Imprima en 3D sus propias herramientas de medición táctiles para personas con discapacidades visuales - 💡 Fix My Ideas

Imprima en 3D sus propias herramientas de medición táctiles para personas con discapacidades visuales

Imprima en 3D sus propias herramientas de medición táctiles para personas con discapacidades visuales


Autor: Ethan Holmes, 2019

En asociación con la Escuela para Ciegos de Missouri, el Laboratorio D’Arcy en el Departamento de Química de la Universidad de Washington en St. Louis crea herramientas didácticas interesantes para los estudiantes con discapacidades visuales. Se hace especial hincapié en la medición y la orientación espacial: los diseños finalizados incluyen una tabla de medición de Braille y un calibrador de Braille (que están disponibles para descargar). Buscamos ampliar el alcance de nuestro proyecto creando objetos más complejos que ayudarán a los estudiantes a comprender los fundamentos de la simetría, un concepto vital para la química, las matemáticas, las bellas artes y más.

Los estudiantes de los cursos de química orgánica de pregrado a menudo chocan contra una pared donde una representación bidimensional de una molécula no se traduce en el objeto tridimensional deseado. La dificultad para conceptualizar el espacio tridimensional es una fuente de frustración para muchos, ya que no es un conocimiento que se pueda impartir a través de la memorización de memoria. Es común que los cursos de química orgánica a nivel universitario recomienden el uso de "kits de modelado" para ayudar a los estudiantes a hacer conexiones táctiles con conceptos visualizados. Estos kits a menudo están limitados en su capacidad para representar sistemas con excepciones, impartiendo falsamente alguna noción de "rigidez" de la geometría asociada con la química, mientras que simultáneamente los estudiantes aprenden sobre distorsiones geométricas favorables y estados de transición.Como grupo compuesto principalmente de químicos por educación, inicialmente centramos nuestros esfuerzos en diseñar moléculas "excepcionales" para la impresión 3D, lo que nos ayudaría a comprender las distorsiones geométricas. Fomentamos este concepto marcando las moléculas con protuberancias táctiles e indicadores, lo que nos permite realizar un seguimiento de la manipulación de una molécula en el espacio únicamente a través del tacto.

La transmisión de información basada solo en la tacto no es una idea nueva. Quizás la realización más exitosa y fácilmente reconocible de un sistema de escritura táctil se conoce como Braille, desarrollado por el escritor francés Louis Braille en 1824 a la temprana edad de quince años. Comenzamos a experimentar con formas de implementar Braille en nuestros diseños; Como resultado, el proceso de impresión por modelado por deposición fundida permite la fácil creación de bultos en relieve en caras no planas, perfectas para Braille. Nuestros primeros diseños fueron simplistas y se centraron en la geometría molecular (como las impresiones en 3D que se muestran en la foto a continuación), un intento de familiarizarnos con el diseño y la impresión de modelos en 3D.

Braille incrustado en una representación molecular de dióxido de carbono, con amoníaco, amonio, un tetraedro y un octaedro cerca. Estructuras diseñadas e impresas por Zac Christensen, Emma Mehlmann y Daniel Cotton.

Una impresión de dióxido de carbono lineal está incrustada con nuestro intento de escribir "CO2" en Braille; se lee con bastante torpeza como "mayúscula o mayúscula o número tres". Es importante tener en cuenta que el Braille que se usa hoy en día no es directamente transliterativo. Si bien Braille puede utilizarse para expresar las 26 letras del alfabeto latino, lo que lleva a una posible transliteración de cualquier texto en cualquier idioma mediante un simple cambio de fuente, se ha optimizado a lo largo de los años para varios idiomas. Unified English Braille consiste en un vasto archivo de contracciones, indicadores y símbolos que sirven para maximizar la legibilidad de los textos escritos en Braille. La parte posterior del modelo lee correctamente "Lineal", refiriéndose a la geometría molecular del dióxido de carbono, pero al final sabíamos que la información incrustada en los diseños futuros debía transmitirse de forma clara y sucinta sin causar un exceso de confusión. Este objetivo sería imposible de lograr sin la ayuda de los educadores y estudiantes alfabetizados en braille de la cercana Escuela para Ciegos de Missouri que nos brindan valiosos comentarios y sugerencias. La Escuela para Ciegos de Missouri es reconocida como la primera institución en los Estados Unidos en adoptar Braille oficialmente en 1860. La paciencia y la disposición de los maestros y estudiantes de MSB para trabajar con nosotros y proporcionar comentarios honestos y completos sobre nuestros diseños nos llevó a El trabajo aquí descrito.

Al mostrar nuestros modelos a varios maestros en MSB y discutir la pedagogía, el profesor de matemáticas mencionó la dificultad que tenían sus alumnos para hacer mediciones con los gobernantes. Los estudiantes cuentan con reglas integradas con Braille, distribuidas por la American Printing House for the Blind (APH). Resulta que la mayor dificultad para medir no proviene de las propias reglas, sino de la orientación espacial necesaria para medir tres dimensiones separadas, es decir, la longitud, el ancho y la altura. Los estudiantes frecuentemente rotan objetos en sus manos mientras hacen mediciones, perdiendo rápidamente la pista de qué lado se había medido previamente, lo que lleva a la confusión. Esto es perfectamente comprensible: no hay un sistema de eje fijo al rotar un objeto en el espacio, y por lo tanto las distinciones de "altura, anchura y longitud" son completamente arbitrarias. Esto hace que sea particularmente difícil para un profesor asegurarse de que toda su clase esté trabajando con el mismo conjunto de ejes. Nos propusimos crear objetos que permitieran al alumno diferenciar ciertos lados incluso después de la rotación. Estos cuboides tienen texturas incrustadas para permitir la asignación fija de lados y direcciones:

Nuestro diseño inicial incluía triángulos apuntando hacia arriba para designar tanto el lado comúnmente asignado como "longitud" como la parte superior del objeto. El lado "ancho" está incrustado con crestas verticales paralelas. Otro diseño incluye un indicador en forma de "cruz" para la parte superior del objeto y líneas perpendiculares en ambos conjuntos de caras para un cuboide y un cubo. También se muestra un intento de transmitir la idea de un eje de coordenadas cartesiano fijo, donde un punto de origen (0, 0, 0) se define por la intersección de tres identificadores de borde elevados únicos, un cuadrado, uno redondeado y uno separado esferas . El modelo se puede girar libremente en el espacio mientras se conserva su conjunto original de ejes.

Al presentar estos objetos a los estudiantes de MSB, nos entusiasmó verlos tan fascinados con el proceso real de impresión 3D. Su sentido del tacto es tan refinado que inmediatamente notaron las crestas entre las capas individuales del filamento de PLA antes de que notaran cualquiera de las mayores diferencias de textura entre los lados. Nos dimos cuenta de que el nivel de explicación requerido convirtió rápidamente a estos objetos en una fuente de confusión: "¿los triángulos de todos apuntan hacia arriba en los lados izquierdo y derecho de sus cuboides?" No es necesariamente sucinto ni claro. Además, el hecho de que la medición se limitara a objetos especialmente diseñados hizo que la implementación no fuera práctica. ¿Qué sucede si el estudiante desea medir un libro?

El intercambio de ideas con los maestros de MSB nos llevó a la idea de crear una "base" que sirviera como un sistema de coordenadas tridimensional fijo. De esta manera, cualquier objeto se puede medir, ya que no es necesario incrustarlo con ningún marcador de orientación especial. Durante varios meses, el diseño se optimizó y el producto final se muestra a continuación. La placa se diseñó en AutoCAD, se importó a VCarve Pro y finalmente se cortó de fibra de densidad media con un enrutador CNC de escritorio de Shopbot. Inicialmente, planeamos usar tres reglas APH braille como nuestros ejes x, y y z. Esto es compatible con los ejes y y z, pero al girar la regla para el eje x, se encuentra que la numeración es hacia atrás. Por lo tanto, nos dispusimos a diseñar nuestras propias reglas de Braille que podrían imprimirse fácilmente en cualquier impresora FDM. Como estos son en su mayoría objetos planos con letras en relieve, son increíblemente fáciles de imprimir en alta resolución. El Braille incrustado en sus superficies sale claro, aunque un poco áspero según los alumnos, por lo que fue necesario un ligero lijado. El eje z está especialmente diseñado con ranuras para permitir que una guía se deslice hacia arriba y hacia abajo de la regla para facilitar la determinación de la altura de un objeto. Se realizaron varias iteraciones de este diseño, y se determinó que los surcos eran óptimos, permitiendo que la guía se deslice con una fuerza suave pero no debido a la gravedad.

La regla completa del eje z con guía

Se proporciona espacio para las fichas de "título", lo que permite describir el sistema de medición (es decir, métricas, demarcaciones de 1 cm).

Un eje de coordenadas cartesianas mide las dimensiones de un modelo a escala de la celda unitaria de una red cristalina de diamante. Celosía de diamante diseñada e impresa por Micah Rubin.

El diseño del eje z nos llevó a considerar otro diseño que podría usarse independientemente o en conjunto con el tablero de medición. Un estudiante en particular estaba emocionado ante la perspectiva de tener su propio tablero de medidas y reglas en casa, por lo que nos propusimos diseñar una herramienta un poco más portátil, querida por los fabricantes: un calibrador. El diseño de la regla es similar al de la regla del eje y en la foto anterior, aunque el Braille se ha modificado ligeramente para contar de 0 a 18 cm. El calibrador se imprime en cuatro partes: una base, una parte superior, una diapositiva y la propia regla. La corredera está montada en los rieles de guía, y la parte superior y la base están fijadas a la regla con epoxi, como se muestra en la foto de abajo.

Un calibrador de Braille de mano totalmente impreso en 3D para mediciones fáciles.

La colaboración entre nuestro laboratorio y la Escuela para Ciegos de Missouri es continua y esperamos muchos más diseños interesantes. Como resultado de este proyecto, MSB ha recibido una importante subvención que les ha permitido comprar su propia impresora 3D. Esto, por supuesto, ha sido un éxito entre los estudiantes. Hemos estado ayudando a los maestros en MSB a experimentar con el programa de modelado 3D Rhinoceros, una poderosa herramienta que les permitirá realizar modificaciones a nuestros diseños, así como crear sus propios diseños cuando surjan necesidades. Los proyectos futuros incluyen estructuras moleculares con engranajes internos que permiten rotaciones de la unión y ajuste del ángulo de unión, modelos con orbitales moleculares marcados, redes cristalinas más complejas y más.

Le invitamos a descargar los archivos STL y 3DM para los modelos que se muestran aquí. Para obtener información de contacto y más sobre estos proyectos, visite el sitio web de nuestro laboratorio. Para más información, también puede visitar la Escuela para Ciegos de Missouri.



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