Magíster en Ciencias, Mención Computación / En los niños videntes, acciones básicas y cotidianas en la escuela como reunirse con un amigo en el patio o desplazarse desde un lugar a otro son favorecidas por el sentido visual. Un niño ciego enfrenta numerosas dificultades al desplazarse por entornos cerrados como la escuela. En general, no es capaz de explorar el ambiente por completo, tarda más tiempo y cubre mayores distancias en sus recorridos, pudiendo comprometer su integridad y seguridad además de poseer disimilar acceso a la información que sus pares videntes. Las ayudas primarias tradicionales de Movilidad y Orientación (M&O) poseen una serie de falencias y limitantes al considerar como usuario a un niño ciego, tanto en la información que detectan y transmiten como en las interfaces por las cuales se comunican con el usuario. Esto ocurre incluso al analizar soluciones de última generación, que utilizan tecnologías como los dispositivos móviles y GPS. Teniendo como punto de partida que un niño ciego es capaz de utilizar eficientemente un dispositivo electrónico con interfaces basadas en sonido para navegar entornos reales y artificiales representados, la hipótesis que se verificó en esta investigación consistió en que es posible desarrollar y mejorar la M&O de niños ciegos en entornos cerrados utilizando un sistema de navegación que puede ser utilizando para el entrenamiento (simulaciones) como también en tiempo real, diseñado para un dispositivo móvil. Diversos productos fueron obtenidos a partir de los resultados de esta investigación. Se realizó un profundo análisis in situ sobre el desplazamiento de las personas ciegas, en particular de niños dentro de la escuela, y se detectaron una serie de dificultades (y una evidente oportunidad) en las ayudas primarias de M&O tradicionales. Se generó además un modelo genérico para la representación de ambientes reales, que enfrenta un problema complejo e irresuelto en la actualidad, lo que sumando a la falta de estandarización, se traduce en soluciones cerradas y poco escalables. El estudio de evaluación de usabilidad realizado con niños ciegos validó las interfaces y la interacción diseñada para el software EMO, mientras que el estudio de impacto cognitivo demostró que la utilización del software en conjunto con actividades cognitivas aumenta el conocimiento de un usuario ciego sobre el entorno representado, le permite entrenar y desarrollar habilidades y estrategias de M&O logrando un desplazamiento más eficiente, eficaz, seguro e independiente en entornos familiares y desconocidos.

Ce travail traite des aides optroniques aux déplacements des non-voyants. Préalablement à ce travail, deux « détecteurs de passage » ont été développés au Laboratoire Aimé Cotton le « Tom Pouce » et le « Télétact ». Le « Tom Pouce » est simple d’utilisation mais présente des limitations pour détecter les passages étroits à des distances supérieures à trois mètres ainsi que pour éviter les poteaux fins. Le « Télétact » permet de gérer l’ensemble des situations mais le nombre d’utilisateurs est limité par l’effort cognitif important que demande son utilisation ainsi que sa fragilité.Le but principal de cette thèse est d’améliorer les capteurs ainsi que leur façon de représenter l’espace afin d’avoir un dispositif facile d’utilisation détectant tous les passages.Dans un premier temps, l’hypothèse que la forme de la zone de protection idéale devrait être d’aspect cylindrique est émise. La réalisation approchée de cette forme à partir de capteurs infrarouges est analysée théoriquement et validée expérimentalement. Deux dispositifs le « Tom Pouce II » et le « Minitact » utilisant ce concept ont été proposés à des non-voyants et ont reçu un accueil favorable. Dans un second temps, les capteurs laser télémétriques du « Télétact » ont été revus afin d’améliorer leurs performances permettant entre autres une moindre sensibilité aux contraintes mécaniques. Une nouvelle forme d’association des capteurs infrarouges et laser permet de gérer l’ensemble des configurations de passages, y compris en chicane, avec une interface tactile ayant seulement trois niveaux d’alerte correspondant à trois zones de protection (moins de 2 mètres de profondeur sur 10 cm de large, entre 2 et 6 mètres sur plus de 50 cm de large, plus de 6m de profondeur et 1m de large ) avec un effort cognitif très réduit par rapport au « Télétact » initial utilisant 32 sons différents. Des outils pour pouvoir analyser objectivement les performances des dispositifs dans des environnements contrôlés ont été mis au point afin de pouvoir ajuster finement les formes des zones de protection. Un dernier point concerne les possibilités d’identification des obstacles, l’imagerie est explorée mais s’avère immature, actuellement seules les « astuces d’utilisation » des capteurs sont opérationnelles. / This work deals with optical electronic travel aids for visually impaired people. Initially, two devices allowing the detection of an unrestricted path were developed at the Aime Cotton Laboratory: the "Tom Pouce" and the "Télétact". The "Tom Pouce" is simple to use but presents limitations for detecting narrow passages at distances over three meters as well as avoiding fine posts. The "Télétact" allows users to manage every situation but the number of users is restricted due to the cognitive effort required.The main purpose of this thesis is to improve the sensors as well as the way the spatial information is transmitted to the user to allow the safe detection of all passages with reduced cognitive effort.First, the hypothesis is that the ideal protection zone could be a cylindrical shape. The approached realization of the cylindrical shape with infrared sensors is theoretically analyzed and experimentally tested. Two devices,"Tom Pouce II" and "Minitact”, using this concept were proposed to visually impaired people already using the “Tom Pouce I”. They greatly appreciated the improvement.Second, the laser telemetric laser sensors of the «Télétact» were modified to improve their performance and to reduce the sensitivity of mechanical constraints during daily use. The association of infrared sensors and laser telemetric sensors allowed the management of all kinds of passages, including chicanes, with a tactile interface having only three levels of alert corresponding to three zones of protection (less than 2 meters deep and 10 cm wide, between 2 and 6 meters deep and about 50 cm wide, and more than 6m deep and 1m wide). The cognitive effort is greatly reduced compared to the initial "Télétact" , which used 32 different sounds.Third, tools to objectively analyze the performance of the implemented devices in controlled environments were developed to finely adjust the shape of the protection zones.The last point dealt with the possibilities of identification of obstacles, imagery is explored but it is proved to be premature. Nowadays only tricks of the trade are effectively working.

This thesis explores the design, implementation and performance of a new concept for a low-cost, high-resolution, lightweight, compact and highly-portable tactile display. This tactile device is intended to be used in a novel visuo-tactile sensory substitution/supplemen-tation electronic travel aid (ETA) for the blind/visually impaired.Based on the psychophysiology of touch and using Shape Memory Alloys (SMAs) as the actuation technology, a mechatronic device was designed and prototyped to stimulate the sense of touch by creating sensations of contact on the fingertips.The prototype consists of an array of 64 elements spaced 2.6 mm apart that vertically actuates SMA based miniature actuators of 1.5 mm diameter to a height range of 1.4 mm with a pull force of 300 mN up to a 1.5 Hz bandwidth. The full display weights 200 g and its compact dimensions (a cube of 8 cm side-length) make it easy for the user to carry. The display is capable of presenting a wide range of tactile binary information on its 8 x 8 matrix. Moreover, both mechanical and electronic drive designs are easily scalable to larger devices while still being price attractive.Human psychophysics experiments demonstrate the effectiveness of the tactile information transmitted by the display to sighted people and show feasibility in principle of the system as an assistive technology for the blind/visually impaired.