Tabla de Contenido - Capítulo I

Capítulo I: Introducción

La Realidad Virtual como Instrumento de Asistencia Tecnológica Inteligente y su Aplicación en el Aprendizaje de Personas con Impedimentos Motores

Capítulo I: Introducción

"La idea de personas sin impedimento o con impedimento (capacidad o incapacidad) no existe" (Lanier, 1993); es decir, puede ser un impedimento del observador, el focalizar su mirada en las limitaciones y no al potencial de la persona con impedimento.

Este trabajo explora el potencial de la tecnología de la realidad virtual como herramienta de colaboración para el desarrollo de las destrezas básicas para conducir una silla de ruedas motorizada. Ante esta tarea, se presenta la secuencia temática de la investigación.

Este estudio presenta la importancia y pertinencia que tiene desarrollar y explorar el campo de la tecnología de la realidad virtual como área de investigación y estudio dentro de la psicología. Una psicología que responde a un mundo, a una sociedad, que cada día depende más de la tecnología. Donde la distancia cada vez son mas cortas debido a las comunicaciones y donde puedo, por ejemplo, tomar clases a distancia ("Distance Learning"), sin la necesidad de estar físicamente en la universidad. La realidad virtual ofrece un campo fértil para la investigación y estudio de fenómenos psicológicos.

Posteriormente se elabora el concepto de aprendizaje, para luego explorar la presente situación en la relación "aprendizaje y personas con impedimentos motores". De esta relación surge la realidad virtual como una alternativa para el desarrollo de aprendizaje, por lo que se discute el concepto (realidad virtual), así como su desarrollo histórico y las particularidades y atributos como una tecnología de novedosa aplicación.

Luego de explorar algunas aplicaciones de la realidad virtual en el campo de la psicología, se discute, conceptualmente, la relación de dicha tecnología y la Asistencia Tecnológica Inteligente. Como preámbulo a la presentación de la pertinencia de esta investigación, se desarrolla algunas aplicaciones de la realidad virtual para las personas con impedimento. Posteriormente, se presenta los objetivos e hipótesis del estudio, así como la metodología, resultados y discusión de los hallazgos.

En la siguiente sección se elabora el tema de la pertinencia de la realidad virtual dentro del campo de la psicología.

Pertinencia de la realidad virtual en el campo de la Psicología

Krueger (1991) considera el encuentro entre el ser humano y la máquina como el drama central de nuestros tiempos. También considera que la relación de mayor impacto a lo largo de la historia ha sido la del ser humano y la computadora. En los pasados años el desarrollo experimentado por el campo de las computadoras ha alcanzado una máxima expresión en los tópicos relacionados a los espacios tri-dimensionales y lo que se conoce como "realidad virtual". La realidad virtual ha captado la atención de los medios debido a la posibilidad de introducir a un usuario en un ambiente o escenario que simula la realidad física mediante el modelamiento tri-dimensional, visualización inmediata de posición y video generado por computadora (MCI, 1997). Al referirnos a realidad virtual debemos ofrecer una definición que posteriormente desarrollaremos en la sección "Definiciones de Realidad Virtual". Podemos decir que la realidad virtual es una aplicación que deja al usuario navegar e interactuar con objetos y escenas tri-dimensionales, un ambiente en tiempo real generado por computadora. Este tipo de sistema tiene tres elementos principales: la interacción, las gráficas tri-dimensionales y la inmersión.

El nuevo campo tecnológico que ofrece la realidad virtual brinda un sinnúmero de áreas de investigación, a demás de una amplia gama de terminología técnica con la cual estaremos obligados a lidiar (Apéndice I). La mayoría de las investigaciones sobre realidad virtual parten de las disciplinas de ingeniería, ciencias de cómputos, matemáticas, ciencias naturales, y su mejor cliente, las ciencias militares. En estos momentos son pocos los programas de psicología que están trabajando con realidad virtual (Santiago, 1997). Dado que la realidad virtual se basa principalmente en la percepción y sensación humana, surge la preocupación sobre el rol que debe tomar el campo de la psicología ante ésta nueva tecnología.

Las integración de aspectos psicológicos en las investigaciones con la tecnología de la realida virtual han logrado éxito; como un ejemplo de esto podemos señalar la disminución de la ansiedad en pacientes que padecen de fobia a las alturas (North, North & Coble, 1996). El uso terapeútico del ambiente virtual incluye sistemas de interacción muy creativos que reducen la ansiedad y el éstres. Por ejemplo, un dentista utiliza unos "datagloves" tri-dimensionales para entretener o distraer la atención de los pacientes mientras están sentados en la silla siendo intervenidos. Este recurso tecnológico también es utilizado para tratamiento de fobias, para desarrollar destrezas, y para adiestramiento con personas con impedimentos. Un ejemplo de este tipo es el uso de ambientes virtuales para el adiestramiento y uso de guaguas virtuales en distintas rutas de viaje, de tal forma que la persona con impedimentos pueda aprender a utilizar los sistemas de transportación públicos (ATP, 1995).

North, North & Coble (1996) señalan grandes logros obtenidos mediante el uso de la realidad virtual en la intervención con distintos desórdenes psicológicos. Estas técnicas se han utilizado en tratamiento de agorafobia (miedo a lugares abiertos), acrofobia (miedo a ascender a lugares muy elevados), miedo a volar (Strickland, Hodges, North, Weghorst, 1997), desórdenes alimenticios (Riva, 1997), entre otras fobias.

La necesidad de continuar estudios en éste campo es evidente. Dentro de las áreas de mayor necesidad de investigación se encuentra la percepción, esto debido a la meta de establecer ambientes virtuales que imiten con mayor rigurosidad el ambiente físico. Otra área es el aprendizaje, área de investigación que brinda grandes espectativas de crecimiento y ampliación para la población con impedimentos, debido a la posibilidad de utilizar ambientes virtuales para desarrollar destrezas o habilidades, así como utilizar esta tecnología como herramienta de asistencia, aspecto fundamental para el presente estudio.

Ante el gran campo de posibilidades de acercamientos que comprende la realidad virtual y la psicología, la presente investigación explora el desarrollo de aprendizaje de personas con impedimentos en la actividad de conducir una silla de ruedas motorizada dentro de un ambiente virtual generado por computadoras. Al darnos a la tarea de abordar este tema, surgen muchos interrogantes los cuales se intentarán responder sistemáticamente. Debemos comenzar por preguntarnos cuáles son algunos de las definiciones conceptuales y acercamientos teóricos del aprendizaje, de acuerdo a la disciplina de la psicología. También debemos preguntarnos ¿que es realidad virtual?, ¿cuál ha sido el trasfondo histórico de esta tecnología?, ¿cuáles son los equipos necesarios para poder desarrollar un trabajo con realidad virtual?, ¿es posible considerar el ambiente virtual como un escenario "seguro" para llevar a cabo actividades de simulación y aprendizaje?, ¿qué es asistencia tecnológica inteligente y cuál es su aplicación?, ¿qué consideraciones debemos tener presente al aplicar la tecnología de realidad virtual a una población con impedimentos?, ¿se ha obtenido éxito en la implantación de técnicas con realidad virtual con el propósito de resolver distintos aspectos o problemas presentes en la población con impedimentos? Preguntas que serán discutidas dentro del presente capítulo. Posiblemente surjan muchas más preguntas a lo largo de la investigación, algunas de las cuales podrán ser contestadas y otras, espero, motiven a incrementar el estudio e investigación de esta tecnología y su aplicación dentro del aspecto psicológico del aprendizaje.

En la siguiente sección se discute el concepto apresndizaje bajo varios marcos teóricos pertinentes para este trabajo de investigación.

Aproximaciones al aprendizaje

El aprendizaje es uno de los temas de mayor importancia en la psicología, y un concepto difícil de definir debido a los diferentes o variados métodos de acercamientos teóricos establecidos en la disciplina (Hergenhahn & Olson, 1993). La definición de aprendizaje propuesta por Hengerhahn y Olson (1993) señala al aprendizaje como un cambio relativamente permanente en conducta o en potencial en conducta que resulta de la experiencia. El término experiencia puede remitirse a los aspectos de estudio, instrucción, exploración y experimentación. Por otro lado, el término conducta principalmente se refiere a que el aprendizaje es identificado por un cambio de conducta, por tanto, los resultados del aprendizaje "usualmente" estarán mediados por conductas observables. Por último, el término relativamente permanente señala que la conducta no es transitoria ni fija. Los cambios en conducta no siempre ocurren inmediatamente la experiencia de aprendizaje tiene lugar, sino que la persona tiene un potencial de actuar aunque no se haya presentado la conducta de forma inmediata.

A pesar de que el enfoque principal en la investigación se dirige al construccionismo desarrollado por Jean Piaget, es necesario señalar que existen un sinnúmero de teorías que describen el aprendizaje del ser humano desde distintos enfoques, tales como el acercamiento social cognitivo y conductista social. Estos enfoques dan razón (explican) las formas o métodos que el ser humano utiliza como herramienta para desarrollar aprendizaje. Dada la complejidad del ser humano no es posible considerar que hay una forma de aprendizaje, sino que el aprendizaje puede ser explicado desde diversos marcos teóricos, por tanto, para esta investigación cada uno tiene sus atributos.

Las teorías de aprendizaje social cognitivo señalan que el aprendizaje humano ocurre principalmente dentro de un ambiente social. Esto se lleva a cabo mediante una serie de factores; tal como la observación, donde las personas adquieren conocimiento, estrategias, reglas, creencias y actitudes. Como parte importante de esta dinámica del desarrollo, las personas aprenden conductas útiles o apropiadas mediante la observación de modelos (personas que sirve como ejemplo para un observador). Dentro de esta teoría del aprendizaje, se le da importancia a las funciones autoreguladoras (control que ejerce el individuo sobre eventos importantes de su vida) de los pensamientos y las acciones (Schunk, 1996).

La teoría conductista social que enmarca el aprendizaje por observación de Albert Bandura sigue esta línea de razonamiento, señalando que gran parte del desarrollo del aprendizaje proviene de la observación. Dentro del aprendizaje por observación entramos en el concepto de imitación. Para Bandura y Walter (1963; citados en Dicaprio, 1993);

"la simple observación de la conducta de un modelo parece ser suficiente para promover el aprendizaje".

Dentro de su teoría, el aprendizaje puede ocurrir como consecuencia de un refuerzo -estímulo que sigue a una respuesta y aumenta la probabilidad de que la respuesta repita la conducta, o mediante el moldeamiento -cuando surge una nueva respuesta al reforzar aquellas que progresivamente son como la que se desea-.

Otro aspecto fundamental señalado por Thorndike, y presente entre los métodos utilizados para el aprendizaje, es el ensayo y error. Mediante el ensayo y error se produce aprendizaje, y con el refuerzo se selecciona la conducta deseada o correcta. También ocurre aprendizaje mediante nuestros propios esfuerzos, pero la proporción de ese aprendizaje es pequeña comparada con el aprendizaje por observación (Papalia & Olds, 1992). La observación de las conductas de un modelo conduce a un aprendizaje rápido y dismunuye o evita el error.

Por otro lado, el enfoque construccionista de Piaget señala que el ser humano nace con una serie de herramientas (reflejos, con una fisionomía partícular de su especie, y capaz de interactuar con su ambiente). Esta forma de interactuar con su ambiente se refiere a la tendencia mental para organizar y adaptarse al medio. A pesar de que el infante desconoce prácticamente todo acerca del mundo, "tiene el potencial para conocerlo todo"; potencial que se encuentra continuamente en crecimiento y toma una secuencia ordenada. Piaget indica que el niño "construye un modelo del mundo" mediado por el sistema sensorial (perceptual) y el sistema motor (movimiento físico) (Miller, 1993). Esta interpretación del mundo dependerá de la etapa en que se encuentre el niño. Dentro de ésta representación del mundo se encuentra un número de estructuras congnoscitivas básicas llamadas esquemas. Un esquema es una unidad básica cognoscitiva; "es un patrón organizado de comportamiento que la persona utiliza para pensar y actuar en una situación (Papalia & Olds, 1992).

Dentro del enfoque biológico-darwinista (sobrevivencia biológica) de la teoría de Piaget, se observan dos actividades complementarias: adaptación y organización. Ambos procesos invariantes y funcionales de la vida biológica e intelectual, ya que están presentes a través de todo el desarrollo humano (Hergenhahn & Olson, 1993).

El proceso de adaptación se subdivide en asimilación y acomodación. La asimilación se refiere a la introducción de material o información del ambiente o entorno (Hergenhahn & Olson, 1993). Es la incorporación de un objeto, experiencia o concepto nuevo dentro de las estructuras cognoscitivas ya existentes. Es decir, por asimilación se explicaría el hecho de que el organismo adapta a sus propias estructuras las información tomada del medio ambiente. De modo análogo al proceso de metabolismo se conciben los procesos de intercambio intelectual o cognitivo: el organismo no se comporta pasivamente en la adquisición de experiencias, sino que altera los contenidos del medio ambiente, imprimiéndoles la propia estructura (Dorsh, 1991).

"La asimilación mental consiste en la incorporación de los objetos dentro de los esquemas del comportamiento, esquemas que no son otra cosa sino el armazón de acciones que el hombre puede producir activamente en la realidad" (Piaget, 1949; citado en Dorsh, 1991).

Por otro lado, la acomodación se refiere a las modificaciones o cambios en estructuras cognoscitivas ya existentes para incluir experiencias nuevas (Papalia & Olds, 1992).

El proceso de organización, factor importante en el desarrollo del aprendizaje, exige cambios en las estructuras mentales básicas; estos cambios producen intercambios e interacción entre el organismo y el entorno. El desarrollo cognoscitivo eficaz depende tanto de la experiencia acumulada como de las estructuras cognoscitivas existentes. La perfecta compenetración de ambos aspectos permite el adecuado equilibrio (Hergenhahn & Olson, 1993).

Los procesos complementarios de asimilación y acomodación conducen a una forma de estabilidad mental conocida como estado de equilibrio (pugna por el balance cognoscitivo). Sin embargo, este equilibrio permanece intacto e inmóvil por muy poco tiempo; sólo hasta que información nueva del entorno sea asimilada y acomodada por el organismo lo que resulta nuevamente en desequilibrio. Esto es parte del dinamismo del organismo y de su incertidumbre como ente activo y pensante.

Muchas críticas se han hecho a la teoría de Piaget. De acuerdo a Brown y Desforges (1984), Piaget realiza una serie de afirmaciones y conjeturas que llevan a la teoría más allá de los datos sobre los que se fundamenta: se afirma, así que la estructura y secuencia de las fases del desarrollo son universales, que pueden hallarse en todos los niños con independencia del contexto cultural. Se especula la forma de adquisición cognoscitiva es la misma, con independencia de la cultura de procedencia. Sin embargo, esto no significa que se admita que no se produzcan diferencias mediadas por las experiencias culturales; por el contrario, el papel de la "experiencia" es amplio y se reconoce su valor (Brown & Desforges, 1984).

En este sentido, Donald A. Norman, profesor y director del Instituto de Ciencias Cognitivas en la Universidad de California, resalta la relación entre la experiencia y el aprendizaje. También señala que el aprendizaje y la memoria están muy relacionadas, aunque el aprendizaje es más que el simple recuerdo: involucra la habilidad en la ejecución de una tarea con destreza;

"Learning involves purposeful remembering and skillful performance" (Norman, 1982, p.3; citado en Hergenhahn & Olson, 1993).

Norman toma como punto importante la obtención de información mediada por la experiencia, aspecto frecuentemente utilizado en el discurso sobre desarrollo cognitivo.

"In the language of one of the foremost investigator of cognitive development, Jean Piaget, the organism learns by constructing sensorimotor schemas (schemata). It extracts the relationship between the information picked up by its sensory system and its actions (motor activities). A sensorimotor schema is a plan (a schema) for performing an organized sequence of actions to perform some specific act, coordinating the information picked up by the sensory system with the necessary motor (muscle) movements. The acts of eating, walking, or riding a bicycle require their own well-develop sensorymotor schemas. In order to construct these schemas the organism must be particularly sensitive to certain kinds of consecuences, such as those associated with a desirable and necessary out-come, like food." (Lindsay & Norman, 1977, p. 500, citado en Hergenhahn & Olson, 1993).

La experiencia obtenida por una persona "puede llevarlo a un mejor desempeño" (potencial) al realizar una tarea, tal como caminar, solución de problemas, conducir un automovil o una silla de ruedas, no importa sus capacidades o limitaciones.

En este sentido, Wood, Bruner y Ross (1976, citados en Lizama, 1998), introducen uno de los postulados vygotskianos el cual trabaja con la metáfora de andamio. Con esta metáfora "describen características específicas de las interacciones que dan lugar al desarrollo humano". Por tanto,

"…el individuo es un edificio que se auto construye, un potencial de ser que progresivamente tomará forma con el apoyo (andamio) del medio social. Así, es este medio quien asume la responsabilidad de apoyar y propiciar el desarrollo del individuo hacia niveles superiores de funcionamiento y organización mediante la estructuración de experiencias retantes que se ajustan a sus capacidades actuales y próximas" (Bruner, 1986, citado en Lizama, 1998).

La dificultad de lograr este apoyo (andamio) se encuentra "cuando las experiencias se ven limitadas debido a la presencia de un impedimento que produce el encerrar una mente en un cuerpo que casi no funciona" (Lizama, 1998).

Presente situación en el encuentro del aprendizaje, las personas con impedimentos motores y la silla de ruedas motorizada.

Tal como señala Norman (1982, citado en Hergenhahn & Olson, 1993) en su definición de aprendizaje, la experiencia toma una posición esencial o primordial. Sin embargo, la definición confronta problemas al ser aplicada dentro del marco situacional de las personas con impedimentos motores severos; no porque el proceso de la experiencia no contribuya al aprendizaje, sino por lo que implica la reducción o limitación de la gama de experiencias vivenciales. Por ejemplo, el uso de una silla de ruedas contribuye de gran manera al desarrollo, mantenimiento o re-establecimiento de independencia de las personas con impedimentos (Hays, Jaffe & Ingman, 1985), pero en las poblaciones que presentan severos impedimentos físicos-motores esta herramienta asistiva (silla de ruedas) no siempre puede ser utilizada. Esto debido al grado de inseguridad y descontrol vínculado al proceso de aprendizaje al conducir una silla de ruedas motorizada. Las personas con este tipo de impedimento presentan dificultades de coordinación motora (movimientos finos y/o gruesos) y las habilidades (motoras) varían de sujeto a sujeto, aunque estén diagnósticados bajo una misma condición (de impedimento). Las personas con impedimentos que desean utilizar una silla de ruedas motorizada enfrentan la situación de la inexistencia de un proceso estructurado de aprendizaje para el manejo de este equipo asisitivo lo que proporciona características de riesgo a la seguridad personal (caídas, choques, lesiones, etc.) debido a los problemas de coordiación motora gruesa y/o fina, así como un proceso de aprendizaje basado principalmente en el ensayo y error. Breed y Ibler (1982; citado en Hays, Jaffe & Ingman, 1985) añaden que el movimiento independiente que brinda la silla de ruedas motorizada es análogo al uso de un automóvil, ya que requiere de un cuidado en la selección y adiestramiento para conducirlo. El aprender a conducir una silla de ruedas requiere, al igual que conducir un automóvil, el enfrentar una serie de riesgos. Estos riesgos pueden causar, en el peor de los casos, accidentes, problemas de salud y sentido de inseguridad, desconfianza y frustración.

El ambiente virtual alienta la actividad que envuelve el aprendizaje y brinda a su vez una experiencia de control sobre el proceso mismo de aprendizaje (Pantelidis, 1993, citado en Standen & Cromby, 1995). La importancia de la actividad dirigida por sí mismo es un aspecto prioritario en las teorías del desarrollo de Bruner, Vygotsky y Piaget (Wood, 1988, citado en Standen & Cromby, 1995). La realidad virtual surge entonces como herramienta de apoyo y asistencia para el desarrollo de experiencias "beneficiosas" en la educación, ya que se ha obtenido resultados que afirman un nivel de transferencia de conocimientos y experiencias nuevas aprendidas en ambientes de realidad virtual y reflejadas (transferidas) en ambientes reales (Standen & Cromby, 1995; Hasdai, Jessel & Weiss, 1998). Ante esta situación, surge el espacio de simulación generado por computadora como alternativa de adiestramiento para la conducción de una silla de ruedas motorizada.

La realidad virtual

En esta sección se explora varias definiciones del concepto realidad virtual. Luego, se presenta, brevemente, su desarrollo histórico de la tecnología de la realidad virtual con el propósito de evidenciar "la juventud". También se identifican algunas de las particularidades y atributos presentes en esta tecnología.

Definiciones de realidad virtual

Dado el impacto y la potencial aplicación que presenta esta novedosa tecnología de la realidad virtual en el aprendizaje, es necesario conceptualizar el término, así como presentar su desarrollo y alcance. El uso contemporráneo del término virtual proviene de la ingeniería de los programas ("software") de computadoras. Los científicos del campo de las computadoras frecuentemente utilizan el término "memoria virtual" para describir la memoria de RAM o memoria de trabajo. Cada vez que se utiliza la palabra "virtual" se hace referencia a una realidad que no es formal, que no es una realidad "bona fide" (Helsel & Roth, 1991). Cuando describimos el "ciberespacio" o la realidad virtual como un espacio virtual, no definimos un espacio actual, sino algo que existe (de forma concreta o física) y contrasta con el espacio real o físico, pero que opera como si estuviese en un espacio real (Heim, 1991). Por otro lado, Osberg (1997) le resta un poco de importancia a la relación metafórica que se ha realizado con el espacio cibernético y el espacio real, resaltando que "el ciberespacio no es un lugar sino una experiencia."

Existe un sinnúmero de definiciones acerca de lo que conocemos como "realidad virtual". Esto se debe a la diversidad de aspectos a los que se puede aplicar dicha tecnología. Partiendo de lo más básico, el diccionario define la palabra realidad como "la cualidad o estado de ser real o verdadero". Por otro lado, define la palabra virtual como "que existe o resulta en esencia o efecto pero no como forma, nombre o hecho real". La palabra virtual proviene del lenguaje medieval en Europa. Duns Scotus (quién murió en 1308) dío a este término una connotación tradicional. La palabra en latín "virtualiter" sirve como pieza central en su teoría de la realidad. Mantiene el concepto de las cosas contienen un atributo empírico que no sustenta un aspecto formal, como si las cosas conocidas estuviesen aparte de la observación empírica (Heim, 1991). La Realidad Virtual, como concepto neo-tecnológico, ha sido definida de varias maneras (Facultad de Ingeniería, UNAM, 1997):

1. como un entorno en tres dimensiones sintetizado por computadora en el que varios participantes acoplados de forma adecuada pueden atraer y manipular elementos físicos simulados en el entorno y, de alguna manera, relacionarse con las presentaciones de otras personas pasadas, presentes o ficticias o con criaturas inventadas.
2. como un sistema interactivo computarizado tan rápido e intuitivo que la computadora desaparece de la mente del usuario, dejando como real el entorno generado por la computadora, por lo que puede ser un mundo de animación en el que nos podemos adentrar.

Sheridan (1992; citado en North, North & Coble, 1996) ofrece una definición de la realidad virtual que emerge desde el punto de vista de la "interacción del ser humano y la computadora" ("Human-Computer Interaction"). De acuerdo a Sheridan, la realidad virtual ofrece un nuevo paradigma en la relación ser humano-computadora, en la cual el ser humano ya no se encuentra como un observador externo de los datos o imágenes en la pantalla de una computadora. La realidad virtual es distinta a las pantallas ("displays") tradicionales, en que se muestra gráficas en computadoras, ya que ésta nueva tecnología integra sentido de presencia o inmersión en el mundo virtual (Hodges et al, 1995; citado en Advanced Technology Program [ATP], 1995).

Otros definen la "realidad virtual" como un ambiente generado por computadora interactivo, donde imágenes virtuales pueden interactuar mediante procesos especiales y modalidades no-visuales, tal como auditiva, táctil, entre otras, y así "convencer" al usuario de que esta inmerso en un espacio sintético (generado por computadora) (Ellis, 1994, citado en North, North & Coble, 1996).

Una definición un poco más práctica es la que entiende la "realidad virtual" como aquella forma de trabajo en la que el ser humano puede interactuar totalmente con la computadora, generando espacios virtuales donde es posible desempeñar tareas y donde puede comunicarse con la computadora a través de dispositivos periferales o "equipos de interacción" ("head mounted display", "dataglove", etc.) (North, North & Coble, 1996; Fac. de Ingeniería, UNAM, 1997). Es un mundo que consiste de objetos tri-dimensionales los cuales pueden ser observados, escuchados, y tocados (Browning, Cruz-Neira, Sandin & DeFanti, 1993). Utilizando estos "equipos de interacción", -"head mounted display", "Dataglove", rastreador, etc. (Casey, 1994)-, el usuario puede visualizar e inclusive, "entrar" en un espacio virtual creado por computadora, una realidad alternativa donde el sujeto participa activamente (Sheneman, 1997). Al usuario mover la cabeza, dar órdenes verbales, y/o mover la mano, se lleva a cabo una interacción con el ambiente virtual. La cabeza o la mano parecen ser transportadas y expuestas al moverse dentro la escena generada por computadora (Fac. de Ingeniería, UNAM, 1997).

En resumen, podemos sintetizar la definición de realidad virtual a "una forma en que el ser humano visualiza, manipula e interactúa con las computadoras y con datos extremadamente complejos" (Isdale, 1993).

Desarrollo histórico de la realidad virtual

Para poder entender el desarrollo de la realidad virtual expondremos en esta sección una descripción breve de su trasfondo histórico, con el propósito de evidenciar su reciente desarrollo. De esta forma nos remontaremos "virtualmente" al inicio de este siglo para presentar algunos de los primeros trabajos prácticos del ser humano ante su interés por experimentar y observar escenas o eventos sensoriales artificiales de forma tri-dimensional.

Para el 1903, ya estaba disponible a la audiencia un proyecto a gran escala de películas tri-dimensionales. A este trabajo le siguieron otros, como Telecinema (1951), el cual representó un gran trabajo en la producción de películas tri-dimensionales, ya que disponía de sonido estereofónico (Hayes, 1989; citado en Carande, 1993).

Para el 1963, el sistema Sensorama, creado por Mort Heilig, combinaba movimientos tri-dimensionales y sonido, así como retroalimentación táctil y olfativa (Carande, 1993). El sistema Sensorama es considerado por algunos el primer sistema de entretenimiento de realidad virtual (aunque el sistema no era interactivo). El equipo funcionaba de la siguiente forma: una sóla persona colocaba su cabeza en un visor del Sensorama y experimentaba una variedad de "realidades" tri-dimensionales, provenientes de la experiencia virtual de correr una motora por la ciudad de Nueva York (Helsel & Roth, 1991). Por primera vez el objetivo fue completamente artificial, la recreación de experiencias en todas las dimensiones (Krueger, 1991; citado en Carande, 1993).

Para la década del 1960, y en la Universidad de Utah, Ivan Sutherland logró el próximo paso en el desarrollo de gráficas computadorizadas al utilizar el "head mounted display" que permitía que las personas "miraran a su alrededor" dentro de un cuarto gráfico generado por computadora con sólo girar la cabeza.

"The fundamental idea behind the tri-dimensional display is to present the user with a perspective image which changes as the moves" (Sutherland, 1968; citado en Carande, 1993).

En el "head mounted display" dos pequeñas pantallas de tubos de rayos catódicos ("CRT"-como los utilizados en la pantalla en los televisores) generaban vectores gráficos que proveían una visión en estereo apropiada para cada ojo. En 1965, Sutherland diseñó el primer equipo para visualizar gráficas computadorizadas ("head mounted display") que también tenía un rastreador ("tracker") que permitía cambios de posición con el movimiento de la cabeza. El trabajo de Sutherland marcó de forma significativa el inicio de las investigaciones sobre la realidad virtual (North, North & Coble, 1996).

En 1967, Frederick Brooks en la Universidad de Carolina del Norte, inició un extenso estudio para explorar fuerza o sensibilidad al tacto mediante información de retroalimentación de forma táctil ("force feedback") utilizando computadoras (North, North & Coble, 1996). La información de retroalimentación realizada por el sistema ejercía presiones físicas o fuerzas hacia los equipos externos de la computadora, y de esta forma el usuario podía sentir la fuerza (peso y resistencia) que simulaba la computadora. El trabajo de Brooks fue una gran contribución y, a su vez, refleja el estado actual en que se encuentran los equipos externos que se utilizan en la realidad virtual (North, North & Coble, 1996).

A pesar de que la realidad virtual estaba fuera de las metas de las investigaciones, para la década de los 1970’s ocurrió una serie de cambios que dio margen a la misma. Las computadoras personales comenzaron a crecer en el mercado, dejando atrás al mercado de los "mainframe". También, se formaliza, dentro del campo de las ciencias de computadoras, la rama de "Interacción Ser Humano—Computadora, campo que ha tenido un gran crecimiento debido a que sirve de medio para la difusión a la audiencia en general, ofreciendo y sosteniendo razones para el uso y desarrollo de las tecnologías, así como sus aplicaciones y efectos (Helsel & Roth, 1991).

Luego de la reducción en costo de equipo de alta tecnología, y específicamente dentro del campo de la realidad virtual, desde 1986 hasta 1988, muchos investigadores reiniciaron sus estudios en dicho campo (North, North & Coble, 1996). A mediados de los años ‘80s, el Ames Research Center de la NASA inició el proceso para desarrollar un "head mounted display" (HMD) de bajo costo utilizando una pantalla de LCD ("Liquid Crystal Display"). En los últimos años, la investigación de la realidad virtual se ha realizado por distintas agencias. Entre ellas se encuentran: el gobierno, la industria, la academia e investigadores en su carácter personal. Esto ha llevado la realidad virtual a campos tales como los negocios, educación, entretenimiento, medicina y cuidado de la salud (North, North & Coble, 1996). También han surgido varios tipos de realidad virtual que proporcionan una mayor gama de posibilidades en el trabajo investigativo, ampliando las posibles áreas de intervención y tratamiento con esta tecnología.

Tipos de realidad virtual

Existen dos tipos de realidad virtual, respecto a lo que se podría decirse que mas que ser distintas, se complementan (North, North & Coble, 1996). Ambas varian pricipalmente en el sentido de inmersión. El primer tipo de realidad virtual se conoce como "realidad aumentativa", pretende que el usuario interactúe con el mundo virtual, pero sin dejar de recibir información (sin perder contacto) del mundo físico que le rodea. El uso en la medicina de la telepresencia (Hamit, 1997) y el trabajo actual dirigido al desarrollo del "Virtual Retinal Display" (VRD) (McIntyre, 1997), son ejemplos de este tipo de realidad virtual. Por otro lado, el segundo tipo de realidad virtual centra su esfuerzo en crear un ambiente y utilizar un equipo que facilite el sentido de inmersión del usuario, con el propósito de que éste reciba e interactue con el ambiente virtual, desfocalizando al sujeto del mundo físico que lo rodea. Para lograr este objetivo se requiere del uso de programación tri-dimensional altamente especializada, así como poder cumplir varios atributos y requisitos esenciales para la realidad virtual, los cuales se discutirán en la siguiente sección.

La creación o desarrollo de un escenario virtual, la inmersión y la percepción visual

En esta sección se explora una pequeña gama de productos de programación tri-dimensional disponibles en el mercado. También se presentan varios trabajos e investigaciones que han centrado su interés en el área de programación de espacios virtuales. Se señala la importancia de la motivación, la percepción visual, la salud y la seguridad, como elementos esenciales en el uso y aplicación de la realidad virtual. A demás se indican varios equipos externos o periferales ("head mounted display", "rastreador", etc.) utilizados para la navegación en ambientes o escenarios virtuales. Los programas ("software") utilizados para desarrollar ambientes tri-dimensionales son sumamente especializados. La creación de espacios y figuras tri-dimensionales permita el desarrollo y construcción de espacios generados por computadoras que simulen un ambiente físico (o real) y que incrementen el interés y la motivación del usuario, así como el nivel de inmersión del usuario o participante.

La creación de un escenario virtual

La integración de los equipos externos y los programas de computadoras especializados proporcionan las herramientas básicas para el desarrollo de la realidad virtual. El método comúnmente utilizado consiste de un HMD con el sensor de rastreo que actua direccionalmente y según el movimiento de la cabeza del sujeto, permitiendo al participante ver el mundo virtual desde su propio punto de vista. Este tipo de equipo permite un mayor sentido de inmersión en el mundo virtual (North, North & Coble, 1996a).

Uno de los trabajos de mayor impacto dentro de la realidad virtual se conoce como CAVE ("Cave Automatic Virtual Environment") (Pape, 1997). CAVE es un proyecto en la Universidad de Illinois en Chicago, creado por Tomas DeFortaine, el cual ofrece un sistema de inmersión total (North, North & Coble, 1996).

En el mercado podemos encontrar muchos y variados programas para crear ambientes o escenarios virtuales. Algunos de los programas más conocidos y utilizados son: VR Creator, World Up, World Tool Kit (utilizado para adiestramiento por la NASA para la misión especial del modulo Pathfinder en el planeta Marte), Realimation STE, dVise, Virtus, WalkThrough Pro, TrueSpace3, Theme Kit-Mind Render, entre otros. Los precios de estos programas fluctúan entre los de $500 hasta los $200,000 dólares (Feldberg, 1997).

A pesar de la limitaciones y altos costos que aún presentan los sistemas de realidad virtual esta tecnología ha captado la atención de muchos y sus posibles aplicaciones sólo se ven limitadas por la imaginación del ser humano (North, North & Coble, 1996). Los tipos de aplicación que puede tener la realidad virtual en el futuro es una pregunta que permanece abierta (Bryson, 1992; citado en North, North & Coble, 1996), pero ya se vislumbra su utilidad en campos tales como diseño de productos, en la farmaceútica, la biotecnología (ej.: modelos moleculares), aplicaciones médicas tal como la simulación de cirugías, incursiones arquitectónicas, y psicoterapia.

Motivación en la realidad virtual

Una de las mayores limitaciones actuales de los programas tri-dimensionales y los escenarios virtuales es que son poco atractivos (Inman, Loge & Leavens, 1997) debido a que en su mayoría, presentan colores oscuros y poca estimulación con objetos virtuales. Este problema surge, en parte, porque los diseñadores de los ambientes virtuales concentran su trabajo en las representaciones gráficas de planos inferiores (suelo o piso), olvidando muchas veces que es necesario la integración de objetos tales como: paredes, techo, cielo, etc. Esta situación afecta grandemente el nivel de motivación de los usuarios del programa de computadora, lo que es reflejado en su ejecusión dentro del ambiente virtual.

Dentro del aspecto motivacional del ser humano en la realidad virtual, North (1996) señala la efectividad en el mejoramiento y mantenimiento del aprendizaje e interés intrínseco. El interés contribuye al aprendizaje, por tanto, el efecto de "interés" como aspecto esencial para la motivación intrínseca. En este sentido, el ambiente virtual provee un sentido de presencia e inmersión que posibilita la creación de escenarios que estimulan la curiosidad e interés en el usuario, lo que resulta en aprendizaje (Roussos, Johnson, Leigh, Vasilakis & Moher, 1996).

El aspecto de la inmersión y percepción visual

Debido a la "excitante experiencia vivida por el usuario dentro de un ambiente de realidad virtual" (North, North & Coble, 1996) ha sido de mucho interés explorar su potencial aplicación para la educación, entrenamiento o adiestramiento, psicoterapia, entre otras áreas (Bricken & Byrne, 1993; North, North & Coble, 1995, citados en North, North & Coble, 1996). La motivación y el significado que las personas le asignan a la interacción con el mundo virtual (North, North & Coble, 1996; Daniel, 1995; Casey, 1994) no se limita a lo novedoso de la tecnología, sino que abarca el reto, la interactividad, el realismo, fantasía, cooperación e inmersión que proporciona (Malone & Lepper, 1987; citados en North, North & Coble, 1996). También se señala que la realidad virtual es una técnica de apoderamiento ("empowerment") que abre muchas posibilidades para el aprendizaje (Pantelidis, 1993, citados en North, North & Coble, 1996). A tales efectos, Gay y Santiago (1994, citados en North, North & Coble, 1996) indican la "gran efectividad en el uso de la realidad virtual para estimular el interés de los estudiantes" de Escuela Superior en las asignaturas de álgebra, geometría , ciencias y humanidades. En este sentido, la inmersión toma una posición importante dentro de la experiencia vivida en el ambiente virtual debido a que proporciona una experiencia más "real" o más "significativa" al sujeto. Posiblemente el beneficio más directo de la inmersión es la re-interpretación cognitiva del mundo.

En este sentido, Furness (1993, citado en North, North & Coble, 1996) y Howlett (1990, citado en North, North & Coble, 1996) indican que la inmersión es sólo experimentada cuando el campo de visión ("Field of View"-FOV) es mayor de los 60 grados o por lo menos se encuentra entre los 60 a 90 grados. Kalawsky (1993, citado en North, North & Coble, 1996) sugiere, aunque no se ha probado científicamente, que muchas de las tareas virtuales requieren un FOV de 100 grados o más para poder lograr un ambiente inmersivo. Esta sugerencia debe ser estudiada más a fondo para poder determinar cual FOV es requerido para la ejecución efectiva de distintos tipos de trabajos en ambiente virtual. La base teórica para éstas aseveraciones aún no está completamente clara. Por lo tanto, existen dudas en cuanto a su influencia o efecto dentro del fenómeno "inmersión" y su vinculación entre nuestros estímulos y la interpretación de lo que percibimos (North, North & Coble, 1996a).

El diseño de presentaciones visuales para el ambiente virtual es un asunto complicado debido a que el sistema visual humano es muy sensitivo a toda anomalía en la percepción de imágenes y escenas en movimiento (Larijani, 1994; Kalawsky, 1993, citado en North, North & Coble, 1996). Además, dentro del campo de la percepción y focalización de los estímulos que recibe el ser humano a través de los sentidos, no podemos desligarnos de la interpretación que hacemos de aquella información captada del medio ambiente, así como de la supresión de la información que entendemos no es importante (Rosenzweig & Leiman, 1992).

En resumen, el éxito en el uso y aplicación de la realidad virtual depende de programas tri-dimensionales con tiempo real de respuesta, así como escenarios que estimulen o motiven al usuario a utilizar el mismo. La percepción y campo visual -considerados importantes para el sentido de inmersión- reflejan la necesidad de percibir un ambiente que estimule su uso, y proporcionen un ambiente de seguridad y proteja su salud.

Seguridad y salud: herramientas esenciales para el uso del ambiente virtual

Un mundo virtual para el aprendizaje provee un espacio menos peligroso para desarrollar destrezas asociadas al diario vivir. En este escenario los errores son menos catastróficos y los estímulos pueden ser reducidos. Los programas pueden ser ajustados para permitir destrezas complejas, tal como juicio en la aproximación de la velocidad de un carro al momento de cruzar una calle, brindando así un espacio de prueba más seguro. Los ambientes pueden crearse y diseñarse de forma más compleja hasta llegar a escenas más realistas que ayuden a los sujetos a realizar funciones o tareas de forma segura en el mundo real (Strickland, 1996).

El desempeño del ser humano en ambientes virtuales es esencial para el éxito de ésta tecnología. Por tanto, es de vital importancia cuidar por la salud y bienestar de los usuarios que utilizan este ambiente. En las aplicaciones médicas, psicológicas, en fin, todas las ramas de la salud utilizan aplicaciones de realidad virtual ven en ella la posibilidad y la herramienta que facilita la intervención y aprendizaje con un mínimo de riesgo para los participantes.

En este sentido, se presenta la realidad virtual como un instrumento que puede facilitar el aprendizaje por medio de simulaciones (virtuales) de tareas complejas o que presentan mucho riesgo. Por lo tanto, una persona con impedimento que desea obtener una experiencia que pueda ser considerada como de riesgo, puede tener la alternativa de usar la realidad virtual como una herramienta complementaria a su necesidad de equipo de asistencia tecnológica (AT) o como medio para desarrollar destrezas básicas que son necesarias para el uso del equipos de AT que interesa.

En la siguiente sección se trabaja la relación entre el concepto de la realidad virtual y la Asistencia Tecnológica Inteligente.

Realidad Virtual y su relación con la Asistencia Tecnológica Inteligente

Luego de haber explorado el concepto de la realidad virtual debemos presentar su vinculación como herramienta tecnológica y asistiva para las personas con impedimentos. De esta forma expondremos y elaboraremos el concepto Asistencia Tecnológica Inteligente, las consideraciones básicas en su aplicación para las personas con impedimentos, así como algunos de los trabajos efectuados con algunos tipos de impedimentos.

Asistencia Tecnológica Inteligente

Según definido por el Proyecto de Asistencia Tecnológica de Puerto Rico (PRATP), un equipo de asistencia tecnológica es;

"Cualquier objeto, equipo, sistema o producto adquirido comercialmente, adaptado o construído a base de las características y necesidades particulares de cada persona con impedimento o deficiencias en el desarrollo". (PRATP, 1997).

Sólo en los Estados Unidos hay más de 20,000 equipos asistivos en el mercado, los cuales están clasificados en categorías de movilidad, ayuda visual, entre otras (Tabla 1). El desarrollo de estos equipos se basa principalmente en un diseño metodológico de control de acción, es decir, que el usuario del equipo es responsable de decidir cuándo usar el equipo, decidir qué hacer con el equipo, y cómo controlarlo durante el tiempo que lo esta usando (Barry, Dockey, Littman, & Barry, 1993). Un ejemplo de este tipo es una silla de ruedas motorizada, la cual asiste a personas con impedimentos de movilidad. La silla es controlada por un "joystick" que el usuario mueve hacia el frente, hacia atrás, y hacia los lados para ejecutar una acción. En este caso la silla no provee una interpretación de las acciones del usuario o de sus consecuencias.

En su trabajo "Intelligent Assistive Technologies" (IAT), Barry, Dockey, Littman y Barry (1993) presentan un concepto para el diseño de futuras generaciones de "equipos de asistencias tecnológica" para personas con impedimentos. Para producir una Asistencia Tecnológica Inteligente (IAT) se requiere añadir Técnicas de Inteligencia Artificial y Equipos de Interfases Avanzados (Tabla 2 y 3) al equipo de asistencia tecnológica básico (por ejemplo, una silla de ruedas). La interacción e integración de ambos componentes tiene como resultado un Equipo Asistivo Inteligente (Figura 1).

Todos los usuarios de asistencia tecnológica operan con algún nivel de desventaja, tal como la inhabilidad para escribir en el teclado o problemas visuales, lo que resulta en una de las principales barreras para el uso de computadoras para las personas con impedimentos físicos (Vanderheiden, 1997). Los equipos de Asistencia Tecnológica Inteligente tienen el propósito de reducir las diferencias en las habilidades de los sujetos para obtener mayores oportunidades de accesibilidad, fuentes y beneficios a nuestra sociedad (Barry, Dockey, Littman & Barry, 1993).

Tabla 1: Categorías y algunos ejemplos de Tecnologías Asistivas existentes (Barry, Dockey, Littman, & Barry, 1993).

Categorías:	Movilidad/ Balance	Ayuda Visual	"Modification of Everyday Device through enlargement or Voice Output"	Accesorios de Comunicación
Ejemplos:	Silla de ruedas motorizada Tubos o barras de mano en baños "Walker with wheels"	Magnificadores visuales "Head mounted display" Computadoras con carácteres	Números grandes en los relojes Calculadoras parlantes Relojes parlantes Diccionarios parlantes	Amplificador telefónico Teléfonos inhalambricos con botones grandes

Tabla 2: Tecnologías de Inteligencia Artificial (Barry, Dockey, Littman, & Barry, 1993).

Categorías:	Técnicas de Inteligencia Artificial	Interfases para ambiente
Ejemplos:	* Sistemas Expertos * Sistemas de aprendizaje * Base de datos inteligentes * Arquitecturas multiagentes	* Realidad virtual * Sensores remotos * Robótica

La IAT se basa en tres niveles de integración tecnológica. El primer nivel consiste de la integración de tecnología ya existente con bases de datos inteligentes. Un ejemplo de ésto sería una silla de ruedas preprogramadas que facilite el acceso a lugares públicos, buscando rutas de paso más convenientes y de menor riesgo. El segundo nivel consiste de tecnologías avanzadas ya existentes combinadas con sistemas de razonamiento y/o aprendizaje. Un ejemplo podría ser una red neural o sistemas expertos integrados a un sistema de entrada de datos mediante voz, el cual anticiparía comandos y proveería recomendaciones. El nivel tres consiste de tecnologías para la próxima generación de inteligencia artificial. Un ejemplo sería un ambiente poblado de agentes semi-autónomos con conecciones robóticas con el ambiente físico y relacionados a tareas del diario vivir para personas con impedimentos severos.

FORMULA:

Asistencia Tecnológica

+

Técnicas de Inteligencia Artificial

+

Equipos Externos Avanzados

=

ASISTENCIA TECNOLOGICA INTELIGENTE

EJEMPLO:

Silla de Ruedas +

Circuito Integrado de Computadora +

Realidad Virtual =

Asistencia Tecnológica Inteligente

Tabla 3: Categorías y algunos ejemplos de Asistencia Tecnológica Inteligente (Barry, Dockey, Littman, & Barry, 1993):

Asistencia Tecnológica	Técnicas de Inteligencia Artificial	Equipos Externos Avanzados ("Advanced Environment Interface)
- Silla de ruedas - Reconocimiento de voz - Teléfonos celulares - Rastreadores oculares	- Redes neurales - Sistemas expertos - Base de datos inteligentes Arquitecturas multi-agentes Planeamiento-"planning" Coordinación	- Realidad virtual - Robótica - Sensores remotos - Visión - Recocedores de voz - Pantallas avanzados

El problema mayor en la interacción del ser humano y la computadora consiste en facilitar éste proceso al tratar de adaptar el equipo externo y capitalizar las habilidades individuales de cada usuario e identificar las habilidades requeridas por el sistema. Dicha situación está aún más presente con las personas con impedimentos, debido a que es la problemática inicial presente cuando se enfrenta a la tarea de entrar información a una computadora (Trace Center, 1988). En este sentido, Meisel, Meisel & Hugh (1993) resaltan las oportunidades de explorar la potencialidad de la realidad virtual y su impacto en las capacidades humanas en cuanto a sus funciones y adaptación. Uno de los posibles usos relacionados con la realidad virtual dentro de éste aspecto es la evaluación de distintos equipos de asistencia tecnológica dentro de un ambiente virtual utilizados por personas con impedimentos de forma tal que se verifique la efectividad del mismo con distintos tipos de impedimentos, así como con las destrezas particulares de cada sujeto con impedimentos, lo que resulta en un beneficio costo-efectivo al usuario antes de tomar la decisión de adquirir un equipo.

Por años el término "impedido" se ha utilizado en nuestra sociedad para denotar inhabilidad de un sujeto para ejecutar una función a un nivel esperado. La sociedad tecnológica avanzada ha logrado identificar y desarrollar procedimientos para ser aplicadas a las funciones más importantes lo que ha producido que cada vez más se dependa de menos destrezas o fuerza física, y se ha ampliado de forma progresiva, las herramientas apropiadas, ambientales y conocimientos. El poder potencial de la realidad virtual al proveer retroalimentación sensorial y control remoto (en aplicaciones en la robótica), extensión de nuestros sentidos (en la aeronaútica con pantallas que integran audio y visuales), así como las nuevas experiencias y métodos en la adquisición de conocimiento, han brindado a su vez, nuevas herramientas para aumentar la habilidad y adaptabilidad de cada persona ­con o sin impedimentos-. En este sentido, uno de los primeros e inspiradores ejemplos es el del famoso teórico-físico, Dr. Stephen Hawking, quién revolucionó nuestros conocimientos sobre la astrofísica, y la naturaleza del tiempo y el universo. Hawking tiene impedimentos físicos y comunicológicos severos, por lo que depende de equipos de asistencia tecnológica diseñados para moverse, así como sintetizadores de voz. La aportación de Hawking a la ciencia moderna, así como las de otras personas con impedimentos, que aportan y enriquecen a cada persona que interacciona con ellos; demuestra que la "habilidad o inhabilidad" depende del ambiente y las herramientas diseñadas, ya que aquello que diseñamos y cómo lo diseñamos determina la adaptabilidad de todos los sujetos. De esta forma, la realidad virtual aparece con el potencial de ser una de las mayores herramientas para extender las habilidades y la adaptabilidad; esenciales para el éxito. Este tipo de visión relacionado al uso de la asistencia tecnológica y las personas con impedimentos solo puede resumirse en las palabras de Jaron Lanier (1993); "la idea de persona sin impedimentos o con impedimentos (capacitada o incapacitada) no existe - esto es un mito", es decir, puede ser un impedimento del observador focalizar su mirada en las limitaciones y no en el potencial de las capacidades de la persona.

Al centrar el estudio en el potencial y capacidad de la persona que utiliza la tecnología de la realidad virtual, debemos tener presente una serie de consideraciones básicas y aplicaciones, las cuales se discuten en la siguiente sección.

Consideraciones básicas para el usuario: implicaciones y aplicaciones

Un aspecto importante en el desempeño del ser humano en un ambiente virtual es el efecto de las diferencias entre usuario (Stanney, 1996; citado en North, North & Coble, 1996), donde se han encontrado diferencias significativas (North, North & Coble, 1996). Las características del usuario influyen significativamente en la experiencia dentro de la realidad virtual, por tanto, deben identificarse para diseñar sistemas de realidad virtual que se acomoden a las necesidades únicas del usuario. Para este propósito es necesario examinar estudios sobre "human-computer interaction" (HCI). En el HCI una de las principales características del usuario es la adaptación en el diseño de acuerdo al nivel de la experiencia. El nivel de experiencia influye en las destrezas del usuario, las habilidades en las cuales se predice su desempeño, y la manera en la cual el usuario entiende y organiza la tarea (Egan, 1988, citado en North, North & Coble, 1996). Al examinar las influencias de las experiencias en HVEI ("Human-Virtual Environments Interaction/Interfase"), uno puede predecir que la experiencia puede afectar las destrezas que el usuario tiene para interactuar con el ambiente virtual y la manera en la cual el usuario mentalmente representa el ambiente virtual. La implicación refleja que se debe diseñar equipos externos para ambiente virtual apropiados al nivel de destreza y conocimiento de la población que utilizará el sistema, lo que es un reto para los desarrolladores de estos equipos.

Las aptitudes técnicas (visualización espacial, orientación memoria espacial, "spatial scanning", por ejemplo) son generalmente significativas en predecir el desempeño en la interacción ser humano-computadora (HCI) (Egan, 1988, citado en North, North & Coble, 1996). En efecto, individuos con baja puntuación en pruebas de memoria espacial generalmente presentan mayor tiempo para el desempeño de tareas, más tiempo para realizar el trabajo y producen una mayor cantidad de intentos y error ("trial and errors") (Sellen & Nicol, 1990, citados en North, North & Coble, 1996). Las dificultades experimentadas en sujetos con bajo nivel espacial están particularmente relacionadas a problemas con en el sistema de navegación donde los usuarios frecuentemente reportan que "están perdidos" con los sistemas gerárquicos del menu (Sellen & Nicol, 1990, citados en North, North & Coble, 1996). Estos hallazgos son particularmente relevantes para ambientes virtuales que demandan grandes destrezas de navegación. De hecho, usuarios experimentados o conocedores, también señalan sentirse "perdidos" en el mundo virtual (McGovern, 1993, citado en North, North & Coble, 1996).

En la búsqueda de accesibilidad para cualquier producto o sistema, uno de las aproximaciones más básicas en el diseño (de productos/sistemas) es el rango de habilidades y necesidades de adaptación o de tecnología asistiva. Esta aproximación es particularmente relevante para el futuro desarrollo de los sistemas de realidad virtual, y los mismos presentan dos principios fundamentales. Primero; la realidad virtual debe ser usada como una metáfora que permita facilmente proveer alternativas físicas o metáforas sensoriales. Segundo; la naturaleza de la realidad virtual y la habilidad para alterar la realidad construída debe aportar nuevas oportunidades para proveer acceso al mundo (Vanderheiden & Mendenhall, 1993). Básicamente, la realidad virtual provee oportunidades para recrear un mundo o un ambiente que acerque el vínculo de las tareas y las habilidades del usuario. También provee varias alternativas de control (equipos externos) y de presentación. Por ejemplo, uno puede tomar varias formas para representar "nivel de volumen", tal como una barra, marcas, impresión ("printed"), o un número hablado (o sintetizada por computadora); pero uno no tiene las mismas opciones al presentar la sonrisa de la Mona Lisa (Vanderheiden & Mendenhall, 1993).

Al discutir el uso de las aplicaciones (programas o "softwares") de realidad virtual para las personas con impedimentos, es muy importante señalar los siguientes factores: primero; las personas con impedimentos encuentran a las tecnologías de realidad virtual como muy útiles. Las aplicaciones más importantes para las personas con impedimentos, son prácticamente muy parecidas al promedio de aplicaciones que se encuentran en áreas tales como: educación, empleo, y actividades del diario vivir, mas que cualquier diseño de aplicación especialmente para ellos. Esto es más importante debido a que pueden tener acceso y uso de la tecnología de forma mucho más rápida. Segundo, podemos pensar en la realidad virtual como una herramienta útil que brinda flexibilidad para un mejor acomodo de las personas con impedimentos de acuerdo a sus "distintas destrezas o habilidades". Por la naturaleza de la realidad virtual, los sistemas (de RV) presentan distintos diseños, pantallas, y controles, por lo que tiene la posibilidad y facilidad de poder adaptarse a las diferencias en destrezas y habilidades de los usuarios. Por último, el tecer aspecto; la realidad virtual puede ser una nueva herramienta utilizada para el diseño específico de tecnologías asistivas. En algunos casos, este envuelve la realidad virtual con equipos existentes actualmente; en otros casos, envuelve tecnologías asistivas que utiliza algunos componentes de sistemas de realidad virtual (por ejemplo, "datagloves", palanca omnidireccional, etc.), pero que en sí mismos no son necesarios en dichos sistemas (de realidad virtual).

Luego de discutir las consideraciones básicas para el usuario de la tecnología de la realidad virtual, es pertinente presentar en la siguiente sección varias consideraciones y aplicaiones relacionadas directamente con las personas con impedimentos.

Algunas consideraciones y aplicaciones de la realidad virtual para las personas con impedimentos

 

La Ley Pública 101-336, American with Disabilities Act (ADA) garantiza la protección de los derechos civiles de las personas con impedimentos y define como una persona con impedimentos a: "la persona que tiene un impedimento físico o mental que limita de modo sustancial una o más de sus actividades vitales fundamentales. Se consideran actividades vitales: ver, oír, hablar, caminar, respirar, realizar trabajos manuales, aprender, cuidarse a sí mismo y trabajar."

Casi todas las personas con impedimentos físicos tienen las mismas habilidades sensoriales para tener acceso a la realidad virtual que cualquier otra persona sin impedimentos físicos. Su principal dificultad se encuentra en la manipulación de objetos. El uso de distintos equipos y estrategias para poder controlar los movimientos del usuario permiten la posibilidad de tener un nivel de desempeño en ambientes virtuales muy similares entre grupos con y sin impedimentos. Por ejemplo, un individuo cuadrapléjico puede utilizar una combinación de movimientos de la cabeza, boca y movimiento facial para controlar los dedos de una mano virtual y puede llevar a cabo las mismas manipulaciones que cualquier otra persona sin impedimento. Sujetos que tienen movimiento pero con mucho temblor o poco control motor, así como un rango limitado de movimiento, pueden utilizar la realidad virtual para desarrollar sus destrezas y fortalezas en la manipulación de objetos. Además, la realidad virtual provee a cada persona con la habilidad para moverse ya sea volando, navegando o maniobrando sin haber una relación entre las tareas desempeñadas y su condición física. La contribución de la realidad virtual para las personas con impedimentos puede considerarse como una herramienta a favor de cumplir con uno de los propósitos que se ha establecido en la Ley ADA; "fomentar la participación plena, la vida independente y la auto-suficiencia económica de las personas con impedimentos en sus comunidades", así como proveer un espacio seguro para el aprendizaje y la práctica de distintas destrezas (Middleton, 1992).

Por otro lado, la complejidad de la interacción social puede interferir en la enseñanza de personas con autismo. De acuerdo a Middleton (1992), tan temprano como en 1968 las computadoras fueron utilizadas para asistir en el proceso de terapia del habla con niños autistas (Colby, 1968). También se ha obtenido resultados beneficiosos en el aprendizaje con la ayuda de las computadoras en inumerables estudios (Chen & Bernad-Optic, 1993; Plienis & Romanczyk, 1985; Panyan, 1984) donde se destaca el realizado por Strinckland (1996), así como otros reportes que dan cuenta de esta contribución (Millán, 1997; Vázquez, 1997).

A pesar que el desarrollo de mayor impacto dentro de la realidad virtual se encuentra en los equipos de despliegue visual de información, estos avances no aportan mucho valor a la población con impedimentos visuales, debido a que se le da énfasis al medio visual para la interacción en realidad virtual. Por tanto, los sujetos con este impedimento pueden y tienen acceso a la realidad virtual que presenta como medio de interacción mecanismos táctiles/auditivos o no-visuales. Los sonidos, tacto, fuerza de retroalimentación, son aspectos que brindan mayor accesibilidad y valor a los ambientes virtuales para personas con impedimentos visuales; de esta forma pueden realizar las mismas tareas que se pueden llevar a cabo con equipo visual de realidad virtual (Vanderheiden & Mendenhalls, 1993).

Las personas con impedimentos auditivos pueden utilizar técnicas dirigidas a cambiar estímulos auditivos por estímulos visuales y de esta forma poder tener accesibilidad a la realidad virtual. Las hondas de sonido que proviene del timbre de un teléfono u otro fuente, es representada visualmente, mostrando intensidad, dirección, entre otros (Vanderheiden & Mendenhalls, 1993).

Un área de sumo ínteres es la evaluación de diseños en realidad virtual y la accesibilidad en sillas de ruedas a distintos ambientes físicos o reales. Un ejemplo es la presentación del Dr. John Trimble, "Virtual Barrier-Free Design" o "Wheelchair VR" (Delaney, 1993). Trimble trabajo con el grado de accesibilidad a sillas de ruedas de edificios que aún no se han construído. Gracias al "American with Disabilities Act" (ADA) es obligatorio que todo edificio público sea accesible a sillas de ruedas. Pero el problema real es cómo conocer que se esta cumpliendo con la ley. En el pasado los arquitectos utilizaban dos métodos. Delaney (1993) le llama al primero "one size fits none", en el cual se utiliza promedios métricos de altura y de ancho, así como largo de los brazos, entre otros, de forma tal que las áreas sean "cómodas"; pero desafortunadamente no hay tal cosa como personas promedio. Otro método es la construcción de un modelo de la estructura (ej. apartamento, edificio, etc.) en computadoras, donde una persona en silla de ruedas pueda recorrer las distintas áreas y verificar la accesibilidad.

Al explorar algunas de las distintas aplicaciones y usos de la realidad virtual, es importante que se discuta la pertinencia del presente estudio, lo cual se desarrollará en la siguiente sección.

Pertinencia del Estudio

Consistente con el pensamiento de Piaget, las investigaciones sugieren que las experiencias interactivas de los niños con las computadoras proveen oportunidades de exploración activa, pruebas, creatividad, invención de nuevas actividades y la observación del producto realizado por su esfuerzo (Haugland & Shade, 1988; Schetz, 1994, citados en North, North & Coble, 1996): "cuando los niños tienen interacciones muy significativas y al ser orientados hacia el descubrimiento, las computadoras vienen a formar una importante herramienta para el aprendizaje."

Los materiales utilizados para la instrucción pueden ser presentados de distintas formas. Cuando una computadora es usada para presentar una materia para la instrucción, el proceso se conoce como Instrucción Asistida por computadora (CAI — "computer-assisted instruction"). Por ejemplo, se puede presentar en computadora un programa ("software") que dependa de las respuestas del usuario, que provea varios tipos de acciones o informaciones correctivas, y de esta forma exponer al estudiante (o usuario) a un tipo de diálogo suministrandole retroalimentación (Hergenhahn & Olson, 1993).

Existe un sinnúmero de evidencia que señala que los estudiantes aprenden más con CAI que con los sistemas tradicionales de enseñanza, y en menor cantidad de tiempo (Hergenhahn & Olson, 1993). En este sentido, Linskie (1977, citado en Hergenhahn & Olson, 1993) indica que los estudiantes de tercer grado aprendieron mucho mejor las matemáticas con ayuda de CAI, y también mostraron un mayor entusiasmo.

The student watched the clock to get down to the computer center on time. Once there, seated before the keyboard, the degree of concentration was almost unbelievable. No matter that nine other students were typing away and that nine other computers were typing back: nothing seemed to distract the students. …At the end of the year, the third-graders using the computer-assisted instruction showed a gain of just under two year in achievement while the third-graders taught by conventional methods progressed just over one year. When the experiment was tried in other schools, similar results were achieved through grade six. (Linskie, 1977; citado en Hergenhahn & Olson, 1993).

Varios estudios dan énfasis al uso potencial de la tecnología de la realidad virtual para el adiestramiento, y la transferencia de experiencias adquiridas en realidad virtual hacia aquellas experimentadas en el mundo real (North, North & Coble, 1996; Standen & Cromby, 1995). Recientemente, datos empíricos han mostrado un relativo éxito en la efectividad instruccional de la realidad virtual, así como la transferencia de destrezas en el mundo real. Regian, Shebilske & Monk (1992, citado en North, North & Coble, 1996) encontraron que las personas podían aprender ciertas tareas en un ambiente virtual (ejs., operaciones de consola, navegación espacial a gran escala), evidenciando que los conocimientos y destrezas adquiridas en la realidad virtual podían ser transferidas en el mundo real (North, North & Coble, 1996). En este sentido, los hallazgos encontrados por Hasdai, Jessel y Weiss (1998) en su estudio con 22 participantes entre las edades de 7 a 22 años, reflejan un aumento significativo en el nivel de destrezas básicas para conducir una silla de ruedas motorizada utilizando una palanca omnidireccional y un programa de computadoras en una dimensión.

La investigación realizada por Inman, Loge & Leavens (1997) en la que utilizaron un sistema complejo y costoso de realidad virtual como medio de adiestramiento para aprender a conducir una silla de ruedas motorizada en niños con perlesía cerebral, confrontó varios problemas. Alguno de los problemas encontrados fueron que los niños no les gusto tener que colocarse en la cabeza un "head mounted display" que le cubriera los ojos, lo que provoco que muchos de los participantes se quitaran el equipo y obligó al investigador a realizar la investigación utilizando el monitor de computadora. Otro factor que incidió en la ejecución de los niños en el ambiente virtual fue que los escenarios desarrollados para la investigación presentaban imágenes poco coloridades y donde prevalecían colores obscuros y tonalidades de grises, lo que causó poco interés y motivación en los participantes, afectando la cantidad de tiempo de intervención con el ambiente virtual, así como su ejecución. A pesar de estas limitaciones, la investigación arrojo un aumento en el aprendizaje de conducir una silla de ruedas motorizada.

Muchos científicos sociales y psicólogos cognoscitivos aceptan que el desarrollo del niño esta directamente relacionado con la accesibilidad para explorar el medio ambiente de forma independiente (Inman & Loge, 1995; Hasdai, Jessel & Weiss, 1998). Una cantidad significativa de investigaciones acerca del cuerpo o la anatomía humana presentan suficiente evidencia donde expone la gran importancia y el papel que juega la experiencia de movimiento o locomoción corporal en el desarrollo de habilidades de percepción espacial (Foreman, Wilson & Stanton, 1997) y cognición (Inman & Loge, 1995; Osberg, 1997a). Estas destrezas forman parte integral de cómo interactuamos con el ambiente. La percepción espacial es un elemento importante en nuestra habilidad para localización espacial de nuestro cuerpo, en la percepción de profundidad, reconocimiento de formas, entre otros (Wiley, 1982, citado en Inman & Loge, 1995). Estos tipos de destrezas son necesarias para realizar distintas actividades tales como movimiento, tareas vocacionales, e interación social independiente. Al limitar a la persona la oportunidad de obtener experiencias de interacción "normal" con su medio ambiente puede causar consecuencias tales como no aprender a controlar el medio donde se mueve (Hasdai, Jessel & Weiss, 1998); lo que a su vez puede afectar el interés de la personas por conocer su medio ambiente, así como repercusiones aún más signicativas, como es desarrollar un sentido de dependencia que limita sus posibilidades de interacción (Breed & Ibler, 1982).

Los niños con impedimentos motores usualmente no tienen acceso o se le limita significativamente el tener experiencias de movimiento propio ("self-locomotion") durante sus etapas primarias de desarrollo (desde el nacimiento a los cinco años); y para los niños con impedimentos motores severos, ésta experiencia puede atrasarse hasta ser un joven adulto o posteriormente (Inman & Loge, 1995); por tanto, los niños con impedimentos presentan limitadas destrezas espaciales (Foreman, Wilson & Stanton, 1997). Se puede observar un retraso en el desarrollo de destrezas tales como causa y efecto, toma de desiciones y la forma de controlar el ambiente, a demás pueden reflejar falta de curiosidad e iniciativa, lo que puede influir en su ejecución intelectual e interacción social (Hasdai, Jessel & Weiss, 1998). Un equipo que aumente el movimiento independiente puede a su vez aumentar la calidad de vida de una persona con impedimentos, lo que contribuye a una mayor confianza y autoestima de la persona de cualquier edad (Breed & Ibler, 1986; citado en Hasdai, Jessel & Weiss, 1998). En este sentido, es altamente recomendable el uso de equipo asistivo que ayude a la movilidad a una temprana edad, como por ejemplo a los 2 años (Hasdai, Jessel & Weiss, 1998). Breed y Ibler (1982) por otro lado, señalan que en promedio, los niños con perlesía cerebral ya pueden tener acceso a la silla de ruedas motorizada desde los 3 años de edad, siempre y cuando presenten las destrezas cognitivas-perceptuales y motoras adecuadas para proteger su seguridad y salud.

Las personas con impedimentos severos de motricidad y/o que padecen condiciones que afectan su coordinación muscular de forma progresiva, usualmente dependen de una silla de ruedas motorizada cuando su condición restringe su movilidad o cuando no le permite desplazarse con otros equipos asistivos (por ejemplo: andadores, sillas de ruedas manual, bastones, muletas, entre otros). Cuando estos sujetos desean iniciar un proceso de aprendizaje para conducir una silla de ruedas motorizada, usualmente se les brinda un asesoramiento u orientación verbal, y de inmediato se inicia el adiestramiento en la silla de ruedas (Ana Font, reunión personal, 23 de marzo de 1998). De acuerdo a Ana Font, terapista ocupacional del Recinto de Ciencias Médicas (RCM) de la Universidad de Puerto Rico, así como Gloria Vélez, profesora en el Departamento de Patología del Habla y consultora en el Proyecto de Asistencia Tecnológica de Puerto Rico, del mismo recinto universitario (Gloria Vélez, conversación telefónica, 19 de febrero de 1998), no existe un procedimiento sistemático establecido para enseñar a una persona con impedimentos motores para el uso de una silla de ruedas motorizada. Dicha afirmación fue realizada también por Carmen Colón, profesora del Departamento de Terapia Física del RCM, quién también señaló que el profesional de la salud que interviene en dicha situación utiliza su preparación, experiencia y criterio personal para realizar su evaluación (Carmen Colón, entrevista personal, 7 de abril de 1998).

Típicamente, la tarea de conducir una silla de ruedas motorizada inicia con una ejecución pobre debido a varios factores, falta de un posicionamiento adecuado en la silla, poco acceso a adaptaciones para el equipo (la mayoría de las ocasiones se utilizan equipos prestados para llevar a cabo la práctica en la silla lo que limita las posibilidades de modificación o adaptación), o un adiestramiento que no considere el nivel de habilidades o destrezas potenciales de la persona. Otro factor que limita la experiencia de aprender a conducir la silla de ruedas motorizada son los costos relacionados a el adiestramiento, así como la seguridad de la persona que la conduce. Como resultado de estos factores que impiden o limitan el conducir la silla de ruedas, podemos comprender por que en muchas ocasiones se retrasa esta experiencia en las personas con impedimentos motores severos. Precisamente, es aquí donde se encuentran una serie de dificultades que la persona con impedimento motor tiene que enfrentar; por un lado, su poca coordinación motora, desconocimiento o poca experiencia en el manejo de una silla de ruedas motorizada, y los peligros a los que se enfrenta en su aventura como conductor en los distintos escenarios (ambientes o sitios por donde pase con la silla). Existen muchas condiciones de riesgo que afectan la seguridad del sujeto que conduce una silla de ruedas motorizada. Por ejemplo, la caída de una persona con espína bífida o con una lesión espínal de una silla de ruedas motorizada podría provocar una serie de situaciones, lesiones y problemas afectarían la salud física y emocional del sujeto. Las grietas o rotos en las aceras y/o el piso, piedras en el suelo, curvas y puertas angostas, rampas en desnivel, así como caminos estrechos, son siempre fieles acompañantes de las personas en sillas de ruedas.

En este sentido, la creación de un ambiente generado por computadoras (realidad virtual) podría brindar un escenario de interacción seguro; en el que el sujeto experimente situaciones similares a las de conducir una silla de ruedas motorizada, y el cual propicie un cúmulo de experiencias que el sujeto pueda transferir, posteriormente, en el manejo de una silla de ruedas motorizada dentro de un ambiente real o natural. Dentro del escenario de realidad virtual el sujeto podrá enfrentar situaciones consideradas como peligrosas, pero dentro de un ambiente de seguridad. De esta forma se podrá poner a prueba el desarrollo de esta tecnología, y en disposición de las necesidades reales de las personas con impedimentos motores.

Al explorar el potencial de la realidad virtual como herramienta de asistencia tecnológica -para desarrollar aprendizaje-, es pertinente identificar y presentar los objetivos e hipótesis del estudio.

Objetivos e Hipótesis

El presente estudio busca explorar el uso potencial de la tecnología de realidad virtual como herramienta facilitadora en la tarea de aprender a conducir una silla de ruedas motorizada por personas con impedimentos motores. Por tanto se establece los siguiente objetivos e hipótesis dentro de la investigación.

Objetivos

• Desarrollar un escenario de realidad virtual generado por computadora en que la persona con impedimentos se le facilite el manejo de los equipos periferales que permiten la interacción con dicho ambiente.
• Desarrollar un escenario de realidad virtual atractivo para niños y jóvenes; que contenga colores llamativos y obstáculos (ejemplo, sillas, mesas, puertas, etc.).
• Desarrollar un dispositivo en el escenario de realidad virtual que sirva de estímulo de retroalimentación visual y/o auditivo que indique la cercanía o choque del usuario a un área considerada como peligrosa.
• Desarrollar o adaptar una palanca omnidireccional para el control de la computadora que se asemeje a las palancas ya existentes en el mercado para las sillas de ruedas motorizadas, y de esta forma tener un sistema de control similar en el uso de la computadora y la silla de ruedas motorizada.
• Explorar las posibilidades o potencial uso de la realidad virtual como tecnología asistiva para el desarrollo de aprendizaje.
• Explorar el uso potencial del ambiente virtual como medio de experiencia de aprendizaje y adiestramiento en el manejo de una silla de ruedas motorizada, y su posible integración dentro del proceso establecido para aprender a usar una silla de ruedas motorizada.

Hipótesis

• A medida que el sujeto vaya adquiriendo destrezas y aprendizaje dentro del ambiente virtual, se reflejará un aumento en el nivel de destrezas básicas para conducir una silla de ruedas motorizada; así como una disminución en la cantidad de errores cometidos al llevar a cabo dicha tarea.
• La condición motora severa presente en los participantes afectará el nivel de ejecución y control de la palanca omnidireccional, lo que se traducirá en términos conductuales a presentar un desarrollo de aprendizaje no significativo en términos estadísticos.
• El escenario de realidad virtual brinda una experiencia de menos riesgo que el ambiente real, al permitir que la persona con impedimentos motores pueda aprender a manejar una silla de ruedas motorizada dentro de un ambiente generado por computadora.

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