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Emulación de teclado y ratón por medio de pantallas táctiles

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Academic year: 2021

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Emulación de teclado y ratón por medio de pantallas táctiles

Luis Gardeazabal, Nestor Garay y Julio Abascal

Laboratorio de Interacción Persona-Computador para Necesidades Especiales Facultad de Informática. Universidad del País Vasco-Euskal Herriko Unibertsitatea

Paseo M. Lardizabal, nº1; E-20018 Donostia-San Sebastián E-mail: {luisg, nestor, julio}@si.ehu.es

Resumen. Entre los diversos dispositivos de entrada existentes, las pantallas táctiles ofrecen muchas posibilidades aún inexploradas. Una de ellas es su uso como ayuda para el acceso al ordenador de personas con restricciones motoras que les dificulten el uso del teclado o del ratón. El estudio que se presenta a continuación analiza diferentes tecnologías empleadas en las pantallas táctiles y muestra algunas posibilidades de utilización dentro del área de las “ayudas técnicas para el acceso al ordenador”. Concretamente, se analizan dos casos prácticos: el empleo de una pantalla táctil de tamaño superior al del monitor y el de una pantalla táctil de pequeño tamaño colocada fuera del monitor. Hay que tener en cuenta que, aunque la población de usuarios a la que está destinada este trabajo son las personas con diversos tipos de discapacidades motoras que mantienen cierto control de los movimientos de las manos o la cabeza, los dispositivos presentados pueden ser usados por un conjunto mucho más amplio de usuarios.

1. Introducción

En el presente artículo se analiza el funcionamiento de las pantallas táctiles y algunas de sus aplicaciones típicas como son los terminales usados en puntos de venta y de información. A ellas se añadirá su uso para mejorar las posibilidades de acceso al ordenador de las personas con restricciones motoras.

Se denomina pantalla táctil o sensible al tacto (ver figura 1), a una superficie, habitualmente colocada sobre el terminal, que es capaz de detectar el contacto o la proximidad en un punto de dicha superficie y devolver las coordenadas de ese punto con determinada precisión [6]. Esta característica permite emular los dispositivos apuntadores para crear una interfaz de usuario intuitiva y fácil de utilizar. Así pues, una pantalla táctil (considerada como el conjunto de la superficie táctil y el display) es un dispositivo de interacción que sirve tanto de entrada (funcionando como dispositivo apuntador) como de salida (funcionando como una pantalla estándar). Los sistemas que utilizan pantalla táctil suelen carecer de teclado. Las funciones que normalmente realizaría éste se emulan mediante teclas virtuales sobre la pantalla que también son activadas por contacto. De este modo, la entrada se limita a su uso como dispositivo apuntador.

Figura 1. Ejemplo de utilización de una pantalla táctil

Cuando la interacción no requiere la introducción de gran cantidad de texto, las pantallas táctiles permiten una buena velocidad de comunicación y resultan cómodas, fiables y versátiles. En el caso de los usuarios con ciertas discapacidades presentan ventajas adicionales. Por un lado reducen el movimiento corporal necesario para pasar de mirar al teclado a mirar a la pantalla y viceversa. Este movimiento resulta muy común a la hora de escribir y retarda la comunicación considerablemente cuando se trata de usuarios con restricciones físicas.

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Por otro lado, cuando se tienen restricciones cognitivas, la posibilidad de seleccionar directamente el objeto, simplemente señalándolo, resulta mucho más intuitiva que moviendo el ratón. Además, no requiere tanta coordinación visual-motora como el ratón.

En el siguiente apartado se presentan las características más relevantes de las pantallas táctiles.

Posteriormente se verá su uso para la introducción de datos en sustitución del teclado y el ratón estándares, según un desarrollo llevado a cabo en el Laboratorio de Interacción Persona-Computador para Necesidades Especiales de la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea.

2. Técnicas empleadas en las Pantallas Táctiles

Básicamente, las técnicas más empleadas para construir pantallas táctiles son1: redes de infrarrojos, o superficies resistivas, capacitivas y de onda acústica de superficie. Las tres últimas son propiamente táctiles, mientras que la primera no requiere forzosamente contacto.

2.1. Pantallas Táctiles de Infrarrojos

Este método utiliza una matriz de emisores y receptores de luz infrarroja distribuidos en un mismo plano y en dos coordenadas a lo largo del perímetro de la superficie a sensibilizar (ver figura 2).

Activación por tacto

Rejilla de luz infrarroja

Borde interior y exterior del área no activa

Borde del área activa

Figura 2. Esquema de los haces de una pantalla táctil por infrarrojos.

Para ello, se posicionan una serie de emisores de infrarrojos alineados con sus correspondientes receptores en los bordes derecho e izquierdo de la pantalla (eje X de abscisas), y de forma similar para los bordes superior e inferior (eje Y de ordenadas). Al aproximar el dedo a la pantalla, se corta el haz de luz infrarroja entre el emisor y el receptor, pudiéndose determinar de esta forma las coordenadas (X,Y) en donde se ha producido el corte. Esta técnica hace innecesario el contacto con la pantalla, lo que reduce la acumulación de suciedad. Además, no afecta ni a la luminosidad ni a la visibilidad del monitor. Sin embargo, presenta problemas de precisión y de alineamiento de los haces de luz infrarroja.

2.2. Pantallas táctiles resistivas y capacitivas

Las pantallas táctiles resistivas consisten en dos láminas conductoras aisladas entre sí. Al presionarlas ligeramente se produce una modificación del valor de la resistencia que, debidamente procesado, permite determinar con suma precisión las coordenadas del punto de la pantalla en donde se ha hecho contacto. Las capacitivas se comportan de la misma manera, aunque lo que se modifica al entrar en contacto con la pantalla es la capacidad.

Las pantallas resistivas detectan los contactos realizados mediante cualquier elemento sólido, ya que lo que les afecta es la presión ejercida sobre ellas. Por el contrario, las pantallas capacitivas necesitan de un elemento conductor, por ejemplo el dedo, para producir un cambio de capacidad. Si se tocan con un material no conductor no detectan el contacto.

1 Aunque existen otras no mencionadas aquí, como las que se pueden encontrar en [6]

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Estos dos tipos de pantallas táctiles son los más frecuentemente usados debido a su alta precisión y buena relación precio/prestaciones.

2.3. Pantallas táctiles de onda acústica de superficie

La tecnología de onda acústica de superficie permite construir uno de los tipos de pantallas táctiles más avanzados. Se basa en el envío de ondas acústicas a través de un cristal trasparente que contiene una serie de transductores y reflectores. Cuando un dedo toca la superficie, las ondas se absorben, lo que causa la detección del toque.

Con este tipo de pantallas se obtiene gran resolución en la detección del punto de contacto, no necesitan calibrado y, debido a que esta tecnología no requiere superponer capas adicionales, ofrecen gran claridad y tienen larga vida. Además son capaces de detectar cualquier tipo de material. También presentan algunos problemas: les afectan el polvo, la suciedad y la humedad en el entorno. Además no se pueden sellar herméticamente.

Figura 3. Ejemplo de Utilización de Pantalla Táctil de tamaño mayor al monitor

3. Usos y limitaciones de las Pantallas Táctiles

La forma más común de usar las pantallas táctiles es acoplándolas o adosándolas a un monitor estándar de un ordenador, tanto de tecnología de tubo de rayos catódicos como de cristal líquido. En ambos casos las superficies táctiles se sobreponen a la imagen del monitor y realizan la función del ratón. Esta forma de utilización puede traer consigo algunos problemas:

1. Las pantallas táctiles son una buena solución para aplicaciones que no requieren entrada de datos por teclado: quioscos de información, puntos de venta, etc. Sin embargo, si se mantiene la necesidad de un teclado resulta incómodo simultanear la pulsación de las teclas con la señalización en la pantalla.

Para evitar este problema se usa como alternativa un teclado virtual que aparece en la propia pantalla y que permite teclear sobre la misma. Esta solución resulta sumamente eficaz pero disminuye el espacio útil de visualización. Además, algunos programas comerciales no admiten la redirección de la entrada de teclado al driver del teclado virtual, ya que no usan adecuadamente las llamadas al sistema.

2. El roce continuo de los dedos sobre la superficie táctil genera suciedad y brillos lo que conlleva la aparición de molestias a la visión.

3. La superposición sobre el display disminuye la visibilidad del mismo (en aproximadamente un 10%) 4. El uso continuado de una pantalla táctil puede resultar cansado si no se coloca en la posición

adecuada. Las pantallas táctiles deben estar más cercanas al usuario (más o menos dónde se coloca el

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teclado usualmente) y su superficie debe estar próxima a la horizontal. Por esta razón las pantallas táctiles sobre tubos de rayos catódicos se destinan a usos esporádicos en puntos de información en los que el usuario suele estar de pie y la pantalla está montada horizontalmente dentro de un mueble. Para uso continuado sobre la mesa es necesario utilizarlas en combinación con monitores LCD.

5. Los usuarios con profundas discapacidades motoras pueden requerir un dispositivo apuntador sujeto a la cabeza (usualmente llamado “licornio”) para manejar una pantalla táctil. Pero si no disponen del control motor necesario pueden experimentar dificultades para usar estas pantallas.

4. Uso alternativo de las pantallas táctiles

Como se ha comentado, el empleo de pantallas táctiles más extendido consiste en adosarlas a la pantalla del ordenador con una superficie útil igual al tamaño del área de visión del monitor y realizar funciones de ratón. Sin embargo, las soluciones que se presentan aquí utilizan pantallas de diferentes dimensiones a la del monitor.

En el primer caso se usa una pantalla táctil de tamaño mayor al del monitor. Esto permite utilizar la superficie táctil en exceso para ubicar el teclado, mientras la parte coincidente con el monitor realiza las funciones de ratón (ver Figura 3).

En el caso de personas con restricciones de movimiento muy severas, la emulación del ratón se puede hacer mediante teclas de dirección situadas también en la superficie exterior. De este modo se deja sin uso la parte táctil que se solapa con la pantalla. Así el usuario no necesita tocar el monitor y éste no se ensucia, manteniendo la visibilidad (ver Figura 4).

Figura 4. Ejemplo de Utilización de Pantalla Táctil de tamaño mayor al monitor con emulación de teclado y ratón externos

Por último, una solución alternativa, equivalente a la anterior y más económica, es utilizar una pantalla táctil pequeña adosada a uno de los lados del monitor para que realice las funciones de teclado y ratón (ver Figura 5).

Además de la eliminación del teclado, estas soluciones presentan otras ventajas: para teclear o apuntar no es necesario desviar la mirada de la pantalla ni mover el cuello. Por otro lado, no requieren ninguna ventana o icono especial en la pantalla del ordenador, lo que garantiza la compatibilidad con cualquier aplicación comercial. Hay que tener en cuenta que, en este caso la decodificación la realiza un controlador exterior que envía el resultado al PC por el puerto USB, de manera que es indistinguible del teclado normal.

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Figura 5. Ejemplo de Utilización de Pantalla Táctil de tamaño menor al monitor

5. Desarrollo realizado

5.1. Hardware de la interfaz de usuario

Se han desarrollado tres prototipos, para lo que se han utilizando dos pantallas táctiles comerciales con salida analógica: una de 17 pulgadas y otra de 6 (115 mm x 85 mm). La pantalla de 17” se ha montado sobre un monitor de 14” y se han colocado plantillas con los iconos que correspondan al teclado en el primer caso y al teclado más el ratón en el segundo. La pantalla de 6” se ha montado a un lado del monitor sobre una plantilla que reproduce el teclado y las teclas de movimiento del ratón.

Ambas pantallas generan una salida analógica de alta resolución. Por ejemplo, con la de 6 pulgadas se ha obtenido una resolución de 800 x 650 puntos, lo que permite manejar el puntero del ratón con la misma precisión que se conseguiría utilizando directamente el ratón o una pantalla táctil estándar acoplada al monitor. Además, presenta la ventaja de que, en nuestro caso, no hace falta tocar el monitor y los movimientos requeridos son menores.

El desarrollo se ha realizado utilizando un microcontrolador que obtiene los datos analógicos, los procesa y genera el protocolo USB correspondiente al teclado y/o ratón, según corresponda.

Adicionalmente, para dar más autonomía al dispositivo descrito y pensando en utilizarlo separado del monitor, sin necesidad de utilizar cables, se ha desarrollado un sistema de comunicación inalámbrica entre la pantalla táctil de 6” y el PC, lo que permite adosarla por ejemplo a un atril o, en su caso, a la propia silla de ruedas del usuario [3].

5.2. Software de la interfaz de usuario

Para poder utilizar esta pantalla táctil también como teclado, se ha desarrollado una aplicación que divide la superficie receptiva de la pantalla en tres áreas, cada una de ellas con una funcionalidad específica:

teclado, botones del ratón y movimientos del ratón (ver figura 5). El área reservada a las funciones de teclado no permite pasar de una tecla a otra si no se deja de rozar la superficie. Así, se controlan los problemas

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típicos de rebotes, doble pulsación y se permite el uso de las teclas de control, bien simultáneamente, o bien secuencialmente. Los botones del ratón se gestionan de forma similar y su movimiento se puede configurar para que funcione como una tableta táctil (touch pad) de un ordenador portátil o mediante 8 botones que indican la dirección en que debe moverse. En este último caso, si se tocan simultáneamente dos teclas de dirección, el cursor se mueve en una dirección intermedia a la indicada por ambas.

5.3. Comparación del sistema en desarrollo con otros similares

Como se ha mencionado previamente, las aplicaciones de pantallas táctiles que se comercializan, bien sea para aplicaciones estándar o para ayudas técnicas, emplean una superficie táctil de iguales dimensiones que las del monitor al que se van a añadir. En todos los casos, la función de la táctil es equivalente a la del ratón.

Existen aplicaciones comerciales utilizadas en puntos de información en los que se coloca un monitor detrás de un cristal y a su alrededor se sitúan sensores, habitualmente capacitivos, que detectan la proximidad de la mano. Estas aplicaciones están bastante próximas a la que se presenta en este artículo, pero en este caso, los sensores equivalen a una serie de pulsadores colocados estratégicamente que pueden ser usados, por ejemplo, para seleccionar opciones de un menú. En ningún caso se utilizan para emular un teclado o ratón estándar, como en el desarrollo presentado.

Un ejemplo interesante de utilización de pantalla táctil es el E.I.A. (Enhancing Internet Access), consistente en un navegador para la Web especializado para sistemas con pantalla táctil y diseñado para el acceso a Internet por parte de personas con discapacidades u otras necesidades especiales [1]. Otros ejemplos de uso de pantallas táctiles para facilitar el acceso a las personas con discapacidad se pueden ver en los catálogos de casas especializadas en ayudas técnicas2.

5.4. Adaptabilidad

Dado que los usuarios con restricciones motoras presentan grandes diferencias entre ellos, es conveniente diseñar interfaces que se puedan adaptar a las capacidades de cada uno. No es común disponer de sistemas autoadaptables para el caso de la interfaz física. Un precedente pueden ser los sistemas de acceso por barrido y un único pulsador que adaptan la velocidad de barrido a la capacidad de respuesta del usuario [2].

En este caso se trata de variar la disposición, y el tamaño de las teclas en función de la precisión de movimientos del usuario. Para ello, se han hecho pruebas montando la pantalla táctil externa sobre un LCD gráfico. Ello permite modificar el contenido, la función, la posición, el tamaño, etc. de las teclas de forma dinámica y dotarle de otras funcionalidades, útiles para algunas personas con discapacidad, tales como comunicador personal, control de entorno, etc. [2].

5.5. Evaluación de la usabilidad.

Los diseños presentados están actualmente en fase de prototipo. Se ha realizado una prueba de usabilidad previa con una muestra reducida de usuarios sin discapacidad para establecer los puntos claves que deben ser analizados en las pruebas definitivas. Los resultados provisionales obtenidos muestran la pantallas táctiles de diferente tamaño a la pantalla de visualización utilizadas como prototipo permiten una emulación de ratón y teclado completamente operativa y más eficiente que las pantallas táctiles convencionales.

Así pues, están pendientes de ser evaluadas por usuarios reales, lo que permitirá estudiar su usabilidad y determinar los aspectos que permitan optimizar la accesibilidad de los sistemas de información, tales como las dimensiones y la distribución de teclas más adecuadas. Sin embargo, la mayor dificultad para la realización de los tests consiste en la selección de la muestra de usuarios debido a que la variada gama de diferencias en las características físicas dificultan la generalización de los resultados.

6. Conclusiones

El uso de pantallas táctiles puede mejorar la accesibilidad a los ordenadores de una serie de usuarios que presentan restricciones de movimientos. Ello requiere un diseño de la interfaz de entrada diferente a la habitualmente usada con este tipo de pantallas.

2 , Por ejemplo Mayer-Johnson [4], en cuyo catálogo encontramos varias pantallas táctiles [5] y programas para ser utilizados con ellas.

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Las disposiciones propuestas en este artículo, en las que se utiliza para entrada de datos una parte de la superficie táctil que no coincide con el display, pueden ser útiles no sólo para las personas con leves discapacidades motoras, sino también para usuarios sin discapacidad.

Agradecimientos

Los autores agradecen la colaboración de Aloña Gastesi en el estudio de las pantallas táctiles que se han utilizado como base para el presente artículo.

Referencias

[1] EIA: Enhancing Internet Access. http://gippsnet.com.au/eiad

[2] Gardeazabal, L.: “Aplicaciones de la Tecnología de Computadores a la Mejora de la Velocidad de Comunicación en Sistemas de Comunicación Aumentativa y Alternativa”. Servicio Editorial UPV/EHU, ISBN:84-8373-301-3, 2000.

[3] Gardeazabal, L., Pérez, J. J., Garay, N.: “Empleo del bus USB como entrada de teclados y ratones adaptados”. 2001:

Odisea de la comunicación (Ponencias y comunicaciones de las II Jornadas sobre Comunicación Aumentativa y Alternativa), PP: 311-317. Valencia, 2001.

[4] Mayer-Johnson Inc: Products for Special Needs and Education. http://www.Mayer-johnson.com [5] Mayer-Johnson Inc: Touch screens. http://www.Mayer-johnson.com/hardware/Tchscren.html

[6] Myers. B.: “Display interfaces. Fundamentals and standards”. John Wiley and Sons, ISBN: 0-471-49946-3, 2002.

[7] Paredes, P: “Tocando el Proceso”. Automática e Instrumentación, Nº 224, PP: 62-63. 1992.

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