universidad de Bremen

http://www.informatiek.uni-bremen.de/rolland/index_e.htm 22. Journal of Rehabilitation Research and Development

http://www.rehab.research.va.gov/jour/05/42/4/simpson.html 23. Chauhan, S.; Sharma, P.; Singh, H.R.; Mobin, A.; Agrawal, S.S. TENCON

2000. Design and development of voice-cum-auto steered robotic wheelchairincorporating reactive fuzzy scheme for anti-collision and auto

42

routing. In: Proceedings Volume 1, Issue , 2000 Page(s):192 - 195 vol.1 Digital Object

24. Nara Institute of Science and Technology Robotics lecture

http://robotics.naist.jp/research/watson/index_e.html