Universidade do Minho

Escola de Engenharia

Jorge Manuel Gomes Resende

Plataforma Robótica para Promover o Turn-Taking em Jovens com Necessidades Educativas Especiais

Julho de 2009

 

 

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“Quem ensina aprende ao ensinar e quem aprende ensina ao aprender.”

Paulo Freire

 

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v  

Agradecimentos  

Para que esta dissertação pudesse ser realizada, foi fundamental a colaboração de várias

pessoas e entidades, nas quais quero prestar neste momento, os meus agradecimentos.

Em primeiro lugar, quero agradecer aos meus pais Manuel e Cristina e irmã Daniela por

todo o esforço e apoio que me deram ao longo de toda a minha caminhada académica.

Não poderia deixar também de agradecer, ao meu padrinho e avô paterno António pelo

apoio incondicional e pela preocupação em garantir sempre o melhor para mim.

A toda a minha família, em especial a minha avô Rosita, mentora de grande parte da

minha educação enquanto criança e parte de adolescência.

À minha namorada Catarina pelas ideias fornecidas e pelo apoio prestado nos

momentos mais difíceis.

Ao meu orientador, Professor Doutor Manuel João pelos conhecimentos transmitidos,

estando sempre presente acompanhando todo o processo e etapas da dissertação.

À Professora Doutora Filomena Soares pela cooperação, incentivo, grande

disponibilidade e apresentação de sugestões ao longo do trabalho.

À Professora Doutora Cristina Santos que de igual modo esteve sempre presente nas

etapas fundamentais do projecto contribuindo de igual forma com sugestões e incentivo.

À minha colega Sandra Costa pelo companheirismo, questões construtivas e apoio ao

longo do projecto.

À APPACDM, em especial à Doutora Fátima Moreira e às professoras Lúcia Fáia,

Lúcia e Madalena pela receptividade, amabilidade na disponibilização de material

necessário e pelas sugestões dadas ao longo dos tempos.

Aos jovens autistas e família por colaborarem da melhor forma possível durante as

sessões experimentais e por autorizarem a exposição pública dos nomes.

A todos os meus amigos que me acompanharam na minha vida pessoal e académica e a

todas as pessoas que eventualmente me possa esquecer, o meu muito obrigado pelo

apoio.

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Resumo  

O autismo é uma perturbação global do desenvolvimento humano. Ainda não se

conseguiu compreender qual ou quais as razões do bloqueio cerebral, que provocam

problemas de socialização, interacção e comunicação, característicos deste tipo de

deficiência. Muitas vezes, associadas ao autismo, surgem outras deficiências,

nomeadamente deficiências mentais, motoras e verbais.

Existem algumas terapias que abordam a utilização de técnicas de turn-taking, como

uma possível solução terapêutica para o desenvolvimento da interacção e sociabilização

de pessoas autistas.

Com base na utilização de técnicas simples de turn-taking pretende-se neste projecto

promover a interacção entre dois jovens autistas, utilizando uma plataforma robótica

como mediador da comunicação.

O projecto enquadra-se numa parceria entre a Universidade do Minho e a Associação

Portuguesa de Pais e Amigos do Cidadão com Deficiência Mental (APPACDM) de

Braga. O público-alvo foi dois jovens utentes da APPACDM com idades

compreendidas entre os 17 e os 18 anos portadores do espectro autista e com deficiência

mental.

O estudo experimental dividiu-se em duas fases distintas. Numa primeira fase,

denominada de Fase de Demonstração, o robô foi apresentado aos jovens autistas em

contexto de sala de aulas, evitando assim uma quebra de rotina. Numa fase posterior,

Fase de Interacção, foi dada a oportunidade a cada autista, individualmente, de interagir

com o robô e com os pares, com o intuito de promover o turn-taking de forma a atingir

bons padrões de interacção. As sessões foram gravadas em video, para posterior análise

e os resultados foram quantificados em termos de indicadores previamente definidos,

dos quais se destacam a frequência e número de contactos físicos e visuais, os

indicadores qualitativos de reacção/acção ao robô, os de utilização do robô ou de

reacção/acção à retirada do robô.

Os jovens autistas, ao longo das várias sessões, responderam aos estímulos do robô,

permitindo concluir que um robô poderá ser utilizado para estimular a interacção e

comunicação social. (nota:quantificar melhor os resultados)

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ix  

Abstract  

Autism is an overall disorder in the human brain. Researchers have not yet been able to

understand how or what the reasons for brain blocking, causing socialization,

interaction and communication problems.

Often associated with autism there are many other disabilities and impairments like

mental, motor and verbal impairments.

There are some therapies that allow the use of turn-taking techniques, as a possible

therapeutic solution for the development of the interaction of autistic people with other

people.

Based on the use of simple turn-taking techniques this project aims to promote the

communication and interaction between young autistic by using a robotic platform as

mediator.

The target public was two young pleople of APPACDM with age between 17 and 18

with autistic spectrum and mental impairments.

The experimenatl study was divided into two distinct phases. In a first phase, called

demonstration phase, the robot is presented to the target group in the classroom,

avoiding routines´s alteration. Later, in the interaction phase, it was given to the

adolescents the opportunity to, individually, interact with the robot (and with each other)

in order to promote the turn-taking to achieve good standards of interaction. The

sessions were recorded on video in order to quantify the occurrence of predefined

indicators. Among these indicators, the frequency and number of physical and visual

contact, the qualitative indicators of response/action to the robot, the use of the robot

and the reaction/action to withdraw the robot are considered more relevant.

Throughout the sessions, the adolescents respond positevely to robot stimuli, allowing

to conclude that robotic platforms can be employed as mediators in promoting the

communication and interaction in people with autism.

 

 

 

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Índice  

  

1. Introdução ............................................................................................................................. 1

1.1. Enquadramento e motivação ......................................................................................... 2

1.2. O Autismo ..................................................................................................................... 2

1.2.1. Características dos autistas .................................................................................... 4

1.2.2. Sinais de alerta ...................................................................................................... 5

1.2.3. Tratamentos e terapias ........................................................................................... 6

1.2.4. O turn-taking no autismo ...................................................................................... 6

1.3. Objectivos da dissertação .............................................................................................. 7

1.4. A APPACDM ................................................................................................................ 8

1.5. Resultados da actividade científica desenvolvida ....................................................... 10

1.6. Organização da dissertação ......................................................................................... 11

2. Estado da Arte ..................................................................................................................... 13

3. Plataforma robótica ............................................................................................................. 35

3.1. Porquê a utilização do LEGO Mindstorms NXT? ...................................................... 36

3.2. Descrição do LEGO Mindstorms NXT ....................................................................... 36

3.3. Linguagens de programação ........................................................................................ 43

3.3.1. NXT-G ................................................................................................................ 43

3.3.2. ROBOLAB .......................................................................................................... 44

3.3.3. ROBOTC ............................................................................................................. 44

3.3.4. NXC .................................................................................................................... 45

3.3.5. PBLUA ................................................................................................................ 46

3.3.6. NXJ ..................................................................................................................... 47

3.4. Software de Controlo Remoto ..................................................................................... 47

4. Metodologia ........................................................................................................................ 52

4.1. Questões Chave ........................................................................................................... 53

4.2. Cenário das Sessões .................................................................................................... 53

4.3. Participantes: As professoras ...................................................................................... 54

4.4. Participantes: Os jovens .............................................................................................. 55

xii  

4.5. Sessões ........................................................................................................................ 56

4.6. Indicadores .................................................................................................................. 62

5. Resultados ........................................................................................................................... 64

5.1. Resultados das sessões ................................................................................................ 65

5.1.1. Fase Exploratória – Sessão 1 ............................................................................... 65

5.1.2. Fase Exploratória – Sessão 2 ............................................................................... 67

5.1.3. Fase de Interacção – Sessão 1 ............................................................................. 69

5.1.4. Fase de Interacção – Sessão 2 ............................................................................. 72

5.1.5. Fase de Interacção – Sessão 3 ............................................................................. 75

5.1.6. Fase de Interacção – Sessão 4 ............................................................................. 77

5.1.7. Fase de Interacção – Sessão Conjunta 1 .............................................................. 79

5.1.8. Fase de Interacção – Sessão Conjunta 2 .............................................................. 82

5.2. Análise da tabela de indicadores ................................................................................. 83

6. Conclusões .......................................................................................................................... 91

7. Referências Bibliográficas .................................................................................................. 97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

xiii  

Índice de Figuras  

Figura 1 – Robô Humanóide Cog proprietário do MIT .............................................................. 15 Figura 2 - Utilização do QRIO com o intuito de promover o turn-taking ................................... 16 Figura 3 - Expressões faciais que demonstram emoções no KISMET ........................................ 18 Figura 4 - a) Interacção de um humano com o KISMET. b) Aspecto físico do KISMET. .......... 18 Figura 5 - Plataformas Robóticas: a) SuperG, b) Cari, c) Robus-T, d) DiskCat. ........................ 20 Figura 6 - a) Aspecto físico do Keepon, b) estrutura interna do Keepon, c) Manuseamento da estrutura do corpo. ....................................................................................................................... 21 Figura 7 - Observação de uma sessão experimental sob o ponto de vista das câmaras instaladas no Keepon. ................................................................................................................................... 23 Figura 8 - Plataformas robóticas utilizadas no projecto aurora: a) Labo-1, b) Pekke, c) Robota e d) Kaspar. .................................................................................................................................... 25 Figura 9 - a) Primeira versão da Robota baseada em legos; b) Sessão experimental com a Robota. ........................................................................................................................................ 26 Figura 10 - a) Última versão da plataforma Robota, b) Sessão experimental com a Robota. ..... 27 Figura 11 - Sessões experimentais com a Robota: a) Fase 1, b) Fase 2 e c) Fase 3. ................... 28 Figura 12 - Aparência física do Kaspar ...................................................................................... 29 Figura 13 - Resultados obtidos através da aplicação das três condições em estudo [18]. ........... 30 Figura 14 - Sessão experimental entre um humano e o Kaspar com o objectivo de promover o turn-taking. .................................................................................................................................. 31 Figura 15 - Primeiras sessões experimentais do projecto IROMEC ........................................... 33 Figura 16 - Bloco programável do LEGO Mindstorms RCX ..................................................... 37 Figura 17 - Bloco programável do LEGO Mindstorms NXT. .................................................... 38 Figura 18 - Ligação dos sensores e dos actuadores ao bloco NXT ............................................. 39 Figura 19 - Sensor de toque. ........................................................................................................ 40 Figura 20 - Sensor de Som. ......................................................................................................... 40 Figura 21 - Sensor de luminosidade ............................................................................................ 40 Figura 22 - Sensor de ultra-sons. ................................................................................................. 41 Figura 23 - Servo-motor: a) estrutura interna; b) estrutura externa. ............................................ 41 Figura 24 – LED. ......................................................................................................................... 42 Figura 25- Configuração do robô utilizada na Fase exploratória. ............................................... 42 Figura 26 - Robô LEGO Mindstorms NXT com configuração de um humanóide. .................... 42 Figura 27 - Ambiente de programação NXT-G .......................................................................... 43 Figura 28 - Ambiente de programação ROBOLAB .................................................................... 44 Figura 29 - Ambiente de programação ROBOTC ....................................................................... 45 Figura 30 - Ambiente de programação NXC .............................................................................. 46 Figura 31 - Ambiente de programação pbLua............................................................................. 46 Figura 32 - Ambiente de programação NXJ ............................................................................... 47 Figura 33 - Software de Controlo Remoto NXT BT Control por configurar .............................. 49 Figura 34 - Software de Controlo Remoto NXT BT Control com Bluetooth e motores configurados ................................................................................................................................ 50 Figura 35 - Software de Controlo Remoto NXT BT Control totalmente configurado. ............... 51 Figura 36 - Sala de aula onde decorreram as sessões .................................................................. 54

xiv  

Figura 37 - Fluxograma que permite a activação do robô através do sensor de toque ................ 58 Figura 38 - Fluxograma que permite a activação do robô através do sensor de som .................. 59 Figura 39 Fluxograma que permite utilizar o robot na fase de interacção. ................................. 61 Figura 40 - Fase Exploratória - Sessão 1: Ambiente normal de sala de aulas ............................. 65 Figura 41 - Fase Exploratória - Sessão 2: Ambiente normal de sala de aulas ............................. 67 Figura 42 - Fase de interacção - Sessão 1: Interacção do robô com o Zé António. .................... 70 Figura 43 - Fase de Interacção - Sessão 2: Zé António na interacção com o robô. ..................... 72 Figura 44 – Fase de Interacção - Sessão 2: Hugo na interacção com o robô. ............................. 74 Figura 45 - Fase de Interacção - Sessão 2: Zé António na interacção com o robô, utilizando o cartão verde ................................................................................................................................. 76 Figura 46 - Fase de Interacção - Sessão 4: Zé António demonstra comportamentos agressivos perante o investigador ................................................................................................................. 78 Figura 47 - Interacção conjunta entre os dois jovens autistas: a) Cooperação entre ambos no estímulo do robô; ......................................................................................................................... 80 Figura 48 - a) Interacção entre os jovens com intervenção do robô b) Interacção entre os jovens sem a presença do robô ............................................................................................................... 82 Figura 49 - Perfil de variação dos indicadores de interacção do Zé António .............................. 85 Figura 50 - Perfil de variação dos indicadores comportamentais do Zé António ....................... 86 Figura 51 - Gráfico construído recorrendo ao perfil de variação dos indicadores de interacção do Jovem .......................................................................................................................................... 89 Figura 52 - Perfil de evolução dos indicadores comportamentais do Hugo. ............................... 90 Figura 53 - Desenho de um robô por parte do Hugo ................................................................... 94 

xv  

Índice de Tabelas  

Tabela 1 - Indicadores do Zé António ......................................................................................... 84 Tabela 2 - Indicadores do Hugo .................................................................................................. 87

   

xvi  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xvii  

Lista de Acrónimos  

 

 

AIBO - Artificial Intelligence BOt

APPACDM - Associação Portuguesa de Pais e Amigos do Cidadão com Deficiência

Mental

AURORA - Autonomous mobile Robot as a Remedial tool for Autistic children

CCD – Charge-Coupled Device

Cog – Cognitive Robot

EMBC – Engineering in Medicine and Biology Society Conference

IECON – Industrial Electronics Society Conference

IROMEC - Interactive RObotic social MEdiators as Companions

KASPAR – Kinesics And Synchronisation in Personal Assistant Robotics

LED – Light-Emitting Diode

MIT - Massachuchets Institut of Technology

OMS – Organização Mundial de Saúde

QRIO - Quest for cuRIOsity

 

 

 

 

 

xviii  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1  

1. Introdução  

Sumário

 

 

Neste capítulo é apresentado o enquadramento e motivação deste trabalho bem como os

objectivos do trabalho.

Faz-se uma breve referência ao conceito de autismo, bem como se apresentam as

características, os sinais de alerta, tratamentos e terapias e o enquadramento do turn-

taking no autismo.

Referenciam-se os artigos submetidos aprovados e são referenciadas três palestras

proferidas por convite.

Finalmente, apresenta-se a organização da tese.

 

2  

1.1. Enquadramento e motivação

Neste projecto pretende-se aplicar uma plataforma robótica com o intuito de

promover a comunicação e a interacção, que se passa a designar por turn-taking, com

jovens com necessidades educativas especiais, com o principal foco em jovens com

autismo.

Os tratamentos em pessoas autistas não são muitos, pois até aos dias de hoje

ainda não se conseguiu compreender qual ou quais as razões a que se devem o

aparecimento do autismo e consequente bloqueio cerebral. Através de exames médicos

não é possível detectar esta patologia; daí não haver ainda um tratamento médico. Os

estudos e investigações existentes surgem através de psicólogos e psiquiatras, que

sugerem algumas terapias que pretendem melhor significativamente os comportamentos

deste espectro. Contudo, todas estas terapias têm que ser aplicadas durante longos

períodos de tempo para que os resultados comecem aparecer.

Existem estudos que sugerem que pessoas que possuem características do foro

autista identificam-se e relacionam-se muito mais facilmente com máquinas e objectos

tecnológicos [1].

Com base nestes factos surge este trabalho de investigação a par de uma parceria

entre a Universidade do Minho e a APPACDM (Associação Portuguesa de Pais e

Amigos do Cidadão com Deficiência Mental) de Braga, que visa a aplicação de

ferramentas robóticas como forma de melhorar a vida social de jovens com deficiência

cognitiva, autismo e deficiência mental. Em particular, o objectivo é melhorar as

habilidades de interacção e comunicação com o meio ambiente e com outras pessoas.

1.2. O Autismo

Antigamente uma pessoa portadora de deficiência mental era entendida como

possuída, vítima de forças sobrenaturais e, a intervenção cingia-se apenas a cerimónias

de exorcismo.

A partir do século XVII, a visão sobre a deficiência deixou de ser vista como

algo sobrenatural, mas mesmo assim as pessoas tentavam escondê-la, conduzindo assim

o deficiente à exclusão da sociedade. Nos séculos seguintes começaram a dar mais

3  

importância a pessoas com deficiência e já no século XIX surgem os primeiros casos de

estudo sobre o assunto.

Segundo a OMS (Organização Mundial de Saúde) a deficiência “representa

qualquer perda ou alteração de uma estrutura ou de uma função psicológica, fisiológica

ou anatómica (… )” é uma que abrange perdas, que podem ser temporárias ou

permanentes, abarcando a existência de anomalia, imperfeição, perda de um membro,

ou outra parte do corpo, abrangendo a parte mental. “A deficiência representa a

exterização de um estado patológico e, em princípio, reflecte perturbações a nível do

órgão.” (OMS, 1980:35) [2].

Existem inúmeros tipos de deficiência, tais como deficiência motora, deficiência

visual, deficiência auditiva e deficiência mental. Apesar de o autismo ser facilmente

confundido como se tratasse de uma deficiência, o facto é que o autismo é um

transtorno comportamental nas quais várias deficiências se podem associar.

Os primeiros casos de estudo surgiram quase simultaneamente por Leo Kanner,

em 1943 nos Estados Unidos da América e por Hans Asperger em 1944 na Áustria [3].

Ambos analisaram crianças e curiosamente diagnosticaram e definiram-nas como sendo

autistas. Como o termo era desconhecido é curioso verificar que ambos utilizaram o

mesmo termo, mesmo distanciados no espaço. No entanto, tal coincidência deve-se a

um estudo em 1941 de um psiquiatra chamado Eugen Bleuler, que utilizou este termo

para se referir a um transtorno básico de esquizofrenia, que consistia nas limitadas

relações interpessoais e com o mundo externo, parecendo esta limitação excluir tudo o

que rodeia a pessoa [4].

O autismo é considerado como uma perturbação global do desenvolvimento,

identifica-se com a parte social, envolvendo a relação comunicacional, a nível

individual, através de insuficiências afectivas e jogo imaginativo. É um problema ligado

a causas genéticas associadas a causas ambientais. Este síndrome é uma alteração ao

nível do cérebro e comportamento, que afecta a capacidade da pessoa comunicar, de

estabelecer relacionamentos e de responder apropriadamente ao ambiente que a rodeia.

O autismo é mais conhecido como um problema que se manifesta por uma

abstracção da criança ou adulto acerca do seu mundo exterior, em que a pessoa está

centrada em si mesma, onde existem perturbações das relações afectivas com o meio.

4  

O autista possui uma incapacidade inata para estabelecer relações afectivas, bem

como para responder aos estímulos do meio. É, também, universalmente reconhecida a

grande dificuldade que os autistas têm em relação à expressão das emoções.

1.2.1. Características dos autistas

O espectro autista é bastante complexo e até aos dias de hoje ainda não se

conseguiu perceber a origem. Contudo, já foram identificadas algumas características

que se dividem por quatro competências nomeadamente, competências de

reconhecimento social, competências de comunicação social, competências de

imaginação e compreensão social e por fim formas repetitivas de actividade. Em

seguida enumeram-se as principais características de pessoas autistas [5]:

• Isolamento e indiferença perante os outros;

• Falta de interesse por aspectos sociais;

• Não estabelece contactos sociais espontaneamente;

• Falta de interesse pelas ideias e sentimentos dos outros;

• Pobre compreensão das regras de interacção social;

• Ausência de motivação comunicativa;

• Linguagem pobre e dificuldade na construção de frases;

• Dificuldade na imitação de jogos de ficção;

• Comportamentos estereotipados e repetitivos;

• Insistência em realizar certas sequências de acções;

• Dificuldade em estabelecer o contacto através dos olhos;

• Aparenta surdez, apesar de não o ser;

• Por vezes ataca e fere outras pessoas mesmo que não existam motivos para

isso;

• Cheira, morde ou lambe os brinquedos e roupas;

5  

• Mostra-se insensível aos ferimentos podendo inclusive ferir-se a si mesmo

intencionalmente.

1.2.2. Sinais de alerta

O primeiro passo para ajudar as pessoas autistas é identificar os sintomas desta

doença. A identificação precoce poderá minimizar o sofrimento destas pessoas e

contribuir para um desenvolvimento mais eficaz [6].

Consideram-se então, como sinais de alerta numa pessoa com autismo os

seguintes pontos:

• Não se mistura com outras crianças;

• Age como se fosse surdo;

• Resiste à aprendizagem;

• Não demonstra medo dos perigos reais;

• Resiste a mudanças de rotina;

• Usa as pessoas como ferramenta;

• Apresenta risos e movimentos pouco apropriados;

• Resiste ao contacto fisco;

• Não mantém contacto visual;

• Acentuada hiperactividade física;

• Agarra-se demasiado a determinados objectos;

• Manipula e manobra objectos de uma forma peculiar;

• Por vezes apresenta problemas de agressividade;

• Comportamento indiferente e afastado.

6  

Desta forma, segundo alguns médicos e professores, os pais ou as pessoas que se

encontram mais ligadas a crianças devem ter atenção a qualquer comportamento pouco

normal, pois se encontrarmos pelo menos quatro destas características ou

comportamentos, em idade inadequada e de um modo persistentes, de ser lembrada a

possibilidade de Autismo. Por outro lado, se encontrarmos sete destas características ou

comportamentos, nas mesmas condições, o diagnóstico de autismo deve ser seriamente

considerado e a pessoa em causa deverá ser submetida a testes.

1.2.3. Tratamentos e terapias

Actualmente, os tratamentos e terapias a aplicar em pessoas com espectro autista

são poucos, uma vez que os resultados são pequenos e demorados. No entanto, os que

existem passam por uma estimulação constante e por um apoio contínuo de forma a

criar estímulos e fazer com que a criança interaja com o meio.

As soluções para este problema passam por terapias que corrijam tensões,

alterações e disfunções existentes.

No caso do autismo, o tratamento deve começar pelos pais, pois estes são as

pessoas pelas quais os autistas têm mais ligação, vivem diariamente com eles, e é com

estes que mantêm o primeiro contacto para o desenvolvimento das suas relações sociais.

Contudo, para que os pais possam ajudar os filhos, deverão ter em atenção para

não transmitirem o seu stress e as suas tensões acumuladas para que seja possível uma

ajuda mais eficaz.

1.2.4. O turn-taking no autismo

A palavra turn-taking traduzida à letra significa “pegar a vez”. O turn-taking é

um elemento muito importante na interacção e comunicação entre pessoas, onde as

mudanças de papel, entre o líder do jogo e o parceiro, não são determinadas por fontes

externas mas sim através da própria interacção. Por outras palavras, um jogo que

contemple turn-taking, é um jogo com presença entre dois indivíduos, em que um é o

“líder” do jogo e cria estímulos ao parceiro, “seguidor”. A introdução de turn-taking

surge com o objectivo de que haja trocas de papéis entre o “seguidor” e o “líder”. Desta

forma, existe uma dinâmica de desenvolvimento interacção e comunicação [7].

7  

Para que haja turn-taking é necessário que o líder:

• Esteja ciente que a outra pessoa é parte do jogo;

• Esteja ciente de que ambos são essenciais para o jogo – o jogo não existiriam

sem um deles;

• Avalie quando é a vez de jogar e ser paciente quando for a vez do outro;

• Esteja ciente do que está a ser feito – em certos jogos isto poderá afectar o

próximo passo;

• Tentar numa última instância prever o que o outro está a pensar e o que poderá

fazer, de modo a adoptar estratégias para consiga ganhar o jogo;

• Tentar fazer bluff ou emitir deliberadamente falsos sinais para confundir o

outro.

Dada a falta de compreensão social por parte dos autistas, para as pessoas que

possuem autismo, todas as formas de turn-taking é um problema. No entanto, a

aplicação de um jogo estruturado que visa incentivar o turn-taking desde uma idade

precoce, não só facilita a aprendizagem como incentiva a comunicação e interacção

social.

1.3. Objectivos da dissertação

A metodologia de trabalho em que esta dissertação se enquadra engloba a

análise do espectro autista, a aplicação de plataformas robóticas na utilização em

terapias do autismo, a definição do modo de operação da plataforma robótica e a recolha

e tratamento de dados durante as várias sessões experimentais.

Neste contexto, este trabalho tem como principal objectivo, a promoção da

utilização de uma ferramenta baseada num robô para utilização em terapias do autismo,

permitindo desta forma, que o autista desenvolva a interacção e comunicação social.

Numa primeira fase do trabalho, teve-se como objectivo o estudo da patologia

do espectro autista e de alguns trabalhos, que se desenvolveram ou que estão a ser

8  

desenvolvidos nesta área. O facto de já existiram alguns resultados neste campo

possibilitou a abordagem dos pontos fortes e ao mesmo tempo a orientação noutros

sentidos, de modo a atingir uma melhoria nos resultados finais.

As fases posteriores contemplaram a definição e aplicação de metodologias. As

metodologias tiveram que ser conduzidas de forma paralela, com as rotinas diárias dos

autistas para que não houvesse quebras na rotina e consequente alteração no

comportamento. À partida sabia-se que alterações no comportamento acarretavam

resultados inesperados. As metodologias foram aplicadas seguindo as estratégias

definidas para que os resultados fossem obtidos com a maior coerência possível.

As metodologias dividiram-se em dois aspectos importantes: numa primeira fase

o robô foi apresentado aos autistas e o seu funcionamento era feito de forma autónoma.

Na fase seguinte do trabalho, a fase de interacção, o robô foi integralmente comandado

remotamente via bluetooth. Nesta fase, o robô funcionou como mediador da

interacção/comunicação entre os jovens.

1.4. A APPACDM

Este projecto surgiu através de um parceria entre a APPACDM de Braga e a

Universidade do Minho.

A APPACDM foi implantada em Braga a 3 de Maio de 1974. A formação desta

instituição em Braga deveu-se a Félix Ribeiro, que tendo um filho portador de

deficiência, sentiu a necessidade de fazer algo por ele e, por outras crianças que de

muitos modos eram portadoras de deficiências e que ao mesmo tempo eram postas de

lado pela própria sociedade.

Esta, é uma Instituição Particular de Solidariedade Social e de Utilidade Pública,

vocacionada para o atendimento com a melhor qualidade possível ao cidadão com

deficiência mental. Sendo uma associação de pais e amigos, compete aos pais cativar os

amigos para que estes possam ajudar a solucionar os problemas destas crianças. As

crianças com patologias ligadas à deficiência mental merecem cuidados redobrados, não

só pelos pais e família mas, também pela restante sociedade.

9  

Actualmente, a APPACDM distrital de Braga difundiu-se pelos concelhos de

Braga, Vila Nova de Famalicão, Vila Verde, Esposende e Amares, constituindo assim:

• 4 Centros socioeducativos;

• 3 Centros de preparação pré-profissional;

• 1 Centro de trabalho protegido;

• 1 Centro de oficinas de produção;

• 3 Centros de formação profissional;

• 2 Centros de bem-estar (um dos 7 aos 17 anos e outro par maiores de 18 anos);

• 5 Centros de actividades ocupacionais;

• 2 Creches;

• 1 Jardim de Infância e

• 1 Instituto Médico-Psíquico-Pedagógico, com um conjunto de serviços no

âmbito da intervenção pedagógica e terapêuticas e a valência de Biblioteca.

Desde a implantação da APPACDM no distrito de Braga, que os objectivos foram

bem definidos:

• Promover a integração na sociedade o cidadão com deficiência mental;

• Promover o equilíbrio das famílias dos cidadãos com deficiência metal;

• Sensibilizar e co-responsabilizar a sociedade e o estado, no papel que lhes cede

na resolução dos problemas dos deficientes e suas famílias;

• Defender e promover os reais interesses e satisfação das necessidades dos

deficientes, tendo como princípios básicos:

o Partilhar lugares comuns;

o Fazer escolhas;

o Desenvolver capacidades;

10  

o Ser tratado com respeito e ter um papel socialmente valorizado;

o Crescer nas relações.

• Humanizar e promover as estruturas de respostas, de modo a desenvolverem

meios não restritivos para o Deficiente Mental.

• Promover actividades culturais, recreativas, desportivas, de lazer e tempos

livres.

A APPACDM, em termos de organização das suas actividades divide-se em duas

partes: um no Centro de Actividades Ocupacionais e outras no Centro Sócio-Educativo.

O Centro de Actividades Ocupacionais são para os portadores de deficiência com idade

superior a 18 anos, enquanto o Centro Sócio-Educativo funciona como uma escola e é

para menores de 18 anos. Também desenvolvem actividades profissionalizantes para

aqueles que já têm uma idade mais avançada, onde estes trabalham em oficinas dentro

da própria instituição ou na Universidade do Minho, através de um protocolo,

arranjando os jardins da Universidade.

A instituição desenvolve as actividades conforme cada criança, isto é nem todos

participam nas mesmas actividades pois gozam de rotinas e necessidades diferentes,

portanto os programas são diferentes. Os técnicos desta instituição estão conscientes

que é na área do autismo que precisam explorar mais e criar mais e melhores condições

para os seus utentes e não têm problemas em expor as suas preocupações.

1.5. Resultados da actividade científica desenvolvida  

No âmbito deste trabalho de investigação foram submetidos e aprovados dois

artigos, um para apresentação numa conferência internacional e outro numa revista

nacional, a saber:

• Sandra Costa, Jorge Resende, Filomena Oliveira Soares, Manuel João Ferreira,

Cristina P. Santos, Fátima Moreira, Applications of simple robôs to encourage

social receptiveness of adolescents with autism, aceite na conferência EMBC

11  

2009, Engineering in Medicine and Biology Conference, 2 a 6 Setembro de

2009, Minneapolis, Minnesota.

• Sandra Costa, Jorge Resende, Filomena Soares, Manuel João Ferreira, Cristina

Santos, Fátima Moreira, Ana Paula Pereira, Plataforma robótica para jovens com

necessidades educativas especiais, Revista Sonhar: Comunicar, Repensar a

diferença (no prelo).

 

Também foram proferidas três palestras por convite, a saber:

• Palestra proferida aos alunos do 5º ano do curso de Mestrado Integrado em

Engenharia Biomédica da Universidade do Minho intitulada “Plataforma

Robótica para Jovens com Necessidades Educativas Especiais” a 22 de Maio de

2009;

• Videoconferência realizada no dia 3 Junho com a Universidade de São Paulo,

Brasil, para alunos de Mestrado e Doutoramento de Enfermagem e Medicina,

intitulada “Plataforma Robótica para Jovens com Necessidades Educativas

Especiais”.

 

• Palestra proferida aos pais, terapeutas e educadores da APPACDM intitulada

“Plataforma Robótica para Jovens com Necessidades Educativas Especiais”.

1.6. Organização da dissertação

Esta dissertação encontra-se dividida em cinco capítulos.

O Capítulo 1 enquadra o trabalho realizado na dissertação e lista os objectivos da

tese.

Apresenta-se uma breve descrição sobre o espectro autista, apresentam-se os artigos

submetidos e os aprovados no âmbito deste trabalho, as palestras proferidas por convite.

12  

No Capítulo 2 abordam-se os principais trabalhos desenvolvidos, e em

desenvolvimento, por outras equipas de investigação e que estão relacionados com o

Projecto.

No Capítulo 3 são apresentadas as metodologias do projecto. Aborda-se e

apresenta-se a plataforma robótica escolhida assim como a justificação para a sua

escolha. Apresentam-se as linguagens de programação que podem ser utilizadas na

plataforma robótica. Descrevem-se as funcionalidades do software de controlo remoto

desenvolvido a ser utilizado na fase de interacção.

No capítulo 4 são apresentadas as questões chave que este projecto pretende

responder, o ambiente organizacional da instituição, o cenário das sessões e os

participantes (professoras e jovens). Neste capítulo também são apresentadas as

metodologias a adoptar durante as sessões bem como os indicadores que deverão ser

observados aquando da análise das sessões.

No Capítulo 5 são discutidos os resultados das várias sessões. São apresentados

gráficos que comparam os diferentes resultados entre os jovens e apresenta-se uma

tabela que enumera em detalhe a análise dos indicadores de desempenho previamente

definidos.

Por fim, no Capítulo 6 apresentam-se as conclusões. São feitas algumas

propostas para trabalho futuro.

 

13  

2. Estado da Arte Sumário

 

 

Neste capítulo são apresentados alguns projectos de investigação que se têm dedicado a

este tema e, em particular, na promoção do turn-taking em crianças autistas

Existem projectos com alguma dimensão que já concluíram os seus estudos e

apresentaram alguns resultados e outros que se encontram ainda em fase de

desenvolvimento.

Neste capítulo serão apresentados os projectos, descrevendo as suas metodologias,

expectativas, resultados e conclusões.

14  

 

 

Actualmente, existem estudos em algumas universidades da Europa e dos

Estados Unidos, que pretendem avaliar a aplicação de plataformas robóticas como

mediadoras do turn-taking entre o Robô e o Homem, seja ele uma pessoa sem qualquer

tipo de deficiência ou com algumas incapacidades, tanto mentais como motoras.

Contudo, os estudos mais recentes direccionam-se para aplicações terapêuticas,

recorrendo a metodologias de turn-taking para pessoas com autismo.

Nos últimos anos foram surgindo projectos, que pretendiam implementar

terapias de turn-taking com a utilização de plataformas robóticas, uns com algum

sucesso e outros não tão bem sucedidos.

Um dos primeiros casos de estudo, que envolvia a aplicação de um exemplo

simples de turn-taking surgiu através de H. Hendriks- Jansen descrevendo um caso de

turn-taking emergente entre um bebé e a sua mãe [8]. Quando a mãe começa a agitar

levemente o bebé dando resposta à sucção do leite, encoraja o bebé a retomar a sucção

quando este pára, resultando num turn taking simples entre as acções de sucção e de

agitação.

Pouco tempo após esta publicação surge um exemplo da aplicação de turn-

taking baseado numa plataforma robótica cognitiva [9]. Este trabalho descreve um jogo

com uma bola entre um robô humanóide, chamado Cog e um humano (Figura 1). Neste

caso, o comportamento de turn-taking é liderado pelo humano. O projecto Cog continua

aind a ser desenvolvido, no entanto o grupo de investigadores recorreu a uma nova

plataforma robótica desiganada KISMET.

15  

 

Figura 1 – Robô Humanóide Cog proprietário do MIT  

No Japão, um estudo por Ito e Tani, visa promover o turn-taking utilizando um

robô comercialmente desenvolvido pela Sony, o QRIO [10].

Os autores do projecto pretendem com este estudo a criação de um jogo de

imitação com simples movimentos entre o robô e o humano, onde os problemas de

imitação poderão ser simplificados. Este projecto contempla duas etapas fundamentais,

a fase de aprendizagem e a fase de interacção e, considerando apenas os movimentos

dos braços.

Na fase de aprendizagem, as trajectórias do robô são obtidas através do

mapeamento da posição do braço do utilizador com as juntas dos braços do robô. Por

outro lado, a fase de interacção, o robô tenta seguir sincronizadamente os padrões de

movimento da mão do utilizador para que possa prognosticar autonomamente os seus

movimentos.

Na fase de experiências, foram experimentados dois jogos de imitação utilizando

o modelo proposto.

Na experiência 1, o jogo de imitação é tal que o conjunto de adaptações aos

movimentos é conduzido apenas pelo robô. Na fase de aprendizagem, o robô recolheu

três movimentos padrão que são demonstrados pelo utilizador. Na fase de interacção, é

analisado como o robô pode seguir os movimentos e como responde à alteração dos

diferentes movimentos aprendidos.

16  

Os investigadores observaram que quando o movimento padrão da mão se altera

para outro movimento padrão, os padrões no sensor de predição e os motores do robô

correspondem à mudança. Contudo, a sincronização é perdida durante as transições, que

no entanto é recuperada algum tempo depois.

Na experiência 2, existem adaptações mútuas na interacção entre o robô e o

humano conduzindo ao jogo de imitação. Para esta experiência o robô aprende quatro

padrões de movimento. Durante a interacção, os utilizadores procuram os movimentos

padrão para que eles e o robô se consigam sincronizar. As experiências com os

utilizadores foram conduzidas durante 1 hora, incluindo 4 intervalos de 5 minutos.

Porém, a procura dos movimentos padrão não foram assim tão triviais para os

utilizadores, causando inúmeras dessincronizações entre o robô e o humano.

Os investigadores concluíram que as experiências com o robô humanóide

demonstraram em certas alturas coerência mas noutras demonstraram incoerência na

utilização entre o robô e o humano. O projecto poderá não ter superado os objectivos

pretendidos todavia, a aplicação de estruturas dinâmicas poderão ter sucesso na

aplicação do turn-taking. A figura 2 demonstra a utilização do QRIO com o intuito de

promover o turn-taking.

   

 

Figura 2 ‐ Utilização do QRIO com o intuito de promover o turn‐taking 

O KISMET é um robô construído nos finais dos anos 90 por C. Breazel,

investigadora do MIT (Massachuchets Institut of Technology) [11, 12]. Este robô,

17  

sucessor do Cog, utiliza estímulos sociais para regular o turn-taking nas interacções não

verbais com pessoas.

Inspirado no desenvolvimento infantil a nível social, psicológico e ético, este

trabalho integra teorias e conceitos através destes pontos de vista, que permitem o

KISMET entrar de uma forma natural e intuitiva, na interacção social com um humano

aprendendo assim estímulos sociais. Para que seja possível esta aprendizagem, o

KISMET percebe uma variedade de estímulos sociais tanto a nível visual e auditivo e

responde com sinais emotivos através da direcção do olhar, das expressões faciais, da

postura corporal, vocal e do balbucio.

Para que estes comportamentos sejam possíveis, o robô é equipado com vários

sensores que lhe permitem “ver”, “ouvir”, entre outros que lhe permitem ganhar

percepção. Em relação às habilidades de percepção foi desenvolvida uma arquitectura

de controlo que permite modelar emoções, através de expressões faciais criadas a partir

do movimento das orelhas, sobrancelhas, pálpebras, lábios, maxilares, e da cabeça. A

nível sensorial é equipado com quatro câmaras CCD (Charge-Coupled Device), que

permitem o robô “ver”, analisar as expressões e a distância a que se encontra do

humano. Contém microfones para que possa processar sons provenientes do humano,

permitindo alterar o seu comportamento. A nível de expressões faciais, o KISMET tem

15 graus de liberdade que permitem demonstrar emoções, tais como ficar calmo,

contente, furioso, entre outros. A figura 3 demonstra as emoções que o KISMET pode

oferecer.

18  

 

Figura 3 ‐ Expressões faciais que demonstram emoções no KISMET 

Este robô responde a estímulos por parte do ser humano. Por exemplo, se a

pessoa fica furiosa à sua frente, o KISMET reage com tristeza, se alguém fica alegre ele

sorri. Na figura 4, temos um exemplo de uma pessoa a sorrir, na qual o KISMET

responde com um sorriso.

Este projecto tem tido bastante sucesso, tanto a nível do desenvolvimento da

inteligência artificial como nos bons resultados que tem conseguido. É, contudo, um

projecto bastante dispendioso.

 

Figura 4 ‐ a) Interacção de um humano com o KISMET. b) Aspecto físico do  KISMET. 

19  

Todos estes projectos apresentados têm como objectivo promover o turn-taking

utilizando plataformas robóticas contudo, não se dirigem a um público-alvo específico.

Existem estudos que têm como objectivo específico a promoção de turn-taking, em

pessoas com necessidades educativas especiais. Noutros estudos foi abordada a

importância de plataformas robóticas na rotina diária, e se o aspecto do robô tem

influência na interacção e qual ou quais as reacções predominantes observadas.

Um estudo que surgiu numa universidade do Canadá, no departamento de

Engenharia Electrónica e Computadores [13]. O estudo surgiu através de uma proposta,

que os docentes fizeram aos alunos para que criassem robôs que se movessem e que

gerassem movimentos interessantes, com o intuito de se verificar qual a resposta das

crianças em contacto com o robô. O principal objectivo deste projecto era aferir a

interacção das crianças autistas com robôs, se o robô poderia ajudar estas crianças a

aumentar a capacidade para captar a sua atenção e uma abertura ao meio que as rodeia.

Para que conseguissem criar um robô com características especiais, os

investigadores precisavam de saber qual a melhor forma de captar a atenção destas

crianças, quer a nível de movimentos, aspecto, com ou sem partes móveis, interacção

com música ou até mesmo fala. A partir destes pontos, foram construídos quatro robôs

com aspectos distintos mas, com dois pontos em comum: a interacção musical e a

interacção através da fala. O Super G, com aspecto semelhante a um gato dispunha de

uma cauda móvel e vibrava quanto se segurava nele. O Cari, um robô palhaço, oferece

diferentes jogos de interacção tais como a dança e a identificação de formas geométricas

e botões coloridos. O Robus-T, um robô com a forma de cão, tinha como principal

função seguir pessoas, através da utilização de um sensor de calor. Por fim, o DiskCat,

com aspecto de gato, tentava simular o comportamento destes animais felinos, através

do movimento dos bigodes (Figura 5).

20  

Figura 5 ‐ Plataformas Robóticas: a) SuperG, b) Cari, c) Robus‐T, d) DiskCat. 

Durante as fases experimentais, os robôs foram apresentados um a um a cada

criança numa sala, onde a perturbação era nula, com o intuito de não existirem

interferências.

As crianças apresentaram comportamentos e formas de interacção distintas umas

das outras. Algumas crianças permaneceram sentadas no chão, outras apenas olharam

para o robô, outras tocavam quando este se aproximava e uma movimentava-se em

torno dos robôs demonstrando sinais de excitação. A observação mais interessante foi

de uma criança que gostou especialmente do cão, talvez porque tinha um cão em casa

como animal de estimação.

Os investigadores concluíram que é difícil analisar os dados apenas com uma

experiência e que deveriam ser feitas mais experiências durante períodos mais longos,

no entanto, era evidente o despertar de atenção destas crianças perante os robôs. Outro

dos pontos importantes retirados destas experiências é que seria necessário construírem

robôs mais robustos, na eventualidade de se construir um brinquedo robótico para

comercialização.

21  

No Japão, um estudo dos investigadores, Hideki Kozima, Cocoro Nakagawa e

Yuriko Yasuda propõe uma plataforma robótica na utilização em terapias de crianças

com autismo, com dificuldades de comunicação interpessoal.

A tentativa de encorajar as pessoas, principalmente crianças entre os 2-4 anos, a

praticar a comunicação interpessoal, origina a construção de um pequeno robô simples e

atractivo que seria designado de Keepon [14].

O Keepon (figura 6) na parte superior é composto por dois olhos, os quais têm

duas câmaras a cores com um ângulo de visão de 120º e um nariz que é composto por

um microfone. A parte inferior é composta por um pequeno um buraco por onde passam

4 arames, que permitem gerar o seu movimento. Abaixo do Keepon encontra-se um

cilindro preto que contém no interior 4 motores e 2 placas de circuito impresso. A

estrutura do corpo é feita em borracha de silicone, permitindo que se deforme aquando

do movimento ou através do toque.

 

Figura 6 ‐ a) Aspecto físico do Keepon, b) estrutura interna do Keepon, c) Manuseamento da estrutura do corpo. 

O corpo simples do robô permite 4 graus de liberdade, que produzem dois diferentes

tipos de acções ou modos:

• Modo atento: direcciona a cabeça para cima e para baixo ou da esquerda para a

direita com a finalidade de orientar o seu corpo e cara para um determinado

alvo. Esta acção conduz a uma tentativa de promover o olhar “olhos nos olhos” e

a captação da atenção;

• Modo emotivo: mantém a sua atenção numa determinada direcção, balanceando

o seu corpo de lado para lado ou para cima e para baixo. O Keepon tenta

exprimir emoções sobre o alvo.

22  

Os investigadores pensam que um robô para utilização na terapêutica do autismo

deverá ser o mais simples possível pois os robôs que têm um comportamento mais

complexo poderão não só assustar as crianças, como transmitir uma ideia errada do que

é pretendido.

O Keepon pode ser autónomo ou controlado manualmente. No modo autónomo ele

tem um software que permite detectar a localização da face humana e de um brinquedo

com determinada cor. O Keepon orienta o seu corpo para o ponto de atenção e

determina qual o tipo de acção. No modo manual, o robô é controlado por um humano

que controla a sua orientação e expressão. O operador observa através das câmaras

instaladas nos olhos e ouve através do microfone instalado no nariz. O operador

transmite as acções ao Keepon pressionando nas teclas pré-configuradas de um teclado.

Por outro lado, o Keepon pode ser usado em qualquer local, em creches, hospitais,

salas de brincar, entre outros ou seja, em qualquer dia, hora ou lugar, o que o obriga a

ser um robô robusto.

Durante as sessões experimentais, o robô foi colocado numa sala de brinquedos de

uma creche. Existiam regras institucionais, onde a criança poderia, durante determinado

período, brincar livremente e noutro período teria que fazer actividades em grupo.

Durante o tempo em que a criança poderia brincar livremente ela tinha acesso, assim

que quisesse, ao Keepon. Nas actividades em grupo, o Keepon foi colocado a um canto,

contudo quando a criança ficava aborrecida ou stressada a educadora permitia à criança

brincar com o Keepon.

Durante 1 ano, foram observadas duas crianças com autismo em que o Keepon foi

colocado no modo manual e controlado pelo investigador (Figura 7). As observações

foram todas registadas em vídeo sob o ponto de vista das câmaras instaladas no Keepon.

Foram realizados dois tipos de observação. No primeiro caso, foi verificado o

comportamento entre uma criança autista e o Keepon demorando 4 meses até haver a

primeira interacção. No segundo caso tratou-se da utilização de uma outra criança que

iniciou interacção interpessoal entre a mãe e a educadora, onde o Keepon trabalhava

como pivô da tríade.

23  

 

Figura 7 ‐ Observação de uma sessão experimental sob o ponto de vista das câmaras instaladas no Keepon. 

No primeiro caso de observações verificaram-se os seguintes resultados:

• A criança demonstrou um forte interesse na primeira sessão, mas não chegou

perto do Keepon;

• Após ter observado outra criança a colocar um papel na forma de um cilindro na

cabeça do Keepon, na sessão 5 ela pediu à educadora para fazer o mesmo e

mostrou satisfação pelo acto, contudo ainda manteve alguma distância do

Keepon;

• Na sessão 11 ela tocou na cabeça do Keepon com uma baqueta de um xilofone, e

instantes depois conseguiu tocar com a sua mão e examinando a sua textura e

cheiro;

• Após este toque ela começou as interacções sociais, incluindo o facto de

conseguir olhar olhos nos olhos e a alguma vocalização.

Por outro lado, os investigadores obtiveram os seguintes resultados para a segunda

criança:

• Na primeira sessão, observou o Keepon durante um longo período de tempo.

Após ter observado uma outra criança a brincar com o Keepon com outro

brinquedo, ela repetiu a acção com o mesmo brinquedo mas não demonstrou

muito interesse em interagir;

• Durante algumas sessões ela não conseguiu prestar grande atenção ao Keepon;

24  

• Na sessão 15 após observar uma criança a colocar um gorro na cabeça do

Keepon, ela tocou por instantes com o seu dedo;

• A partir da sessão 17 após se sentar em frente do Keepon com a sua mãe, ela por

vezes tocava no robô e, a partir da sessão 20 começou a explorar as habilidades

do Keepon;

• Na sessão 33 ela começou a imitar os movimentos do Keepon.

Apesar de simples, o Keepon foi suficiente para captar a atenção e o estado

emocional das crianças autistas. Durante as sessões, as crianças demonstraram vários

comportamentos e, após as observações e análises os investigadores indicam as

seguintes sugestões:

• As crianças com dificuldades na comunicação interpessoal foram capazes de

abordar o Keepon com segurança e curiosidade. Isto deve-se provavelmente ao

facto do Keepon não ser parecido com um humanóide nem ser um simples

brinquedo;

• As crianças prolongaram a interacção interpessoal com o Keepon apenas quando

havia outra pessoa (mãe ou educadora) por perto, funcionando o Keepon como

pivô;

• Estas crianças demonstram diferentes estilos de interacção, que se foram

alterando ao longo do tempo, o que permite retratar um perfil de

desenvolvimento, facto que não poderia ser classificado num simples

diagnóstico do autismo.

Para os investigadores o Keepon como um robô simples que o é, tem todas a

potencialidades de estimular a comunicação social nas crianças com autismo.

O projecto Aurora [15] que tem como principal objectivo estudar o modo de

tornar uma plataforma robótica num brinquedo que poderá ter um papel educacional e

terapêutico para crianças com autismo.

25  

O projecto foi dividido em várias etapas, consideradas importantes para testar a

adequação de diferentes plataformas robóticas nas terapias. Foram utilizados quatro

robôs diferentes (figura 8): O Labo-1 apelidado de Mel, construído pela Applied AI

Systems sediada no Canadá, trata-se de um robô móvel com uma estrutura plana,

equipado com 8 sensores infravermelhos e com quatro rodas com tracção independente.

O Pekee, construído pela Wany Robotics, trata-se de um robô de forma oval e com

estrutura de plástico, constituído por duas rodas motorizadas, uma livre e 15 sensores

(infravermelhos, temperatura, luz e choque). A Robota, construída por Aude Billard,

trata-se de uma pequena boneca robótica humanóide constituída por motores e por

sensores infravermelhos e detectores de luminosidade. Por fim, o Kaspar, construído

pelo Adaptive Systems Research Group da Universidade de Herthfordshire, trata-se de

humanóide semelhante a uma criança.

Figura 8 ‐ Plataformas robóticas utilizadas no projecto aurora: a) Labo‐1, b) Pekke, c) Robota e d) Kaspar.  

De todos os robotrobôs apresentados, os que mais têm contribuído para o

sucesso do projecto são o Kaspar e a Robota.

A Robota [16], como já foi referido é uma plataforma robótica que pretende

aproximar-se do aspecto humano, especialmente nas características faciais.

A partir do momento que Aude Billard e os seus assistentes começaram a

idealizar o projecto, definiram como objectivos:

• Testar a reacção de crianças autistas a diferentes características humanas do

robô;

• Avaliar até que ponto as crianças autistas são capazes de distinguir entre:

percepções serem o resultado das suas próprias acções e percepções serem o

resultado das acções de outros.

26  

O protótipo inicial construído com uma boneca e legos implicava o uso de óculos no

utilizador. Para que a Robota fosse capaz de imitar o utilizador, a boneca possuía

sensores emissores de infravermelhos nas orelhas enquanto os óculos eram portadores

de sensores receptores de infravermelhos, permitindo assim o reconhecimento do

movimento da cabeça. Analogamente, o processo de reconhecimento de movimentos

dos braços ocorre com a instalação de infravermelhos nas mãos do utilizador e no corpo

da Robota.

As experiências realizadas (Figura 9) com sete crianças vieram demonstrar que

este processo não é fiável. Primeiro, porque os autistas já têm uma enorme dificuldade

em lidar com objectos estranhos, especialmente com objectos estranhos colocados neles

próprios; segundo, o protótipo teria que ser mais robusto pois caso o autista quisesse

manipular a Robota, esta facilmente se desmontava. Outro dos aspectos observados é a

importância do movimento dos olhos. Como a Robota tem os olhos fixos, os

investigadores pensam que se gerassem movimento nos poderiam dessa forma acentuar

as características humanas.

Figura 9 ‐ a) Primeira versão da Robota baseada em legos; b) Sessão experimental com a Robota. 

Durante as experiências, apesar de a Robota ter a capacidade de aprender, os

investigadores deram preferência apenas ao comportamento imitativo, pois desta forma

permitia quantificar de uma forma mais simples as reacções das crianças.

Estas primeiras experiências permitiram aos investigadores tirarem conclusões

em relação às melhorias a implementar no protótipo. A versão final da Robota (figura

27  

9), já é bastante mais robusta, utiliza um sistema de visão, que permite criar

comportamentos imitativos evitando assim acessórios extra e por fim tem movimento

nos olhos.

Figura 10 ‐ a) Última versão da plataforma Robota, b) Sessão experimental com a Robota. 

Com a plataforma desenvolvida, a equipa de investigadores sentiu a necessidade

de continuar o estudo com a avaliação de outros parâmetros. Outro estudo efectuado

consistia em avaliar quais os efeitos da exposição repetida de um robô humanóide a

crianças com autismo.

As experiências deste estudo foram realizadas em contexto de sala de aula da

escola, estando a Robota em cima de uma mesa, ligada a um portátil e encostada à

parede. Foram colocadas duas câmaras fixas na sala, para que fosse possível captar

diferentes ângulos da interacção e para que posteriormente os filmes fossem analisados

e se retirassem conclusões.

A Robota foi programada para operar em 2 modos básicos:

• Como um brinquedo que dança, movendo os braços, as pernas e a cabeça ao

som de música gravada;

• Como uma marioneta, onde o investigador move os braços, pernas e cabeça

utilizando controlo através do portátil.

O público-alvo era crianças com idades compreendidas entre os 5 e os 10 anos, que

entravam na sala, uma de cada vez, ficando isoladas de todos os restantes colegas. O

tempo para os testes era indefinido, ou seja, cada experiência durava o tempo até as

crianças começarem a ficar aborrecidas e perturbadas.

28  

Durante as sessões foram definidas três fases:

• Fase 1: O robô era colocado dentro de uma grande caixa aberta pintada de

preto por dentro, similar a um espectáculo de marionetas (figura 11 a)).

Nesta fase, os robôs estavam a operar no modo de dança, movimentando os

seus membros e cabeça ao som da música. Este procedimento serviu apenas

para atrair a atenção das crianças para o robô. Os investigadores e as

educadoras não interferiram nas acções das crianças deixando-as fazerem o

que quisessem, sem serem interpeladas mesmo, quando algo que faziam não

era o pretendido.

• Fase 2: Nesta fase, a caixa preta era removida, o robô mantinha-se em cima

da mesa e a criança foi encorajada pela educadora a interagir com o robô

(figura 11 b)). A educadora estava perto do robô e movia os membros da

criança para lhe mostrar como o robô podia imitar os seus movimentos.

• Fase 3: Na última fase, sempre que possível, não eram dadas instruções ou

encorajamento à criança para interagir com o robô (figura 11 c)). Nestas

experiências, o robô encontrava-se em modo de marioneta e o investigador

conseguia identificar expressões subtis da criança e rapidamente responder

aos seus movimentos, introduzindo também complexidade de turn-taking e

troca de papéis no jogo de imitações.

Figura 11 ‐ Sessões experimentais com a Robota: a) Fase 1, b) Fase 2 e c) Fase 3. 

Durante as experiências foram avaliados quatro parâmetros considerados

importantes: Olhar fixo para o robô, toque em qualquer parte do robô, imitação ou

tentativa de imitação dos movimentos do robô e a proximidade ao robô.

29  

Os investigadores obtiveram resultados interessantes [16] e, concluíram que

experiências repetidas por um longo período de tempo permitiu às crianças explorarem

a interacção robô-humano e a interacção humano-humano. Em alguns casos, as crianças

usaram o robô como mediador da interacção. Além disso, depois do robô ter entrado na

rotina diária de todas crianças, o investigador também conseguiu presenciar as

experiências, chegando mesmo a haver interacção entre as crianças e ele, em que estas

procuravam activamente partilhar as suas experiências.

O Kaspar (figura 12), robô construído pelo Adaptive Systems Research Group

da Universidade de Herthfordshire, é um robô humanóide com tamanho e características

de uma criança [17]. Este robô pode exprimir-se através do movimento da cabeça,

braços e mãos. É na cabeça, principalmente na face, onde se encontra o maior número

de expressões, que permitem assim uma comunicação não verbal mais eficaz, através da

mudança de orientações da cabeça e no movimento e piscar dos olhos.

Figura 12 ‐ Aparência física do Kaspar 

Um dos principais objectivos de estudo deste projecto é a promoção do turn-

takig. O estudo mais relevante na promoção de turn-taking é a interacção do Kaspar

com uma criança através do toque de um tambor [18].

Foram definidos dois casos de estudo fundamentais:

• Estudo 1: Alcançar a comunicação gestual entre o robô e o humano, pelo que o

toque nos tambores serve como apoio no estudo dos aspectos chave, tais como:

o turn-taking determinístico e os gestos não verbais;

• Estudo 2: Alcançar a mudança de papéis na aplicação de turn-taking emergente

ou seja, o robô não só segue e imita o humano, como deverá ter a capacidade de

ser o líder no jogo, sendo ele imitado pela criança.

30  

Durante as experiências os participantes proporcionam o toque no tambor enquanto

o Kaspar tenta imitá-los, no número de batidas e na duração entre batidas. A estas

acções, os investigadores denominam de turn-taking determinístico, na qual o

participante humano é o líder e o Kaspar é o seguidor.

O primeiro foco de estudo foi o possível impacto que a utilização de gestos sociais

teria, não só no jogo em si, mas também nos participantes e na avaliação do jogo. Foram

impostas três condições com quantidades crescentes de gestos:

1. no-gesture - O Kaspar não usa qualquer gesto, imitando apenas a batida;

2. gesture – O Kaspar proporciona simples gestos com a cabeça e pisca os olhos.

Se o participante não inicia a interacção, então o Kaspar também não faz nada;

3. gesture+ - O Kaspar simplesmente repete uma sequência de gestos. Se o

participante não continua a interacção, o Kaspar também pára.

Estas três condições foram testadas com doze crianças, seis do sexo masculino e seis

do sexo feminino. Os resultados variam consoante o sexo; os participantes do sexo

masculino preferem o no-gesture e abdicam quase por completo do gesture+, enquanto

no sexo feminino a condição preferencial é o gesture+ abdicando do no-gesture. A

figura 13 demonstra graficamente os resultados obtidos.

Figura 13 ‐ Resultados obtidos através da aplicação das três condições em estudo [18]. 

A segunda parte do estudo, em que se pretendia aplicar o turn-taking

determinístico, os investigadores sugeriram que o tempo desempenha um papel

fundamental na regulação da interacção, predefinindo a duração do tempo de interacção.

31  

Ao contrário do que acontecia anteriormente, o Kaspar inicia o jogo caso o

participante fique em silêncio durante alguns segundos, tentando fazer com que haja

imitação. Contudo, nem sempre foi claro quando o robô ou o humano deveriam iniciar a

interacção.

Foram utilizados três modelos de controlo (threshold, linear e hiperbólico), que

determinam o inicio e o fim da batida. Estes modelos não foram devidamente

apresentados e comparados pelos autores.

O interesse dos investigadores foi estudar o impacto da aplicação dos diferentes

modelos de controlo, na performance das batidas entre a interacção do robô com os

intervenientes.

Analogamente ao ocorrido no caso de estudo anterior, também foram utilizados

doze participantes. A maior parte das crianças perdeu o interesse pelo modelo linear,

uma vez que o tempo de interacção era menor e foram ignorados muitas vezes pelo

Kaspar. No entanto, o modelo hiperbólico foi o mais requisitado, obtendo os resultados

pretendidos, onde o Kaspar é o líder das batidas e as crianças correspondem com a

imitação.

A figura 14 demonstra uma sessão experimental entre um humano e o Kaspar

com o objectivo de promover o turn-taking

Figura 14 ‐ Sessão experimental entre um humano e o Kaspar com o objectivo de promover o turn‐taking. 

Os investigadores sugerem que esta análise é um pouco descritiva pois o número

de amostras é reduzido, o que pode influenciar os resultados reais.

32  

No primeiro estudo, o Kaspar apenas repetiu as batidas produzidas pelas

crianças, acompanhando com simples gestos da cabeça. As crianças em contrapartida

interpretam esses comportamentos simples como se fossem mais complexos. O facto de

o Kaspar não mudar o comportamento ao longo do tempo, mesmo em jogos diferentes,

faz com que as crianças compreendem os limites do Kaspar, bem como as regras do

jogo, originando numa adaptação das suas capacidades aos limites do robô.

No segundo estudo que envolve a aplicação de turn-taking emergente, os

investigadores observaram interacções bem sucedidas, na mudança de papel entre o

humano e o robô.

Actualmente, encontra-se em estudo um outro projecto que conta com a

participação de quase todos os investigadores do projecto Aurora.

O projecto IROMEC [19] e [20] investiga como os brinquedos robóticos se

podem tornar mediadores sociais, encorajando as crianças com deficiências a descobrir

uma gama de estilos de brincadeiras, desde solitárias a sociais e cooperativas (com

colegas, responsáveis/professores, pais, entre outros).

O projecto é novo e multidisciplinar combinando robótica, ciências cognitivas,

psicologia do desenvolvimento, pedagogia, interface humano-máquina e outros para

abrir uma possibilidade dedicada às “tecnologias da informação” para cobrir a procura

da sociedade.

Os objectivos principais do projecto são:

• Trabalhar os três principais aspectos de brincar (melhorar a “Qualidade de

Vida”, melhorar a “Inclusão Social”, melhorar “Aprendizagem e Terapia”)

através de um sistema robótico que actua como um mediador social num

ambiente de jogo que pode ser configurado dependendo das necessidades

específicas de conhecimento e múltiplas deficientes das crianças;

• Alcançar uma disseminação activa e estratégia de exploração em que os

utilizadores primários e secundários, terapeutas e instituições educativas são

continuamente informadas sobre o produto em desenvolvimento.

33  

Como o projecto é relativamente recente ainda não foram apresentados resultados

das sessões experimentais no entanto, os investigadores já apresentaram algumas

imagens que demonstram o uso de uma plataforma robótica um pouco diferente das

utilizadas no projecto Aurora. A figura 15 demonstra sessões experimentais do projecto,

onde se podem visualizar que as experiências são efectuadas em grupo.

Figura 15 ‐ Primeiras sessões experimentais do projecto IROMEC 

Comparando o trabalho desenvolvido pelo autor no âmbito da parceria

APPACDM/UM com os trabalhos realizados por outras equipas de investigação, acima

referidos, aquele apresenta três particularidades relevantes. Em primeiro lugar, o

trabalho foca um grupo alvo de adolescentes/adultos do sexo masculino entre os 17 e 19

anos de idade (ao contrário dos outros projectos que trabalham com crianças até aos 11

anos). Do mesmo modo, além de autismo, estes jovens têm também deficiência mental,

conduzindo a outras falhas na comunicação oral. Finalmente, devido às características

deste público-alvo, as primeiras sessões foram integradas na rotina diária dos jovens,

orientadas pelas professoras e sem a directa participação dos investigadores. Assim,

pretendeu-se evitar o elemento estranho na sala de aula (noutras pesquisas, a primeira

experiência era realizada separadamente e quase sempre conduzida pelo investigador).

De salientar que apenas as primeiras sessões foram realizadas em ambiente de sala de

34  

aula. As restantes sessões foram efectuadas individualmente com o jovem, e conduzidas

pelos investigadores.

 

35  

3. Plataforma robótica Sumário

 

 

Neste capítulo é apresentada a plataforma robótica escolhida assim como a justificação

para a sua escolha.

São apresentadas as linguagens de programação que podem ser utilizadas na plataforma

robótica e são descritas as funcionalidades do software de controlo remoto

desenvolvido, a ser utilizado na fase de interacção.

 

36  

3.1. Porquê a utilização do LEGO Mindstorms NXT?

Quando se iniciou o projecto, pensou-se em escolher uma plataforma robótica

disponível comercialmente, pois o tempo que se dispunha para o desenvolvimento da

plataforma, para aplicação em terapias e análise de resultados era curto.

Surgiram algumas alternativas, entre as quais o Aibo, o cão robô desenvolvido

pela Sony e o LEGO Mindstorms NXT. No entanto, decidiu-se excluir o Aibo do

projecto por ser frágil e por ter formato de animal poderia assustar os autistas. A

fragilidade é uma desvantagem a ter em conta pois o robô iria estar sujeito a diversas

reacções dos autistas e uma reacção mais agressiva poderia originar a queda do robô e

consequentemente eventuais danos no equipamento.

A selecção do robô caiu na utilização do LEGO Mindstorms NXT. À partida

uma das grandes vantagens do robô da LEGO em relação a outras plataformas robóticas

é a possível mudança de configuração e a extensibilidade consoante as necessidades e

de acordo com a tarefa onde se deseja aplicar. O facto de permitir a comunicação sem

fios através da tecnologia Bluetooth é outras das vantagens da utilização desta

plataforma robótica, permitindo assim o controlo remoto através do computador. O

baixo custo e a variedade de sensores e actuadores existentes no mercado, bem como a

quantidade de linguagens de programação que se podem utilizar foram factores que

pesaram na decisão da escolha do robô. No entanto, a utilização de sensores é restrita a

um máximo de quatro e de actuadores a um máximo de três. Se for necessário adicionar

mais sensores e actuadores, tem-se que comprar uma placa adicional que permite a

extensão de sensores e/ou actuadores.

3.2. Descrição do LEGO Mindstorms NXT  

A LEGO, para dar continuidade ao sucesso obtido na sua enorme variedade de

peças disponíveis para construções, decidiu adaptá-las às novas tecnologias. Surgiu,

então, a primeira plataforma robótica designada de LEGO Mindstorms RCX [21, 22,

23].

O RCX (figura 16) é uma grande peça que contém no seu interior um módulo

programável.

37  

Figura 16 ‐ Bloco programável do LEGO Mindstorms RCX 

Através deste bloco é possível programar e construir uma estrutura robótica, que

pode ser utilizada para diversos fins. Este bloco possui três portas de saída e três portas

de entrada. Nas portas de saída poderão ser ligados motores e luzes enquanto nas portas

de entrada poderão ser ligados vários tipos de sensores.

Este módulo é alimentado por pilhas ou através de um transformador que poderá

ser conectado a uma entrada disponibilizada na parte traseira do bloco. A utilização do

transformador apenas é útil em aplicações estáticas, visto que em aplicações móveis o

fio limita a utilização do robô.

A parte superior é constituída por um pequeno ecrã, onde podem ser visualizadas

várias informações tais como a leitura do valor dos sensores bem como os estados das

portas de saída; por quatro botões auxiliares, que permitem ligar ou desligar o módulo,

seleccionar os programas pré-configurados, activar o programa e visualizar o valor dos

sensores e o estado das portas.

Este bloco dispõe de comunicação por infravermelhos, útil na comunicação com

outros módulos RCX e com um computador.

Com a necessidade de responder aos utilizadores mais exigentes, a LEGO

decidiu investir numa nova gama de robôs. Em 2006 apresentou o LEGO Mindstorms

NXT (figura 17) com uma maior variedade de sensores, com uma capacidade de

memória superior e com um processador com maior capacidade de processamento [24,

25, 26, 27].

38  

Figura 17 ‐ Bloco programável do LEGO Mindstorms NXT. 

O LEGO Mindstorms NXT apresenta as seguintes especificações técnicas:

• Microcontrolador ARM7: 32 bit

o Memória FLASH: 256 Kbytes

o Memória RAM: 64 Kbytes

• Microcontrolador AVR: 8 bit

o Memória FLASH: 256 Kbytes

o Memória RAM: 64 Kbytes

• Comunicação Bluetooth

• Porta USB

• 4 portas de entrada

• 3 portas de saída

• LCD: 100x64 pixel

• Coluna: 8kHZ e canal de som com 8 bit de resolução

• Alimentação: 6 pilhas AA ou bateria recarregável

Na parte superior identifica-se facilmente o LCD, através do qual pode-se aceder a

todas as funções disponibilizadas pelo NXT tais como:

• Verificar o nível de bateria ou pilhas

39  

• Aceder ao menu My Files que inclui submenus

o Software Files: programas desenvolvidos no PC e descarregados no

NXT

o NXT Files: programas desenvolvidos no próprio NXT

o Sound Files: Ficheiros de som

• Aceder ao menu NXT Program, local onde se pode fazer pequenos programas

sem recorrer a um PC

• Aceder ao menu Try Me, local onde se podem testar os sensores e os actuadores

• Aceder ao menu View, local onde se podem observar os valores, em tempo real,

dos sensores.

• Aceder ao menu Settings, local onde se pode configurar o volume da coluna,

apagar a memória e onde se pode configurar o tempo que se pretende manter o

robô ligado sem estar a ser utilizado.

• Aceder ao menu de configuração do Bluetooth.

A figura 18 apresenta a ligação dos sensores e actuadores ao bloco principal. Esta

ligação é efectuada com cabos específicos da LEGO. A uma das portas de entrada pode

ser ligado um outro tipo cabo que permite a expansão do número de portas.

Figura 18 ‐ Ligação dos sensores e dos actuadores ao bloco NXT 

40  

Os sensores mais utilizados e disponibilizados na venda do kit LEGO

Mindstorms NXT são: sensor de toque, sensor de som, sensor de luminosidade e sensor

de distância ou ultra-sons.

O sensor de toque (figura 19) é constituído por um switch, que permite que o

robô tenha sensibilidade ao toque. O sensor poderá detectar o toque quando é

pressionado ou quando é libertado.

Figura 19 ‐ Sensor de toque. 

O sensor de som (figura 20) permite ao robô “ouvir”, através da utilização de um

microfone para captação de som. Existem dois modos possíveis de captação do som ou

seja, através do nível de decibéis ou através de decibéis ajustados. No modo do nível de

decibéis, o som é medido sempre com a mesma sensibilidade enquanto no modo de

decibéis ajustados, a sensibilidade do sensor é adaptada à sensibilidade do ouvido

humano.

Figura 20 ‐ Sensor de Som. 

O sensor de luminosidade (figura 21), inclui um LED que pode ser ligado ou

desligado através de software e inclui um foto-transístor que permite ao robô distinguir

entre cores claras e escuras e a intensidade luminosa de um determinado ambiente.

Figura 21 ‐ Sensor de luminosidade 

O sensor de ultra-sons (figura 22) permite “dar visão”ao robô. Este sensor pode

ser utilizado na medição de distâncias, na detecção de movimento e na detecção de

41  

obstáculos. Através de software, este sensor pode medir em centímetros ou em

polegadas, numa escala de 0 a 255 centímetros com uma precisão de +/- 3 centímetros.

Este sensor utiliza o mesmo princípio de funcionamento utilizado pelos

morcegos para verem ou seja, mede as distâncias calculando o tempo que uma onda

demora a bater no objecto e a regressar como um eco, daí a utilização de dois sonares,

um emissor e outro receptor. Contudo, este sensor apresenta algumas dificuldades na

obtenção de resultados fiáveis quando deparado com objectos de tamanho mais

reduzido. Outra das precauções a ter em conta é a utilização de mais do que um sensor

deste tipo, pois poderão haver interferências entre os ecos e aí, os resultados obtidos não

serão os esperados.

Figura 22 ‐ Sensor de ultra‐sons. 

Todos estes sensores podem ser ligados nas portas de entrada do bloco principal.

Estes sensores podem estimular directa ou indirectamente os actuadores que por sua vez

estarão ligados nas portas de entrada. No kit de venda da LEGO, estão incluídos três

servo-motores e dois LEDs.

Os servo-motores (figura 23) permitem criar movimento nos robôs. Cada servo-

motor é dotado de um pequeno motor eléctrico em que a velocidade e a posição são

controladas por um circuito de loop permitindo assim a identificação da posição actual.

A velocidade de rotação é medida por um tacómetro, que produz um determinada tensão

que por sua vez é proporcional à velocidade. Este actuador permite uma rotação de 360º

e a velocidade pode ser variável, consoante a tensão aplicada nos motores.

Figura 23 ‐ Servo‐motor: a) estrutura interna; b) estrutura externa. 

42  

Os LEDs (figura 24) poderão ser utilizados em diversas funções. Podem ser

utilizados para indicar o estado de algum sensor, para criar efeitos luminosos de acordo

com a tarefa pretendida, entre outras inúmeras possibilidades.

Figura 24 – LED. 

Nas sessões da fase exploratória a configuração do robô utilizada foi do tipo

“Wall-e” (Figura 25).

 

Figura 25‐ Configuração do robô utilizada na Fase exploratória. 

Durante as sessões da fase de interacção, o robô utilizado tinha a configuração

de um humanóide (Figura 26). Esta configuração foi escolhida, pois segundo os

professores e terapeutas dos alunos autistas trata-se de uma configuração amigável,

apelativa e acima de tudo é bastante diferente de todos os outros brinquedos, aos quais

eles têm acesso, permitindo assim despertar a curiosidade de ambos.

Figura 26 ‐ Robô LEGO Mindstorms NXT com configuração de um humanóide. 

43  

3.3. Linguagens de programação

O sucesso que o LEGO Mindstorms NXT alcançou levou a que várias

comunidades open source e empresas criassem linguagens de programação para que se

possa explorar ao máximo a plataforma. Em seguida, são apresentadas algumas das

linguagens mais utilizadas e que dispõem de um compilador próprio.

3.3.1. NXT-G

A linguagem NXT-G [28] é uma linguagem de programação gráfica

desenvolvida pela National Instruments e adoptada pela LEGO. Criar um programa em

NXT-G é bastante simples e intuitivo, pois são disponibilizados vários blocos

predefinidos que interligados entre si que permitem desencadear um sequência lógica de

movimentos, introduzir atrasos, tocar sons, estado dos sensores e temporizadores

internos.

A figura 27 apresenta um exemplo da utilização desta linguagem. Com este

programa, o robô, através da utilização do sensor de luminosidade, consegue seguir uma

linha preta ao longo de um percurso.

A LEGO decidiu adoptar este software como oficial, pois devido à sua facilidade

de utilização, pode ser utilizado por crianças e até mesmo por adultos sem qualquer

experiência em programação.

Figura 27 ‐ Ambiente de programação NXT‐G 

44  

3.3.2. ROBOLAB

A linguagem de programação ROBOLAB [29] foi originalmente desenvolvida

na Universidade de Tufts para ser utilizada no RCX. Contudo, com o desenvolvimento

do NXT, a linguagem foi revista de modo a garantir o seu suporte.

O ROBOLAB trata-se de outra linguagem de programação gráfica porém, não é

tão intuitiva como a linguagem anterior portanto, não é uma boa escolha para quem não

tenha os conhecimentos mínimos em programação. Um programa em ROBOLAB pode

ser desenvolvido recorrendo ao LabVIEW. A figura 28 apresenta um programa escrito

em ROBOLAB que permite ao robô seguir uma linha preta.

Figura 28 ‐ Ambiente de programação ROBOLAB 

3.3.3. ROBOTC

O ROBOTC [30] é a soluções mais poderosa no sentido que permite tirar o

máximo partido do NXT através da utilização da linguagem C. Desenvolvida na

Universidade de Carnegie Mellon, esta linguagem fornece um compilador bastante

semelhante a um compilador de C standard e inclui todas as funções que permitem

interagir com todos os parâmetros do robô.

Esta linguagem tem uma grande vantagem em relação a outras, pois possui um

debugger em tempo real. A figura 29 apresenta um programa escrito em ROBOTC que

permite ao robô seguir uma linha preta.

45  

Figura 29 ‐ Ambiente de programação ROBOTC 

3.3.4. NXC

A linguagem NXC [31] é outra linguagem baseada em C. Esta linguagem surgiu

para ser utilizada no RCX e, ao longo dos tempos foi sofrendo alterações para garantir

total compatibilidade com o NXT. Uma das vantagens da utilização do NXC é que

utiliza o mesmo firmware que o NXT-G, evitando constantes alterações no firmware do

robô. Outra das vantagens é a permissão do armazenamento de ficheiros no formato das

linguagens NXC e do NXT-G ao mesmo tempo. Contudo, esta linguagem apresenta as

mesmas limitações técnicas que o NXT-G apresenta, nomeadamente a utilização de

variáveis do tipo floating-point.

À semelhança do ROBOTC, o NXC também dispõe de um debugger, sendo

estas as duas únicas linguagens que disponibilizam o debugger.

A figura 30 apresenta um programa escrito em NXC que permite ao robô seguir

uma linha preta.

46  

Figura 30 ‐ Ambiente de programação NXC 

3.3.5. PBLUA

A linguagem Lua é uma linguagem de programação relativamente recente que

tem ganho bastante atenção e interesse no meio académico. A linguagem pbLua [32] é a

linguagem Lua, só que neste caso possui bibliotecas que permite o uso do NXT. A

implementação em pbLua é bastante similar com a implementação em ROBOTC e

NXC. A figura 31 apresenta um programa escrito em NXC que permite ao robô seguir

uma linha preta.

Figura 31 ‐ Ambiente de programação pbLua 

47  

3.3.6. NXJ

A linguagem NXJ [33] é uma implementação em JAVA para o NXT. Trata-se

de uma linguagem standard de JAVA contudo, apresenta uma pequena biblioteca que

permite o uso do NXT. Não se trata de uma linguagem muito apelativa pois além de ter

que se alterar o firmware do robô, também é necessária a conversão do ficheiro

compilado para um formato suportado pelo NXT. A figura 32 apresenta um programa

escrito em NXC que permite ao robô seguir uma linha preta.

Figura 32 ‐ Ambiente de programação NXJ 

3.4. Software de Controlo Remoto

A aplicação de uma plataforma robótica numa sala de aulas, em que os alunos

carecem de necessidades educativas especiais, especialmente os utentes autistas, tem

que ser introduzida de uma forma gradual. A tentativa de obter turn-taking entre pessoas

autistas e o robô não é fácil. Optou-se por desenvolver um software simples que permite

a manipulação do robô utilizando as potencialidades do Bluetooth.

O Bluetooth é uma tecnologia que permite a ligação sem fios entre dispositivos

permitindo a comunicação e troca de dados entre dispositivos.

48  

O NXT suporta comunicação via Bluetooth entre vários dispositivos. Poderão

ser criadas redes entre vários NXT, entre um NXT e um portátil ou dispositivo móvel

(telemóvel, PDA), entre outros.

Através deste tipo de comunicação, o NXT pode receber comandos, tais como:

activação dos motores, leitura do estado dos sensores, executar programas predefinidos,

gerir ficheiro, entre outros.

A comunicação Bluetooth entre um NXT e outro dispositivo recorre à tipologia

de rede do tipo master e slave. O master é sempre o dispositivo que cria a conexão ou

seja, se a conexão é criada através do menu Bluetooth do NXT, este é o master e os

dispositivos são slave, por outro lado se é o NXT que se liga a um dispositivo, esse

dispositivo é o master enquanto o NXT é slave.

A aplicação que permite a comunicação entre um computador e o NXT foi

desenvolvida através do Microsoft Visual C++. Optou-se por utilizar esta linguagem

(C++), devido ao facto de existirem bastantes bibliotecas, que disponibilizam todas as

funções que permitem desenvolver o software pretendido.

A aplicação desenvolvida, designada NXT BT control tem um interface simples

(Figura 33) e de uso intuitivo. Quando se inicia o software, surge a janela, com todas as

opções por configurar. O primeiro passo é configurar a porta de comunicação, que se

encontra dentro das “Definições do Bluetooth”. No entanto, é necessário estabelecer a

ligação entre o NXT e o computador. Depois de configurada a porta basta clicar em

“Ligar” para se obter a sincronização entre a aplicação e o NXT.

49  

Figura 33 ‐ Software de Controlo Remoto NXT BT Control por configurar 

Após estabelecida a conexão, o botão de “Ligar” mudou para “Desligar” que

permite encerrar a conexão entre a aplicação e o NXT. Esta opção deverá ser sempre

utilizada antes de se tentar encerrar a aplicação.

O próximo passo é a configuração dos motores ou dos sensores. Dentro das

“Definições do Veículo”, pode-se configurar a velocidade de rotação dos motores e

configurar qual a disposição dos motores, de acordo com o esquema de ligação no

NXT. Sendo assim, o Motor 1 e 2 são aqueles que deverão ser utilizados na

movimentação do robô e manipulados através dos botões “Frente”, “Trás”, “Direita” e

“Esquerda”. O sentido de movimento de rotação dos motores também poderá ser

alterado através da opção reverse. O motor 3 poderá ser utilizado como motor auxiliar,

podendo ser controlado com dois movimentos distintos através dos botões “Frente” e

“Trás”.

Caso, se utilize apenas um motor basta configurar o campo pretendido, sendo

desnecessárias as configurações dos outros motores. Se o utilizador pretender, até pode

não configurar qualquer motor, caso deseje utilizar apenas os sensores. A figura 34

demonstra a configuração dos itens descritos anteriormente.

50  

Figura 34 ‐ Software de Controlo Remoto NXT BT Control com Bluetooth e motores configurados 

Configurada a conexão e configurados os motores, falta apenas a configuração

dos sensores. Mais uma vez, a ligação dos sensores estão de acordo com o esquema de

ligação do NXT. Neste caso definiu-se que o sensor de som, de luminosidade, de

ultrassom e toque seriam ligados às portas 1, 2, 3 e 4 do NXT.

Os valores de leitura são apresentados no campo “Valor”. Para os sensores de

som, luminosidade e ultrassom definiu-se uma escala de 0-100 em que 0 é o valor

mínimo de leitura e 100 o máximo. O sensor de toque poderá ter o valor 0 caso esteja

solto e 1 caso esteja pressionado. A figura 35 demonstra a configuração dos itens

descritos anteriormente.

51  

Figura 35 ‐ Software de Controlo Remoto NXT BT Control totalmente configurado. 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

52  

4. Metodologia

Sumário

 

 

Neste capítulo são apresentadas as questões chave deste projecto, o ambiente

organizacional da instituição, o cenário das sessões e os participantes.

São também apresentadas as metodologias a adoptar durante as sessões bem como os

indicadores que deverão ser observados aquando da análise das sessões.

 

   

53  

4.1. Questões Chave  

Antes de se iniciarem as actividades experimentais e após algumas reuniões,

com professores, terapeutas e psicólogos, chegou-se à conclusão que existiam duas

questões importantes, às quais se deveriam dar resposta no final das sessões

experimentais. A investigação focou-se então nas seguintes questões:

• Questão 1 – Como é que os jovens exploram o robô?

• Questão 2 – De que maneira o jovem usa o robô para estabelecer contacto com

outras pessoas?

Identificadas as questões chave da investigação, também foram definidos os

objectivos:

• Identificar modos particulares de exploração do robô por parte do sujeito;

• Identificar tipos de reacção ao robô por parte do sujeito;

• Identificar que/quais funcionalidades do robô captam mais a atenção do sujeito;

• Identificar comportamentos interactivos jovem autista - professor em torno do

robô.

Também se definiu o ambiente e o local das sessões, os intervenientes e as sessões.

4.2. Cenário das Sessões  

As sessões experimentais ocorreram nas instalações da APPACDM, no pólo de

Gualtar. A sala de aulas, geralmente frequentada pelos jovens, foi o local em que todas

as sessões decorreram. Optou-se por utilizar estas salas para minimizar o eventual

stress/desconforto associado a mudanças de rotinas.

54  

A sala de aula (Figura 36) tem uma área de trabalho com as dimensões de 4m x

4m, equipada com um conjunto de mesas e armários onde os jovens guardam o seu

material escolar. É nesta sala que se realizam as actividades do dia-a-dia, tais como:

trabalhos manuais, desenhar, desenvolver a escrita, pintar, entre outras.

Para monitorização e análise das sessões foram instaladas três câmaras em

pontos estratégicos da sala. A instalação das câmaras foi previamente estudada de modo

que a presença de elementos estranhos na sala de aula fossem minimizados. Para isso, as

câmaras foram instaladas junto ao tecto, dentro de uns suportes metálicos com uma cor

semelhante à do tecto e o sistema de captura de vídeo foi guardado num armário.

Aquando da realização de sessões experimentais, o sistema de monitorização era

ligado previamente, durante a hora do lanche, sem a presença de alunos, para que não

influenciasse o comportamento e a sala era disposta de modo a que o acesso ao robô

fosse facilitado.

Figura 36 ‐ Sala de aula onde decorreram as sessões 

4.3. Participantes: As professoras  

Em todas as salas de apoio educativo e de educação especial existe pelo menos

uma pessoa responsável pela turma seja ela professora, terapeuta ou auxiliar de acção

educativa.

55  

A turma, onde se integram os jovens autistas, tem normalmente duas professoras

e às quintas-feiras tem mais uma professora na sala. Esta é uma turma de transição entre

a adolescência e a idade adulta. Atingindo a idades adulta e de acordo com as

capacidades de cada aluno, estes são encaminhados para outras secções.

As professoras são licenciadas em educação visual e têm formação

complementar em educação especial. Todos os dias, através das suas orientações, são

organizadas actividades manuais e para os mais capazes, actividades de

desenvolvimento da escrita e da leitura. Geralmente, na sala encontram-se outros alunos

que possuem outras perturbações de desenvolvimento intelectual e/ou físico.

4.4. Participantes: Os jovens

O público-alvo escolhido para o desenvolvimento deste projecto é constituído

por dois jovens autistas com deficiência mental que frequentam a APPACDM. Estes

jovens têm características um pouco diferentes um do outro. Estes jovens, por uma

questão de privacidade e segurança, serão distinguidos pelo Zé António e pelo Hugo.

O Zé António, de 17 anos, apresenta um grau de deficiência mental moderada e

autismo. É um jovem simpático que apresenta uma linguagem estereotipada e repetitiva.

Em termos de actividades é um jovem que vive de rotinas, trabalhando em tarefas

simples e mecânicas. Alterações na sua rotina diária podem conduzir o jovem a ter

comportamentos agressivos. Para que perceba as ordens relativas ao trabalho que vai

efectuar, são necessárias ordens orais e gestuais, por exemplo: “Jovem vais pintar” e ao

mesmo tempo deve-se apontar para o símbolo correspondente. Devido à falta de

vocabulário consegue comunicar através de sinais ou através de palavras-chave simples.

Se está a executar determinada tarefa e alguém o perturba, o jovem poderá responder

com comportamentos agressivos.

O Hugo, de 18 anos, é mais calmo, mais autónomo e educado. De igual modo,

este jovem possui deficiência mental moderada e autismo. Tem algumas dificuldades de

comunicação, especialmente na construção de frases. Desde muito cedo, devido ao

trabalho efectuado pela mãe, em casa, o jovem aprendeu a ler e copiar textos simples,

consegue escrever os números ordenados até 50, tendo noção de continuidade. Também

consegue fazer operações simples de somar e subtrair. Por ter irmãos, que frequentam

56  

diariamente a internet e outras áreas informáticas, demonstra bastante interesse por

computadores. A nível da expressão plástica e trabalhos manuais demonstra interesse

por desenho e pintura e executa técnicas básicas de tapeçaria. Para que o dia do jovem

não tenha alterações no comportamento, ele terá que cumprir determinado ritual quando

chega à APPACDM. Ele tem que chegar à sala antes dos colegas para que consiga

cumprimentá-los a todos quando chegam. Se por qualquer razão ele chega mais tarde e

vê os colegas na sala, volta para o carro e repete com irritação para a mãe “Casa!

Casa!”. Só quando é correspondido e chega a casa é que fica mais calmo.

 

4.5. Sessões

O objectivo principal do projecto visa criar um recurso terapêutico promotor do

aumento das competências de interacção/socialização e mais especificamente

desenvolver as competências de turn-taking e atenção partilhada/conjunta aplicada a

indivíduos com autismo e deficiência mental.

Dadas as características específicas dos jovens com autismo da APPACDM de

Braga torna-se, por vezes, complexo observar as evoluções em determinados parâmetros

do desenvolvimento intelectual. Considera-se, assim, pertinente averiguar se o sistema

robótico surge como um possível recurso facilitador do processo terapêutico, dadas as

características inerentes ao Robô (movimento, luz, musica...) que podem surgir como

factores motivacionais.

Este projecto é fundamentalmente constituído por duas etapas: exploratória e

interacção.

a) A Fase Exploratória

A fase exploratória constitui a primeira fase do trabalho. Nesta fase, o robô foi

apresentado por uma terapeuta ou por uma professora, ao jovem com autismo de forma

gradual, permitindo que ele o observasse e o aceitasse como um ser presente na sua

rotina, evitando assim comportamentos estranhos por parte do jovem. Esta apresentação

foi realizada com as restantes crianças da sala contudo, foi dada a oportunidade aos

jovens com autismo de poderem visualizar o robô, até porque podiam não demonstrar

interesse à primeira tentativa.

57  

Para que houvesse um maior interesse pelo robô, este foi programado de maneira

que produzisse movimento de forma que cativasse ou despertasse atenção do autista. As

sessões duraram no máximo 20 minutos.

De acordo com opiniões das pessoas que lidam diariamente com este jovens, a

mudança de rotina pode ser um factor importante na alteração do comportamento, mais

especificamente no Zé António, cujas mudanças de rotina poderão provocar

comportamentos agressivos. Outro dos factores a ter em atenção é o eventual aumento

de excitação da turma, perante a presença de um objecto novo e com características que

despertam facilmente a sua curiosidade. Para contornar estes problemas, decidiu-se

trabalhar apenas com os autistas e alguns elementos da turma mais calmos, de modo a

minimizar os efeitos da alteração de comportamentos e para que os autistas não se

apercebam da mudança repentina da rotina.

Desta forma, o robô foi programado para responder autonomamente aos

estímulos dos autistas, de duas maneiras distintas:

1. Reacção ao sensor de toque - Neste caso o robô executa um movimento

coordenado predefinido apenas quando o sensor de toque é pressionado. O

movimento consiste num movimento de trás para a frente e circula. Para que se

perceba melhor o modo de funcionamento apresenta-se o fluxograma da Figura

38.

58  

2. Reacção ao sensor de som – Neste caso quando se gera um som, como por

exemplo musica ou bater de palmas, o robô executa uma coreografia simulando

uma dança. Na Figura 38 apresenta-se o fluxograma, do programa de controlo

do robô.

Robô parado

Botão activado?

Movimento Coordenado

Botão activado?

Robô pára

Sim

Não

Não

Sim

Figura 37 ‐ Fluxograma que permite a activação do robô através do sensor de toque

59  

O decurso das experiências obedeceu às seguintes etapas:

1. Início da gravação;

2. O robô é introduzido durante o decorrer do normal funcionamento de uma aula,

com a presença de todos os alunos.

3. Caso o jovem autista não demonstre qualquer interesse pelo robô, a professora

deverá chamar a atenção do jovem para com o robô.

4. A experiência deve durar cerca de 20 minutos. Caso os jovens ainda se

encontrem interessados, este tempo pode prolongar-se.

5. Se o jovem não demonstrar interesse, a experiência deve ser repetir noutro dia

até no máximo de 1 semana.

Durante esta fase, a linguagem adoptada foi o NXC, pois além de se tratar de uma

ferramenta livre, esta dispõe de um debugger e também é possível aceder facilmente a

todas potencialidades do robô permitindo retirar o melhor desempenho.

Robô parado

Som?

Movimento de dança

Som?

Robô pára

Sim

Não

Não

Sim

Figura 38 ‐ Fluxograma que permite a activação do robô através do sensor de som

60  

b) Fase de interacção

Nesta fase, o jovem autista é encorajado a participar na interacção com o robô,

promovendo assim as suas capacidades de turn-taking. As experiências durante esta fase

decorrem individualmente ou seja, na sala apenas estarão presentes o robô, o jovem

autista e o investigador, que neste caso orienta a sessão. Desta forma é possível criar um

ambiente mais calmo e concentrado, possibilitando assim, uma avaliação mais exacta do

verdadeiro interesse do jovem pelo robô na tentativa de promover o turn-taking.

Sabendo de antemão os graves problemas na alteração de rotinas evidenciado

pelos jovens, admitiu-se que após a primeira fase, o robô já seria presença assídua nas

suas rotinas, permitindo assim que o desenrolar das experiências em ambiente isolado

não trouxesse perturbações.

A especificação de uma única experiência, capaz de ser aplicada em ambos

jovens não é fácil, devido às diferenças que ambos apresentam. As dificuldades motoras

e intelectuais que ambos apresentam, a grave deficiência na fala por parte do Zé

António e as constantes alterações de comportamento por parte do Hugo conduziram à

elaboração de uma experiência simples que premisse aos dois jovens interagir com o

robô.

Durante esta fase de interacção, o robô é controlado remotamente, permitindo

assim uma resposta com mais eficácia às interacções promovidas pelos jovens.

O jogo de interacção consiste na utilização de dois cartões (um vermelho e um

verde), uma bola e uma calha. O jovem autista sentado de um lado da mesa com os

cartões à disposição, o robô posicionado no outro lado e a calha a atravessar a mesa de

um lado ao outro. O jogo desenrola-se da seguinte forma:

• Se o autista mostra o cartão vermelho ao robô, este fica imóvel.

• Caso mostre o verde, o robô devolve a bola através da calha.

Desta forma promove-se o turn-taking, na medida em que o robô responde a

estímulos, de acordo com o cartão mostrado e por outro lado, o robô obriga ao autista a

responder com a mudança de cor perante a ausência de movimento. A calha é utilizada

de modo a que os passes do robô e dos jovens sejam precisos.

61  

No final destas sessões pretende-se que o robô possibilite estimular socialmente

estes jovens de modo a que se obtenha uma interacção entre os dois jovens, ou entre um

dos jovens autistas e outro utente da sala.

O fluxograma seguinte da Figura 39 exemplifica o procedimento.

 

O decurso das experiências obedece às seguintes etapas:

1. Início da gravação;

2. O robô é colocado de um lado da mesa enquanto o autista se situa no outro lado,

com a calha a meio da mesa.

3. O investigador deve demonstrar o processo de interacção

4. Caso o jovem autista não demonstre qualquer interesse pelo robô, o investigador

deve chamar a atenção do jovem para o robô.

Robô parado

Verde?

Passa bola

Vermelho?

Robô pára

Sim

Não

Não

Sim

Figura 39 Fluxograma que permite utilizar o robot na fase de interacção.

62  

5. Caso o jovem autista continue a não demonstrar qualquer interesse pelo robô, o

investigador deve chamar a atenção e exemplificar a acção, se possível

utilizando os membros do autista.

6. A experiência deve durar cerca de 20 minutos. Caso os jovens ainda se

encontrem interessados, este tempo pode prolongar-se.

7. Se o jovem não demonstrar interesse, a experiência deve ser repetir noutro dia

até no máximo 1 semana.

4.6. Indicadores  

As sessões experimentais foram todas gravadas em vídeo. Para que isto fosse

possível, foi necessário pedir autorização aos pais, que corresponderam ao pedido. Após

as sessões, os vídeos foram analisados de modo a que se pudessem observar as

evoluções.

As evoluções observadas devem ser fundamentadas, por isso definiram-se

previamente os indicadores a observar aquando das interacções do joven com o robô.

Estes parâmetros estão divididos em cinco categorias, nomeadamente:

I. Indicadores de reacção ao Robô

a. Ignora o robô

b. Desvia a atenção perante todas ou algumas funcionalidades

c. Fuga

d. Exibe manifestações motoras específicas (ex. estereotipias)

e. Fixa-se em algum detalhe

f. Manifesta preferência por uma ou mais funcionalidades em particular

g. Manifestações emotivas: assusta-se; contentamento (riso, …)

II. Indicadores de acção (comportamentos iniciados por vontade própria)

a. Utiliza diferentes meios de exploração sensorial do objecto: visuais

(olha; fixa,); tacto; paladar; olfacto

63  

b. Imprime intencionalidade à acção motora de manipulação: procura

accionar/acciona as funcionalidades do robô

c. Procura ajuda de outrem para activar as funções do robô

III. Indicadores de investimento no objecto

a. Tempo dedicado à exploração do objecto

b. Tempo de atenção e interacção com outrem em torno da

exploração/manipulação do robô

IV. Indicadores de utilização do robô

a. Manipulação pura e simples

b. Jogo (solitário ou interactivo

V. Indicadores de reacção/acção à retirada do robô

a. Indiferença

b. Manifestação de desagrado, ira, …

c. Resistência activa

Todos estes indicadores são contabilizados através do número de ocorrências, à

excepção dos indicadores presentes na categoria III onde é medido o intervalo de tempo

da ocorrência.

 

64  

5. Resultados  

Sumário

Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos ao longo das várias sessões

experimentais.

Os resultados serão relatados sessão a sessão. Nas sessões da fase exploratória, são

descritos os resultados obtidos em conjunto para os dois jovens, enquanto na fase de

interacção os resultados serão apresentados individualmente para cada jovem autista.

No fim da apresentação dos resultados de cada etapa, os mesmos serão discutidos.

Apresenta-se um quadro-resumo sessão a sessão onde se apresentam em detalhe os

diferentes resultados através da medição dos indicadores.

Por fim, é apresentada a evolução dos comportamentos do autista.

 

   

65  

5.1. Resultados das sessões

Os resultados obtidos em cada fase, Exploratória e Interacção, são apresentados e

discutidos.

 

5.1.1. Fase Exploratória – Sessão 1

De acordo com as metodologias, esta sessão decorreu durante uma aula normal da

turma, para que a rotina não fosse quebrada. Nesta sessão, o robô, na configuração tipo

“Wall-e” (Figura 25), era activado através do sensor de toque.

Os Jovens entraram para a sala e foram-lhes concedidas tarefas normais (Figura 40).

O Zé António executa uma tarefa de colagem enquanto o Hugo pinta uns desenhos.

Cerca de 30 minutos após o inicio da aula, o robô foi colocado em cima de uma

mesa da sala de aula, sem aviso prévio e de modo a que pudesse ser facilmente

visualizado. A apresentação do robô não causou grande impacto nos jovens, pois estes

encontravam-se a executar tarefas e não se abstraiam dessas mesmas tarefas. Mesmo

após várias activações do robô, por parte da professora, só por breves instantes o Zé

António olhou na direcção do robô mas continuou a sua tarefa.

  

Figura 40 ‐ Fase Exploratória ‐ Sessão 1: Ambiente normal de sala de aulas 

66  

Após algum tempo, foi impedido que os jovens continuassem com as suas tarefas e

aproximou-se o robô. O robô foi activado junto ao Zé António. Quando o robô se

aproximou, o Zé António afastou-se de modo a que o robô não entrasse em contacto

físico com ele. Por outro lado, o Hugo levantou-se e foi buscar uma nova tarefa,

ignorando o robô. Quando o robô se aproximou dele, ele não demonstrou muito

interesse, apenas demonstrou alguma preocupação com a perturbação que o robô

pudesse causar durante a execução da sua tarefa.

A pouca demonstração de interesse, obrigou a que se retirassem novamente as

tarefas ao Hugo e se dessem indicações verbais. Foi demonstrado ao Hugo como é que

este devia tocar no botão para que proporcionasse movimento no robô. Após a

exemplificação, o jovem conseguiu clicar no botão, contudo levantou-se da cadeira e

observou o robô em movimento. Quando o robô parou, ele carregou novamente no

botão, observou o movimento e pouco depois partiu em busca de uma nova tarefa. O

robô foi aproximado do Zé António. A professora exemplifica ao Zé António como

devia tocar no botão para que desencadeasse movimento no robô. Contudo, ele não

conseguiu activar nenhuma vez o robô, apenas se fixou no movimento do braço do

robô. Sempre que o robô parava ele tentava forçar o movimento do braço. O

comportamento dele começou a ficar de tal forma obsessivo, originando

comportamentos agressivos quando se tentou interpelá-lo.

Discussão

A apresentação do robô no contexto natural da sala de aulas deu a entender que foi

bastante importante para ambos os jovens autistas pois o aparecimento de um novo

elemento numa sala, em que eles se encontrassem isolados do seu ambiente habitual,

poderia provocar comportamentos indesejados. Quando o robô foi apresentado, nenhum

dos autistas prestou atenção, continuando a executar as tarefas que lhe tinham sido

destinadas.

Para que entrassem em contacto com o robô, foi necessário que se retirassem as

tarefas, sendo necessário abordá-los verbalmente. Mesmo assim, o Hugo teve a

capacidade para procurar uma nova tarefa.

Mesmo existindo diferenças, ambos tiveram a capacidade de manipular o robô. O Zé

António não activou o robô em qualquer ocasião, apenas demonstrou fixação pelo

67  

movimento do braço do robô, e também demonstrou comportamentos pouco protectores

em relação ao robô. Numa das situações o robô caiu ao chão e o Zé António aparentou

ter ficado contente. Por outro lado, o Hugo teve a capacidade para tocar

espontaneamente no robô, activou o robô e demonstrou comportamentos de protecção

perante o robô. Estes resultados demonstram claramente as diferenças comportamentais

que existem entre os dois autistas.

5.1.2. Fase Exploratória – Sessão 2  

A segunda sessão experimental envolveu a utilização do robô, novamente em

ambiente normal de sala de aula. Antes de se iniciar a experiência decidiu-se alterar a

disposição da sala, de modo a que se criassem as melhores condições possíveis para que

não ocorram sobressaltos durante a experiência (Figura 41).

Quando os alunos entraram na sala, os jovens autistas dirigiram-se de imediato para

os seus lugares habituais. Ao Hugo é dada uma tarefa enquanto o Zé António aguarda

para que lhe seja concedida uma tarefa.

O robô, nesta sessão é activado através do sensor de som, para tal utilizou-se um

leitor de CD, para reproduzir uma música apelativa. O robô foi apresentado à turma 5

minutos após o início da aula, com uma chamada de atenção oral por parte da

professora, questionando: “Quem se lembra?”. Os dois jovens demonstraram

comportamentos diferentes: o Zé António como não tinha tarefa atribuída, observou por

breves instantes enquanto o Hugo continuava a execução da sua tarefa.

Figura 41 ‐ Fase Exploratória ‐ Sessão 2: Ambiente normal de sala de aulas 

68  

Deu-se início à demonstração da experiência, com o robô a desencadear o

movimento assim que a música tocava. Durante algum tempo repetiram-se estes

movimentos, com os autistas a não demonstrarem grande interesse.

A determinada altura, a professora não vendo os autistas a terem grande interesse

pelo robô, abordou-os oralmente e. O Zé António dirigiu-se para o robô e carregou no

sensor de toque. Este procedimento foi repetido três ou quatro vezes, até ao momento

em que o Hugo, espontaneamente tocou no robô e demonstrou contentamento quando a

música tocou e o robô se moveu.

A partir deste acontecimento, o Zé António começou a carregar no botão sempre

que o robô parava. Algum tempo depois o Hugo, quando o robô parava junto dele

repetia o procedimento do Zé António. No entanto, ao contrário do Hugo, sempre que o

robô se dirigia para a periferia da mesa, ele demonstrava um comportamento de

protecção contra a queda. Entretanto, o Zé António aproximou-se do Hugo e “roubou-

lhe” o robô, demonstrando mais uma vez obsessão pelo botão quer o robô se

encontrasse parado ou em movimento.

Como o Zé António se apoderou do robô, o Hugo sentiu-se inibido em entrar em

contacto com o robô. No entanto, a professora retirou o robô ao Zé António e colocou-o

junto do Hugo, provocando uma grande fúria ao Zé António. O Hugo ao observar este

comportamento, tentou confortá-lo com gestos de carinho.

Discussão

Nesta segunda sessão alterou-se os padrões de estímulo do robô. À partida para

esta sessão, não se sabia de que forma a introdução de música alterava os

comportamentos, não só dos autistas mas de toda a turma. No desenrolar da sessão

verificou-se que a introdução de música proporcionou alegria geral em toda a turma.

Sentiu-se que desta forma toda a turma se sentiu integrada na experiência,

despertando assim um maior interesse dos autistas perante o robô.

Todavia, para que os jovens demonstrassem algum interesse houve a

necessidade de lhes chamar atenção para o robô. Ao longo da sessão o Zé António

demonstrou uma enorme obsessão pelo botão, o que não é de estranhar, pois uma das

características autistas é a constante obsessão por movimentos repetitivos. Também

demonstrou comportamentos de irritação e agressividade, a partir do momento que lhe

foi cortada a rotina de carregar no botão quando o robô parasse.

69  

Quanto ao Hugo demonstrou bastante mais interesse durante esta sessão. A

determinada altura, durante a movimentação do robô enquanto a música tocava, bateu

palmas e chamou atenção de um colega de turma. Continuou a demonstrar protecção

pelo robô, sempre que este se aproximava da borda da mesa. Na altura em que se retirou

o robô do Zé António, originando comportamentos de irritação, o Hugo demonstrou

comportamentos afectivos, partindo de imediato a fazer carinhos no sentido de acalmar

o colega, sendo esta uma das características deste jovem autista.

5.1.3. Fase de Interacção – Sessão 1  

Nesta sessão o robô já não era apresentado em ambiente normal de sala de aula mas

sim, em privado apenas com a presença do investigador.

O robô utilizado nesta fase foi o robô na configuração humanóide (Figura 26).

Nesta sessão, optou-se por não se utilizarem os cartões, com o intuito de estimular a

atenção para o robô, pois demasiadas mudanças para uma só sessão, poderiam originar

alterações comportamentais nos jovens.

O robô, nesta experiência, foi controlado remotamente através de Bluetooth.

Zé António

O Zé António foi encaminhado para a sala na companhia da professora, de modo

a que ele não se apercebesse que algo diferente da rotina diária fosse acontecer. Entrou

na sala e quando viu o robô na mesa, sentou-se no seu lugar habitual e carregou de

imediato no sensor de toque, demonstrando a obsessão pelo sensor de toque que tinha

vindo a demonstrar desde as sessões anteriores.

Após algum tempo, em que o Zé António explorou o robô, orientou-se a sessão

no sentido de se promover a interacção entre o robô e o Zé António.

Como a calha ainda não tinha sido disponibilizada, utilizaram-se umas caixas

para o mesmo efeito (Figura 42). Após uma breve demonstração, deu-se a oportunidade

ao autista para interagir com o robô. Foi dada a bola ao Zé António, no entanto, ele em

70  

vez de interagir com o robô, aproximou o robô de si e continuou a carregar no botão do

sensor de toque.

A meio da sessão optou-se por colocar a bola junto do robô, de modo a que este

a enviasse para o Zé António, na expectativa que ela fosse devolvida. O Zé António só

correspondeu com a devolução da bola algum tempo depois e para isso, foi necessário

uma advertência verbal. Quando a bola chegou ao robô, foi imediatamente devolvida ao

jovem, que demonstrou estereotipias. Todavia, o Zé António continuou sem perceber

qual o objectivo desta sessão e voltou arrastar o robô para junto de si, tocando

novamente no sensor de toque, até ao momento que recebeu uma advertência e deixou

que o robô voltasse para o local correcto.

Nesta fase da sessão decidiu-se exemplificar durante cerca 1 minuto o que devia

ser feito. A bola foi colocada junto do robô, que devolve a bola ao jovem com pouca

velocidade. O jovem começou a mostrar algum sinal de desagrado e atirou a bola com

bastante força.

Na altura em que o robô foi retirado, o Zé António reagiu agressivamente,

tentando mesmo agredir o investigador.

Figura 42 ‐ Fase de interacção ‐ Sessão 1: Interacção do robô com o Zé António. 

71  

Hugo

Nesta sessão, o Hugo chegou bastante perturbado à APPACDM. Uma das razões

que está na causa desta perturbação, foi o facto de existirem obras de recuperação na

instituição, que obrigavam os utentes a entrarem por um sítio diferente do habitual.

Outra das razões, para o jovem ter ficado extremamente perturbado, foi o facto de ter

chegado à sala e ter encontrado alguns colegas presentes. A solução encontrada para que

ele se acalmasse foi a mãe levá-lo para casa.

Discussão

Através desta sessão foram observados alguns aspectos importantes, que teriam

que ser alterados nas sessões futuras, para que fosse possível obter o máximo partido

das características do robô. O facto de se ter empurrado a bola com as pernas do robô,

não foi uma boa solução adoptada, pois a bola deslocava-se bastante devagar,

originando a perda de interesse do autista pela interacção. Para que a interacção corra

bem, o robô necessita de sofrer alterações de maneira a que seja robusto e que seja

capaz de despertar o interesse dos jovens.

Nesta sessão, o jovem adaptou-se bastante às mudanças que as sessões sofreram,

pois mal entrou na sala, dirigiu-se para o seu local e sem qualquer ordem começou a

tocar no robô. Esta manipulação baseou-se sobretudo em carregar no botão do sensor de

toque, com o objectivo de activar o robô. Durante esta fase e à semelhança do que veio

a demonstrar durante as sessões, este jovem, não demonstra comportamentos

protectores perante o robô, pois além de o manipular agressivamente, não se preocupou

se o robô estava muito próximo da extremidade da mesa, perto da queda.

Ao longo da sessão, observou-se que o Zé António não entendia o intuito da

sessão, pois além de não interagir tanto quanto o desejado, arrastou algumas vezes o

robô para junto de si e carregou no botão do sensor de toque, demonstrando uma

enorme obsessão por este gesto. Também foi notório, que sempre que o robô devolvia a

bola com alguma rapidez, o Zé António ficava com comportamentos estereotipados, que

de acordo com as educadoras levam a crer que este gesto revela sinal de satisfação.

72  

O facto de no final da sessão o jovem ter reagido agressivamente, à retirada do

robô, indica que de alguma forma o robô entrou na sua rotina diária.

 

5.1.4. Fase de Interacção – Sessão 2

Zé António

Nesta sessão notou-se uma melhoria na interacção do Zé António com o robô.

No inicio da sessão o robô foi colocado num dos lados da mesa, com a bola junto ao

braço e dentro da calha. O jovem entrou na sala, sentou-se de imediato no seu local

habitual e a bola foi lançada na sua direcção. Curiosamente, a bola foi devolvida pelo

lado exterior da calha, na direcção das pernas do robô.

Para que este jovem compreendesse o objectivo do jogo foi necessária uma

explicação visual e verbal. A partir desta explicação ele começou a interagir com o robô

devolvendo a bola, até que a determinada altura começou a demonstrar comportamentos

estereotipados e a lançar a bola com bastante força (Figura 43).

Figura 43 ‐ Fase de Interacção ‐ Sessão 2: Zé António na interacção com o robô. 

A certa altura, a sessão foi interrompida com a entrada de alguns utentes da

APPACDM na sala. Enquanto se tentou que eles saíssem da sala, o Zé António agarra

no robô e carregou algumas vezes no botão do sensor de toque e observou de bem perto

73  

todos os pormenores físicos do robô. Quando se volta a colocar o robô no local correcto,

ele continuou a interagir com o robô e ao mesmo tempo foi demonstrando

comportamentos estereotipados.

À medida que o tempo foi avançando, ele foi ficando cada vez mais calmo e

interagiu durante algum tempo. Decidiu-se, então, introduzir os cartões na sessão,

demonstrando as regras de interacção. Porém, o Jovem teve algumas dificuldades em

entender o jogo e começou a demonstrar alguma impaciência pelo que optou-se por

terminar a sessão.

Hugo

Quando o Hugo entrou na sala e observou o robô junto de alguns objectos

diferentes, sentou-se de imediato num lugar diferente do habitual. O robô lançou de

imediato a bola e o jovem de imediato correspondeu com a sua devolução.

A certa altura, ouviu bastante barulho vindo do exterior, levantou-se e foi

observar o que se sucedia. Ao entrar novamente na sala, observou uma outra bola na

caixa, pegou nela e começou a lançar simultaneamente as duas para o robô.

Decidiu-se então introduzir os cartões. Após a observação da demonstração, o

Hugo agarrou o cartão verde e começou o jogo de interacção (Figura 44). Durante

algum tempo o jovem foi interagindo com o robô e à medida que o tempo ia avançado

ele agitava o cartão com mais velocidade, lançava sorrisos e pretendia que a resposta do

robô fosse tão rápida quanto a velocidade de agitação do cartão.

74  

Figura 44 – Fase de Interacção ‐ Sessão 2: Hugo na interacção com o robô. 

O Hugo continuou este movimento repetitivo durante algum tempo. Então,

decidiu-se pegar nos dois cartões e juntá-los, colocando o vermelho por cima. O jovem

agarra de imediato no cartão vermelho e tenta interagir mas, apercebendo-se que o robô

não interagia, largou o cartão e agarrou o verde e continuou o jogo de interacção.

No fim da sessão quando se aproximou o robô do Hugo, este agarrou o robô,

explorou um pouco os movimentos e ficou por breves instantes a observar olhos nos

olhos o robô.

Discussão

As melhorias produzidas, com uma pequena alteração na estrutura física do

robô, adaptando um braço diferente, revelaram uma maior robustez na interacção do

robô com o autista, permitindo de igual forma o aumento da velocidade de lançamento

da bola. O facto de se ter conseguido introduzir a calha permitiu também a criação de

um ambiente de interacção mais controlado.

O Zé António, nesta sessão, demonstrou melhorias na interacção com o robô,

destacando-se o facto de o jovem ter fixado o robô “olhos nos olhos”, situação difícil de

acontecer nestes jovens. Estas melhorias devem-se sobretudo às alterações, já

referenciadas, em relação à sessão anterior. A estas melhorias juntam-se os

comportamentos estereotipados e alguma agressividade que tem vindo a demonstrar ao

longo das sessões. Os comportamentos estereotipados verificam-se sobretudo quando o

75  

jovem demonstra interesse pela interacção e o robô corresponde da maneira que ele

deseja. Por outro lado, os comportamentos de agressividade são demonstrados através

de fúria no lançamento da bola, sons de desespero e acontecem sobretudo quando algo

não corresponde às suas pretensões ou quando recebe alguma repreensão.

Quando se introduziram os cartões no jogo de interacção, foram necessárias

algumas demonstrações e, mesmo assim, o jovem não conseguiu compreender o

objectivo do jogo, começando mais uma vez a demonstrar irritação por não conseguir

obter resposta do robô.

De maneira diferente e algo surpreendente foi o comportamento demonstrado

pelo Hugo. Para as educadoras, o facto de entrar na sala e sentar-se num local diferente

do habitual, só por si, já é um aspecto positivo, pois para pessoas com autismo, este

acontecimento poderá demorar imenso tempo. Esta ocorrência deve-se ao facto do robô

e a calha se encontrarem num local diferente e, o jovem com o intuito de entrar em

contacto com o robô teve a necessidade de se sentar em frente ao robô. Outro aspecto

positivo foi o facto do jovem, sem qualquer explicação prévia, ter ”respondido” ao robô

com a devolução da bola.

A partir do momento da introdução dos cartões, bastou apenas uma

demonstração para que o jovem percebesse o objectivo e de imediato começasse a

interagir. Nesta fase ele demonstrou enorme alegria, evidenciando rasgados sorrisos e

agitando o cartão verde com grande velocidade.

Esta sessão mais uma vez demonstra as diferenças comportamentais e de

compreensão que se evidenciam entre os jovens. O Hugo percebe muito facilmente o

que é pretendido enquanto o Zé António demora a perceber e, se não percebe demonstra

reacções de perturbação.

5.1.5. Fase de Interacção – Sessão 3

Zé António

A sessão iniciou-se com a entrada do Jovem, que se sentou no seu lugar habitual,

mesmo estando o robô situado num outro local. Ajustou-se o robô numa posição frontal

ao robô, de modo a possibilitar a interacção e demonstrou-se ao jovem como utilizar os

cartões de modo a obter resposta do robô. O jovem demorou a entender a lógica do

76  

jogo,

do ro

fúria

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Após

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vou e

77  

Hugo

Mais uma vez o Hugo não esteve presente nesta sessão. Neste dia, o jovem

chegou um pouco mais tarde à APPACDM e apercebendo-se que os seus colegas já se

encontravam presentes, não conseguiu entrar na sala, correndo de imediato na direcção

do carro da mãe.

Discussão

Nesta sessão obtiveram-se resultados importantes em relação ao Zé António. Em

relação ao Hugo não se pode concluir nada, no entanto, o facto de ele não estar presente

nesta sessão poderá influenciar o comportamento em sessões futuras.

No inicio da sessão o Zé António demonstrou mais uma vez enormes

dificuldades em perceber o jogo de interacção, sendo necessárias várias intervenções.

Além destas dificuldades, ele demonstrou comportamentos de agressividade pois não

conseguia obter interacção. De acordo com as educadoras estes comportamentos

indicam claramente a presença de uma deficiência mental mais profunda em relação ao

Hugo.

No entanto, através da persistência nas demonstrações, o jovem conseguiu

interagir. Mesmo quando se baralharam os cartões, apesar de alguma dificuldade, o

jovem conseguiu na parte final perceber que o cartão verde é que permitiria a interacção

com o robô. Além deste facto, foi importante saber que o jovem conseguiu distinguir as

cores, pois até hoje, os médicos e os terapeutas ainda não tinham conseguido verificar se

este jovem conseguia distinguir cores e as professoras supunham que ele até poderia ser

daltónico.

5.1.6. Fase de Interacção – Sessão 4  

O Zé António quando entrou na sala vinha algo perturbado.

78  

No inicio, agarrou o cartão vermelho mas percebendo de imediato que o robô

não respondia aos seus estímulos emite sons de fúria com tom algo elevado.

Pouco tempo depois, espontaneamente, pousa o cartão vermelho e pega no verde,

começando a interacção. Durante esta fase, o Zé António vai demonstrando

estereotipias e movimentos repetitivos com o corpo.

A meio da sessão quando a bola sai da calha e quase cai ao chão, o Zé António

repete várias vezes “vai cair” e fica com estereotipias.

Quando o investigador saiu do seu lugar, para misturar os cartões, o Zé António

com muita pressa junta os cartões, atira-os para meio da mesa e intensifica os sons

iniciais. Este comportamento verificou-se algumas vezes ao longo do resto da sessão.

No final da sessão, quando se foi buscar os cartões e o robô para os arrumar, o

jovem reagiu com agressividade, agarrando os braços do investigador com

comportamentos agressivos (Figura 46).

 

 Figura 46 ‐ Fase de Interacção ‐ Sessão 4: Zé António demonstra comportamentos agressivos perante o investigador 

Hugo

No inicio da sessão o jovem apareceu um pouco afectado pela mudança de rotina

e as constantes tentativas de o colocar dentro da sala foram em vão, até ao ponto em que

79  

ele observou o Zé António dentro da sala demonstrando comportamento de fúria e

entrou para o tentar confortar.

Quando se encaminhou o Zé António para outra sala, o Hugo saiu de imediato

da sala e foi para a sala onde se encontrava o Zé António. Então decidiu-se trazer o Zé

António novamente para a sala de modo a que a experiência decorresse da melhor

forma.

O Hugo entrou na sala, sentou-se e começou de imediato a interagir com o robô,

mostrando o cartão verde.

Ao longo da sessão os cartões foram misturados e só em duas ocasiões é que o

jovem optou por agarrar o cartão vermelho.

No fim da sessão, quando se disse que tinha chegado ao fim, o Hugo demonstrou

vontade de colocar o robô na caixa e com ordem arrumou o resto também.

Discussão

Nesta sessão o Zé António apareceu com um comportamento pouco normal.

Mesmo antes de se iniciar a sessão ele já se encontrava algo perturbado.

O Zé António durante a sessão demonstrou as perturbações através de sons,

estereotipias e em determinadas situações demonstrou movimentos repetitivos do corpo.

Este jovem já teve a capacidade de trocar espontaneamente para o cartão verde e a

determinada altura falou quando a bola ia cair ao chão. O facto de falar foi uma

evolução pois ao longo das várias sessões ele apenas emitiu sons imperceptíveis. No

final da sessão quando reagiu mal à retirada do robô poderá indicar que o jovem gosta

de estar em contacto com o robô. Observou-se também que o jovem fica bastante mais

calmo e tranquilo quando atinge a interacção pretendida.

Em relação ao Hugo, apesar de não ter estado presente na sessão anterior, reagiu

bastante bem à sessão demonstrando um comportamento cordial. O facto de se ter

utilizado o Zé António para o cativar a entrar para a sala, pode ser um sinal de que o

jovem prefere companhia de colegas durante as sessões experimentais. Um sinal

evolutivo da sessão foi o facto de o jovem no final pretender guardar o robô, sinal de

que demonstra interesse pela comodidade do robô.

5.1.7. Fase de Interacção – Sessão Conjunta 1

80  

Os dois jovens entraram na sala e sentaram-se nos seus locais habituais. O Zé

António lança a bola para o robô, agarra o cartão verde e começa a interagir enquanto o

Hugo demonstra muita afectividade com o Zé António.

Durante algum tempo o Hugo continuou a demonstrar estes comportamentos de

afectividade, começando a perturbar um pouco o colega. A certa altura, o Hugo pega no

cartão verde, coloca o seu braço na mão do ombro do Zé António e começa na

interacção com o robô. Esta interacção foi curiosa pois o Hugo abanava o cartão

enquanto o Zé António lançava a bola (Figura 47 a)).

Como a interacção corria bem, misturaram-se os cartões e, de imediato o Zé

António procurou o verde e continuou a interacção.

A meio da sessão, conseguiu-se mudar o Zé António de local e por breves

instantes conseguiu-se a interacção entre os dois, enquanto o Zé António ia

demonstrando comportamentos estereotipados (Figura 47 b)).

Como o Zé António possuía os cartões, o Hugo abanava o braço para pedir a

bola, como se tivesse o cartão na mão.

Figura 47 ‐ Interacção conjunta entre os dois jovens autistas: a) Cooperação entre ambos no estímulo do robô;  b) Interacção entre ambos os jovens com a presença do robô. 

Decidiu-se então colocar o robô do lado do Hugo. Esta acção perturbou o outro

jovem pois este começou a emitir uns sons furiosos e a lançar a bola com bastante força.

Nesta fase da sessão foi curioso verificar que o Hugo preferiu ajustar o robô de modo a

que fosse o próprio robô a lançar a bola.

A partir desta altura o Zé António começou a ficar bastante mais perturbado e a

demonstrar comportamentos possessivos, deixando de enviar a bola. Quando se disse ao

81  

Zé António para lançar a bola, o Hugo repetiu de imediato a frase. Este acto aconteceu

por diversas situações, até ao ponto em que o Hugo se levantou e começou a circular

pela sala lançando sorrisos.

No fim da sessão, o Zé António ficou bastante perturbado e apresentou

comportamentos agressivos, enquanto o Hugo pegou no robô e aproximou-o junto a si,

fazendo bastante contacto visual.

Discussão

Esta sessão teve como objectivo promover o turn-taking entre os dois autistas.

Nesta sessão os resultados obtidos são considerados positivos, apesar de a certa altura

da sessão o Zé António deixar de ser tão participativo na sessão.

A reacção inicial do Hugo, perante o Zé António, demonstrando gestos de

afectividade poderão ter influenciado o comportamento do Zé António durante o resto

da sessão pois, as perturbações a determinada altura começaram a surgir com a

insistência na repetição deste tipo de gestos.

O Hugo ao aperceber-se da perturbação tomou a iniciativa de pegar no cartão

verde de modo a interagir com o robô. Com esta atitude observou-se um jogo de

cooperação entre os dois, onde o Zé António lançava a bola e o Hugo abanava o cartão

verde. Este resultado foi inesperado e é importante pois percebeu-se que estes jovens

podem cooperar noutras tarefas, evitando assim o isolamento que demonstravam

durante o período normal de aulas.

O Zé António ficou um pouco mais calmo e conseguiu-se que se sentasse num

lugar diferente do habitual. Nesta altura, o Zé António e o Hugo já interagiram um

pouco entre si, resultado este que surgiu mais rápido que o esperado.

A troca do robô para junto do Hugo revelou-se um pouco catastrófica para o Zé

António, que a partir daí deixou de colaborar tanto com o Hugo e mais com o robô,

demonstrando agressividade e comportamentos possessivos.

Em suma, foi uma sessão com resultados bastante favoráveis para ambos os

jovens apesar do Zé António a certa altura deixar de colaborar. Para as educadoras o

Hugo a sessão foi bastante proveitosa, demonstrando uma grande capacidade à mudança

82  

de rotina. No fim da sessão demonstrou uma enorme alegria ao levantar-se e circular

pela sala com sorrisos rasgados.

5.1.8. Fase de Interacção – Sessão Conjunta 2

Os jovens entraram na sala e foram colocados um em cada lado da mesa, com o

robô situado no lado do jovem que teria que trocar de lugar ou seja, não iria para o seu

lugar habitual. O Hugo sentou-se no seu lugar habitual e ia demonstrando

comportamentos estereotipados enquanto, o Zé António sentou-se no sítio oposto e

aparentava serenidade.

O Hugo agarrou na bola e no cartão vermelho e lançou a bola para o Zé António,

que de imediato vez regressar a bola ao Hugo. O Hugo agarrou a bola durante algum

tempo e mais uma vez demonstrou comportamentos repetitivos, provocando inquietação

e impaciência no Zé António.

Algum tempo depois, o Hugo agarra no cartão verde, diz “robô” e lança a bola

(Figura 48 a)). O robô reage aos estímulos. Mais uma vez o Hugo ficou com a bola e ia

batendo com ela na mesa. Para que a inquietação do Zé António não aumentasse optou-

se por alterar a ordem e colocar o robô do lado do Hugo.

Figura 48 ‐ a) Interacção entre os jovens com intervenção do robô b) Interacção entre os jovens sem a presença do robô 

Esta alteração produziu resultados pois o Hugo agarrou o cartão verde e o robô

começou por lançar a bola no sentido do Zé António. À medida que a sessão ia

83  

avançando no tempo, o Hugo ia ajustando a posição do robô e abanando o cartão mais

rapidamente.

No final da sessão retirou-se o robô pretendendo que houvesse interacção entre

os dois. Durante a retirada do robô, o Hugo gritou “não”. Não se obteve interacção entre

os dois e os jovens começaram a sentir alguma perturbação (Figura 48 b)).

Discussão

Nesta sessão obtiveram-se alguns resultados similares ao das sessões anteriores.

Convém no entanto referir que o robô tem bastante impacto nos jogos de interacção.

O facto de a determinada altura da sessão se ter retirado o robô, provocou uma

reacção espontânea do Hugo ao gritar “não”, indicando que pretendia a presença do

robô. Por outro lado, o facto de não se ter obtido qualquer interacção a partir desse

instante confirma o impacto do robô nos jogos de interacção. O robô pode funcionar de

facto como mediador na interacção/comunicação entre os jovens autistas.

5.2. Análise da tabela de indicadores 

As tabelas 1 e 2 correspondem à análise dos indicadores observados durante as

sessões de interacção, em que os jovens autistas se encontravam na sala apenas com a

presença do investigador.

Relativamente à análise dos indicadores, apresentados previamente, optou-se por

juntar alguns indicadores num só. Sendo assim, no ponto 1 os indicadores “ignora o

robô”, “desvia atenção perante todas ou algumas funcionalidades” e “fuga”, juntaram-se

num só indicador com o nome “ignora robô”. Dos indicadores “fixa-se em algum

detalhe” e “manifesta preferência por uma ou mais características em particular”

resume-se um só indicador designado de “fixa-se no robô”.

Os resultados apresentados foram obtidos através de uma análise rigorosa e

criteriosa dos vídeos recolhidos durante as sessões.

84  

Tabela 1 ‐ Indicadores do Zé António 

Indicadores 1ª 2.ª 3ª 4ª 1 – Reacção ao Robô

a) Ignora o robô 8 5 2 2

b) Exibe manifestações motoras específicas (ex. estereotipias)

23 14 22 10

c) Fixa-se no robô 33 18 8 0

d) Manifestações emotivas: assusta-se; contentamento (riso, …)

8 3 10 9

2 ‐ Acção (comportamentos iniciados por vontade própria) 

a) Utiliza diferentes meios de exploração sensorial do objecto: visuais (olha; fixa,); tacto; paladar; olfacto

6 6 5 6

b) Imprime intencionalidade à acção motora de manipulação: procura accionar/acciona as funcionalidades do robô

Cartão Verde: 0

Cartão Verde: 93

Cartão Verde: 91

Cartão Verde: 71

Cartão Vermelho:

0

Cartão Vermelho:

7

Cartão Vermelho:

10

Cartão Vermelho:

6 Sem cartão:

35 Sem cartão:

30 Sem cartão:

35 Sem cartão:

23 c) Procura ajuda de outrem para activar

as funções do robô 4 7 11 3

3 – Tempo investido no objecto a) Tempo dedicado à exploração do

objecto 17:30 min em 20:00

15:21 min em 20:00

17:36 min em 20:00

14:53 min em 20:00

b) Tempo de atenção e interacção com outrem em torno da exploração/manipulação do robô

0 0 0 0

4 - Utilização do robô a) Manipulação pura e simples 4 10 35 22

b) Jogo (solitário ou interactivo) 23 33 48 21

5 - Reacção/acção à retirada do robô a) Indiferença 1 1 0 1

b) Manifestação de desagrado, ira, … 0 0 1 0

c) Resistência activa 0 0 1 0

85  

a) Análise do comportamento do Zé António

Utilizando estes indicadores, construíram-se os gráficos das figuras 49 e 50,

recorrendo aos indicadores considerados de maior importância. Estes gráficos permitem

discutir com maior detalhe os resultados obtidos durante as sessões.

O gráfico representado na Figura 49 é construído com base nos indicadores

presentes no ponto 2-b).

Figura 49 ‐ Perfil de variação dos indicadores de interacção do Zé António 

   

Na primeira sessão como ainda não se dispunha da calha, optou-se por não se

utilizar os cartões. No entanto, o jovem conseguiu interagir com o robô.

Nas sessões seguintes já se utilizaram os cartões e a calha, facto que

proporcionou um aumento do número de interacções. Como os cartões não foram

introduzidos logo no início da sessão, sabe-se que estes resultados poderiam ser

diferentes. Contudo, e analisando o gráfico, o jovem demonstrou um equilíbrio no

número de interacções sem utilização do cartão. Inicialmente, pretendia-se que estes

dados decrescessem ao longo das sessões, contudo este resultado indica que o Zé

António teve certas dificuldades a compreender que sem o cartão não poderia interagir

com o robô.

0

20

40

60

80

100

120

140

Sessão 1 Sessão 2 Sessão 3 Sessão 4

Sem cartão

Vermelho

Verde

Núm

ero de

 ocorrên

cias 

86  

Em relação à utilização do cartão verde, o jovem deu uma resposta positiva pois

ao longo das sessões os valores de utilização foram aproximados, à excepção da última

sessão, onde o jovem teve um decréscimo um pouco acentuado. Este decréscimo deve-

se sobretudo ao estado comportamental que o jovem apresentou naquele dia. Além do

reflexo na utilização do cartão verde, estas perturbações reflectiram-se também na

utilização do cartão vermelho e na interacção sem cartão.

O jovem demonstrou algumas dificuldades a perceber que a interacção se dava

através da utilização do cartão verde, pois no inicio das sessões optava sempre por

utilizar o cartão vermelho. Daí o aumento da utilização do cartão vermelho entre a

segunda e a terceira sessão.

Figura 50 ‐ Perfil de variação dos indicadores comportamentais do Zé António 

O gráfico da Figura 50 aborda as questões comportamentais do Zé António

durante as sessões.

Começando pelo indicador “ignora robô”, ao longo das sessões o jovem

demonstrou resultados positivos. Estes resultados estão de acordo com os resultados

obtidos no número de interacções ou seja, o aumento do número de interacções

proporciona um decréscimo no número de vezes que o jovem ignora o robô.

As “manifestações motoras” é o indicador que varia mais ao longo das sessões.

Estas manifestações baseiam-se maioritariamente nos comportamentos estereotipados,

que o jovem ia apresentando sobretudo quando as acções do robô não correspondiam ao

0

5

10

15

20

25

30

35

Sessão 1 Sessão 2 Sessão 3 Sessão 4

Ignora Robô

Manifestações Motoras

Procura Ajuda

Fixação pelo robô

Núm

ero de

 ocorrên

cias 

87  

pretendido. No entanto, é de notar que na sessão em que o jovem apareceu mais

perturbado, estes comportamentos foram menores.

A “procura de ajuda” aumentou ao longo das sessões. O jovem recorreu à ajuda

do investigador, maioritariamente através do olhar, sempre que encontrava dificuldades

a obter interacção. Reparando na análise do primeiro gráfico, nomeadamente na linha

que representa a utilização do cartão vermelho, verifica-se um paralelismo entre estes

dois resultados.

Por fim, a “fixação no robô”. Ao longo das sessões a fixação pelo robô

decresceu acentuadamente. Primeiro porque na primeira sessão, o jovem teve um

contacto físico maior com o robô, demonstrando comportamentos obsessivos com o

botão do sensor de toque. Nas sessões seguintes, o contacto foi menor mas mesmo

assim, o jovem quando tinha a possibilidade de tocar no robô fixava-se sobretudo no

botão do sensor de toque. Na última sessão, como o jovem se encontrava algo

perturbado, o contacto foi quase nulo, existindo apenas uma pequena fixação no final da

sessão, que desencadeou comportamentos agressivos quando o investigador tentou

retirar o robô.

 

b) Análise do comportamento do Hugo

Utilizando os indicadores da Tabela 4 para o Hugo, e a exemplo da análise

efectuada para o Zé António, construíram-se os gráficos das figuras 51 e 52, recorrendo

aos indicadores considerados de maior importância. Estes gráficos permitem discutir

com maior detalhe os resultados obtidos durante as sessões.

Tabela 2 ‐ Indicadores do Hugo 

Indicadores 1ª 2.ª 3ª 4ª 1 – Reacção ao Robô

e) Ignora o robô 12 7

f) Exibe manifestações motoras específicas (ex. estereotipias)

12 11

g) Fixa-se no robô 15 8

h) Manifestações emotivas: assusta-se; contentamento (riso, …)

10 12

2 - Acção (comportamentos iniciados por vontade própria)

88  

d) Utiliza diferentes meios de exploração sensorial do objecto: visuais (olha; fixa,); tacto; paladar; olfacto

5 5

e) Imprime intencionalidade à acção motora de manipulação: procura accionar/acciona as funcionalidades do robô

Cartão Verde: 130

Cartão Verde: 125

Cartão Vermelho:

6

Cartão Vermelho:

2 Sem cartão:

10 Sem cartão:

3 f) Procura ajuda de outrem para activar

as funções do robô 0 0

3 – Tempo investido no objecto c) Tempo dedicado à exploração do

objecto 18:38 min

em 20:00 17:45 min

em 20:00

d) Tempo de atenção e interacção com outrem em torno da exploração/manipulação do robô

0 0

4 - Utilização do robô c) Manipulação pura e simples 8 14

d) Jogo (solitário ou interactivo) 58 53

5 - Reacção/acção à retirada do robô d) Indiferença 1 0

e) Manifestação de desagrado, ira, … 0 0

f) Resistência activa 0 0

 

89  

 

Figura 51 ‐ Gráfico construído recorrendo ao perfil de variação dos indicadores de interacção do Jovem 

Como o Hugo apenas esteve presente em duas sessões, a análise de resultados

não poderá ser tão exaustiva como a do Zé António. Porém, os resultados obtidos

demonstram uma maior capacidade de compreensão da actividade proposta em relação

ao Zé António. A utilização do cartão vermelho e a interacção sem qualquer cartão são

baixas relativamente à utilização do cartão verde.

Durante a utilização do cartão verde, o Jovem demonstrou sempre alegria e em

determinadas alturas abanou o cartão com bastante rapidez pretendendo obter uma

maior rapidez de resposta por parte do robô. O Jovem também teve a capacidade de

aprender rapidamente que a utilização do cartão vermelho não desencadeava qualquer

acção no robô, trocando de imediato para o cartão verde.

Os resultados dos indicadores comportamentais (Figura 52) surgem de acordo

com os resultados dos indicadores de interacção.

0

20

40

60

80

100

120

140

Sessão 2 Sessão 4

Sem cartão

Vermelho

Verde

Núm

ero de

 ocorrên

cias 

90  

 

Figura 52 ‐ Perfil de evolução dos indicadores comportamentais do Hugo. 

O facto de o Hugo, em todas as sessões, não ter pedido qualquer tipo de ajuda,

demonstra não só a sua capacidade de contornar os problemas mas, também a

capacidade que teve na aprendizagem dos objectivos propostos.

Os outros três indicadores diminuíram da sessão 4 para a 2 demonstrando o

crescente aumento de interesse pelo robô. As manifestações motoras que o jovem

indiciou durante estas sessões foram sobretudo comportamentos estereotipados que

ocorriam em intervalos de tempo quase predefinidos. A fixação pelo robô foi sobretudo

na exploração da engrenagem que permitia o movimento do braço que lançava a bola.

Em certas alturas da sessão também pegou no robô e fez observação “olhos nos olhos”

durante alguns segundos.

 

0

5

10

15

20

25

30

35

Sessão 2 Sessão 4

Ignora Robô

Manifestações Motoras

Procura Ajuda

Fixação pelo robô

Núm

ero de

 ocorrên

cias 

91  

6. Conclusões  

Sumário

Neste capítulo são apresentadas as conclusões da dissertação. Conclui-se qual o impacto

da utilização de uma plataforma robótica na aplicação terapêutica do espectro autista e

promoção do turn-taking.

A utilização de comunicação Bluetooth foi utilizada na fase de interacção. Conclui-se

qual o impacto da utilização da aplicação desenvolvida para comunicar entre o

computador e o robô.

São apresentados alguns comentários formulados pelas professoras que acompanham

estes jovens diariamente sobre a aplicação deste projecto na APPACDM.

Na parte final apresentam-se algumas ideias para trabalho futuro neste projecto.

 

   

92  

Esta dissertação teve como objectivo a aplicação de plataformas robóticas na

utilização em terapias do autismo, a definição do modo de operação da plataforma

robótica e a recolha e tratamento de dados durante as várias sessões experimentais.

Neste contexto, este trabalho teve como principal objectivo, a promoção da

utilização de uma ferramenta baseada num robô para utilização em terapias do autismo,

permitindo desta forma, que o autista desenvolva a interacção e comunicação social.

O projecto foi desenvolvido no âmbito de uma parceria entre a Universidade do

Minho e a Associação de Pais e Amigos do Cidadão com Deficiência Mental. O

público-alvo, constituído por dois jovens entre os 17 e 19 anos, apresentam

características autistas e deficiência mental. Os trabalhos apresentados na literatura

focam crianças autistas (sem deficiência mental associada) até aos 12 anos.

O LEGO Mindstorms NXT foi a plataforma robótica seleccionada para ser

utilizada no projecto. Esta selecção teve em consideração questões de versatilidade (o

Lego permite implementar e testar diferentes configurações com diferentes sensores e

actuadores), baixo custo e simplicidade. Outra das características relevantes deste tipo

de plataforma é a facilidade com que se repõe a configuração do robô em caso de queda

acidental.

O robô foi inicialmente apresentado aos jovens pela terapeuta, em contexto de

sala de aula, de modo a minimizar as alterações à sua rotina diária. As sessões seguintes

foram comandadas pelo investigador, nas salas de aula, mas sem a presença dos colegas.

Durante as sessões, o robô revelou ser robusto, prático e facilmente adaptável.

Pontualmente caiu ao chão, ou foi tratado com alguma agressividade pelos jovens e

mesmo assim, resistiu ao choque. Demonstrou, também, grande adaptabilidade quando

foi necessário ajustar alguma configuração na sua estrutura física durante as sessões.

O robô teve algum impacto nestes jovens, especialmente na promoção do turn-

taking. As sessões de demonstração, que tiveram o objectivo de apresentar e demonstrar

algumas das potencialidades do robô, foram importantes para a integração gradual do

robô na rotina dos jovens.

O comportamento dos jovens, apesar da dificuldade na exteriorização de

sentimentos, demonstrado durante as sessões permite observar, que a aplicação de robôs

em terapias autistas poderão ter um impacto positivo, apresentando alguns resultados

positivos. A fundamentação da afirmação anterior poderá ser exemplificada com

93  

comportamentos demonstrados por estes jovens durante as sessões. Por exemplo, o

facto de se ter conseguido que os jovens mudassem de local onde habitualmente se

sentam foi um dos bons resultados obtidos pois, anteriormente à introdução do robô nas

sessões, se as professoras tentassem alterar os lugares, os jovens demonstravam

perturbações no comportamento. Foi, também, conseguido que um dos jovens olhasse o

robô “olhos nos olhos”, o que é uma tarefa difícil de conseguir com este público.

Outro dos resultados obtidos que permite concluir a afirmação anterior é a

reacção à retirada do robô no final das sessões. A demonstração de alguns

comportamentos agressivos e o grito da palavra “não” são atitudes que comprovam o

interesse dos jovens pelo robô. Quando o robô correspondia aos estímulos dos autistas,

estes demonstravam calma e serenidade mas, por outro lado se não correspondesse, os

níveis de perturbação e ansiedade aumentava gradualmente. Estes são alguns dos

exemplos que permitem concluir que o robô teve impacto na sua rotina, caso contrário,

eles demonstrariam indiferença e ignorariam por completo o robô.

Não menos importante foi o facto de os jovens terem cooperado na tarefa

atribuída na fase de Interacção, tendo o robô como mediador. Como referido pelas

professoras que os acompanham, tal cooperação nunca tinha sido conseguida.

A definição prévia de indicadores, antes do inicio das sessões experimentais,

permitiu uma análise mais detalhada e rigorosa dos vídeos.

De referir ainda que o Hugo quando interpelado pela mãe sobre a actividade

desenvolvida na APPACDM, desenhou um boneco e escreveu a palavra “robô” (Figura

53). Era a sua percepção sobre o robô com que tinha vindo a trabalhar.

94  

Figura 53 ‐ Desenho de um robô por parte do Hugo 

A utilização da comunicação bluetooth, entre o robô e o computador, através da

aplicação desenvolvida permitiu um melhor controlo da interacção do robô com o

autista. Na fase de interacção, as experiências teriam que ser robustas, para que os

comportamentos dos jovens não fossem influenciados devido a falhas técnicas. A

aplicação demonstrou bastante estabilidade na comunicação.

No entanto, aspectos como a duração das sessões, o intervalo de tempo entre as

sessões e o alargamento do número de elementos do público-alvo e de sessões são

questões terão que ser repensadas em trabalhos futuros.

Em relação à duração das sessões, inicialmente definiu-se que as sessões

deveriam de ser de 20 minutos cada. Este tempo foi respeitado ao longo das sessões

contudo, observou-se que em certas sessões o tempo foi escasso. Para evitar o fim da

sessão, a meio de uma fase importante de interacção, em que o jovem ia demonstrando

interesse progressivo, deve-se definir um tempo de sessão que poderá se estendido de

acordo com o decorrer da sessão.

O intervalo definido entre cada sessão também deverá ter que ser tomado em

consideração. O facto de as sessões terem sido semanais poderá ter criado uma maior

dificuldade na entrada do robô na sua rotina. No início das primeiras sessões foi

evidente que os jovens autistas ainda não sentiam à vontade com o robô, necessitando

quase sempre de um estímulo do investigador.

A aplicação destas sessões a um número maior de autistas é importante.

Inicialmente pensou-se ter à disposição quatro jovens autistas mas, devido a factores

95  

alheios ao autor tal situação não foi possível. Um alargamento do número de pessoas e

de sessões são importantes para obtenção de resultados mais consistentes, que

possibilitam afirmar com uma certeza maior, de que a utilização de robôs na promoção

de turn-taking é aconselhável.

De acordo com o que foi observado durante as sessões e pelos comentários

proferidos pelas professoras a continuidade deste projecto deverá ser reforçado com

implementação de novas metodologias.

A análise do vídeo após as sessões ocupou uma grande parte do tempo. Para que

se possa dedicar o maior tempo possível na aplicação de sessões e um menor tempo em

análises, e pensando em possibilidades de trabalho futuro, pretende-se desenvolver um

novo sistema, caracterizado pelo baixo custo de hardware, funcionalidades autónomas,

com uma estrutura amigável, baseado num software de visão e análise de imagens que

facilite, analise e compreenda a comunicação, interacção e o contacto do robô com

pessoas com autismo.

De maneira a cumprir esta tarefa definem-se os seguintes objectivos:

• Selecção de uma plataforma robótica amigável, flexível e resistente, que poderá

ser facilmente adaptada aos requisitos e patologias de cada pessoa.

• A arquitectura do software de visão tem como objectivo principal reconhecer

expressões faciais, expressões do corpo e gestos característicos das pessoas

autistas de modo a que se consiga quantificá-los.

• Detecção e identificação de objectos presentes no cenário da experiência.

• Adaptação do software a diferentes ambientes de iluminação, barulho e

dinâmica da sala.

• As sessões experimentais deverão ser realizadas de forma a fornecer informação

sobre a forma de funcionamento do hardware e software de visão desenvolvidos.

Toda a estrutura de visão estará dependente de 5 câmaras. Uma das câmaras estará

instalada na própria plataforma robótica enquanto as restantes câmaras estarão

distribuídas em locais estratégicos previamente definidos, no interior do local onde

ocorrerem as sessões.

No fim das sessões foi pedida uma apreciação global às professoras em relação

ao projecto.

96  

Questionaram-se as professoras se o projecto de alguma forma teve algum

impacto junto dos jovens autistas. As suas respostas foram:

“É difícil ajuizar sobre o impacto que este projecto tem nos jovens atendendo às

suas dificuldades em exteriorizar emoções, falta de espontaneidade e, em termos de

linguagem verbal, a comunicação não se fazer de forma convencional. O que sabemos,

porque testemunhamos foi a aceitação gradual dos elementos da equipa da UM

responsáveis pelo projecto”

Uma outra questão estava relacionada com o balanço que as professoras fizeram

acerca desta iniciativa:

“Os nossos alunos cooperaram e colaboraram na realização das tarefas

propostas, na medida das suas possibilidades. Consideramos que estes projectos

constituem oportunidades de ensaiar novas respostas educativas e proporcionar

momentos de debate de ideias que podem resultar em benefício para os alunos e, sendo

assim, aceitamos como válida as experiências realizadas”.

De acordo com as professoras pode-se concluir que a utilização da plataforma

robótica, neste caso baseada em LEGOs, teve algum impacto em ambos os jovens.

 

   

97  

7. Referências Bibliográficas  

[1] http://www.scribd.com/doc/3354393/Revista-Diversidades-Autismo consultado em

10/2008

[2] http://www.who.int/en/ consultado em 10/2008

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regulares.Porto Editora, 1997, Porto.

[5] http://www.educ.fc.ul.pt/icm/icm2000/icm32/autismo/caracteristicas.htm em

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exposure to a humanoid robot on children with autism, 2003.

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98  

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Robinson (eds.) Universal Access and Assistive Technology, Springer-Verlag

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Communication: A Case Study Evaluation of Robot Assisted Play for Children with

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[18] Hatice Kose-Bagci, Kerstin Dautenhahn, and Chrystopher L. Nehaniv, Drumming

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[19] Besio, ICF-CY as a basis to study Critical Factors in using robots to support the

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Venezia, Italy, 25/26 October 2007.

[20] Ben Robins, Nuno Otero, Ester Ferrari, Kerstin Dautenhahn, Eliciting

Requirements for a Robotic Toy for Children with Autism - Results from User Panels,

16th International Symposium on Robot and Human Interactive Communication (IEEE

RO-MAN 2007), August 26-29, 2007, Jeju Island, Korea.

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[22] http://www.lugnet.com/robotics/rcx/ consultado em 02/2009

[23] http://www-graphics.stanford.edu/~kekoa/rcx/ consultado em 02/2009

[24] http://mindstorms.lego.com/eng/Egypt_dest/Default.aspx/ consultado em 11/2008

[25] http://www.ortop.org/NXT_Tutorial/index.html/ consultado em 11/2008

[26] http://www.homeschool-

life.com/sysfiles/member/custom_public/custom.cfm?memberid=251&customid=1525

consultado em 11/2008

[27] http://ro-botica.com/mindstorms.asp?gclid=COiK8NW0xpsCFU0B4wod6RmPDA

consultado em 11/2008

99  

[28] http://www.teamhassenplug.org/NXT/NXTGTips/ consultado em 11/2008

[29] http://www.robolabonline.com/ consultado em 11/2008

[30] http://www.robotc.net/ consultado em 11/2008

[31] http://bricxcc.sourceforge.net/nbc/ consultado em 11/2008

[32] http://www.hempeldesigngroup.com/lego/pbLua/ consultado em 11/2008

[33] http://lejos.sourceforge.net/ consultado em 11/2008

1  

Anexos  

Abstract—This paper reports the preliminary research studies regarding the use of LEGO Mindstorms TM robots as a therapy for autistic young people. Most autistic people hardly communicate in a social environment, living in their own world. This is the first step in a broader project which aims to improve the autistic people social life and also their ability to communicate, using the robot as a social bridge between themand the surrounding environment/people.

The target group is 17-19 years old having autism disorder and developmental disability. The trials consists of undemanding plays where the intervention of the autistic person is required, using simple inputs, such as voice commands, pressing a button or clapping hands. The presented work intends to evaluate the reaction of this particular target group to the introduction of a toy-like robot in their classroom daily life. The methodology applied, the detailed description as well as the analysis of the experiments are presented and discussed.

I. INTRODUCTION

utism is a complex developmental disability that typically appears during the first three years of life. It

results from neurological disorders that affect the functioning of the brain and impact the brain normal development mainly in the areas of social interaction and communication skills.Children and adults with autism typically have difficulties in verbal and non-verbal communication, social interactions, and leisure or play activities [1]. Autism symptoms and characteristics appear in a wide variety of combinations, from mild to severe. But usually these individuals show impairments in social interaction, communication, imagination (repetitive behaviour) and fantasy.

There are a few projects related to this theme [2] - [6].Among them special focus will be given to IROMEC, ROBOTA and AURORA projects.

The project AURORA has been investigating the use of a robotic platform as a tool for therapy with children with autism [2]. A key issue in this project is the evaluation of the

Sandra Costa and Jorge Resende are with the Industrial Electronics Department, University of Minho, Guimarães, Portugal.

Filomena Oliveira Soares, Manuel João Ferreira (corresponding author phone: +351253510190; fax: +351253510189; email: mjf@dei.uminho.pt) and Cristina P. Santos are with the Industrial Electronics Department, University of Minho, Guimarães, Portugal.

Fátima Moreira is with the APPACDM (an association for mental disable people; in Portuguese: Associação de Pais e Amigos do Cidadão com Deficiência Mental), Braga, Portugal.

interactions, which are not constricted and involve the child to move without restraint in the class.

The ROBOTA project is part of a current trend of robotics research that develops educational robot toys. ROBOTA is the name of a series of doll-shaped mini-humanoid robots, whose physical features resemble those of a human baby. These robots have been applied as assistive technologies in behavioural studies of low-functioning children with autism. These studies investigate the potential of using an imitator robot to assess children’s imitation ability and to teach children simple coordinated behaviours [3]. These robots were also used in the AURORA project [2] to verify the effects of repeated exposure of children with autism to a humanoid robot. They concluded that the repeated trials over a long period of time allowed the children to calmly explore the robot-human and human-human interaction.

The project IROMEC proposes to develop a robotic toy for children with cognitive impairments. The project investigates how robotic toys can become social mediators, encouraging children with disabilities to discover a range of play styles, from solitary to social and cooperative play (with peers, carers/teachers, parents). In their results, they present a list of main aspects to take into consideration when designing a (robotic) toy that could assist the play of children with autism, like type of play and movement. [4].

The work described in this paper is part of a research project which aims at applying robotic tools as a mean to improve the social life of adolescents with cognitive impairments,autism disorder and mental disease. In particular, the goal is to improve their interaction and communication abilities with the environment and with other people. In this paper, we report the project first phase in which a specific robot, a simple LEGO robot [7], is introduced in the autistic adolescent classroom. We present and discuss the different trials that were performed, focusing on the evaluation of theirreaction to the presence of the robot.

The article is divided in four sections. First, a brief introduction of the subject is presented, highlighting the work developed by other research teams. The methodology applied as well as a detailed description and the analyses of the experiments are fully explained in section 2. Results are presented in section 3. Finally, the conclusions and the future work are listed.

Applications of simple robots to encourage social receptiveness of adolescents with autism

Sandra Costa, Jorge Resende, Filomena Oliveira Soares, Manuel João Ferreira, Cristina P. Santos, Fátima Moreira

A

II. METHODOLOGY

In this section the methodology employed in the research work is detailed. It is presented the organizational environmental and the session settings, focusing on the classroom setup and the robot configuration. The target group is characterized and the sessions are explained.

A. The organizational environment

This research work is a partnership between University of Minho and APPACDM (an association for mental disable people; in Portuguese: Associação de Pais e Amigos do Cidadão com Deficiência Mental). The main goal of APPACDM is to promote the integration, in the society, of the citizens with mental deficiency, as well to guarantee the emotional equilibrium of the respective families.

B. The session’s settings

The different experiences took place in the facilities of the APPACDM in Gualtar (figure 1). The addressed target groupis very sensitive to changes in their routine daily life, namely to changes in their usual surrounding environment. In order to reduce the stress associated with these changes, experiments were performed in the classroom where the adolescents usually exercise. In this room there are seven adolescents with mental impairments; two with both mental impairment and autism and two carers. To each adolescent has been delineated a specific educational program. The classroom has been equipped with video cameras so that both the classroom daily life and the sessions could be recorded for analysis.

C. The robot

The robot used in the experiences is a LEGO MindStorms NTX (figure 2). At this stage we have adopted a non human-like shape.

Fig. 1. Classroom environment during trial

The robot was programmed for two distinct experiences:

- Trial 1 – This experiment is designed to address the adolescent reaction to sound. The robot executes a predefined choreography only when its touch sensor is

pressed. This choreography consists of a robot movement from back to front and backwards robot movement, followed by a circular robot movement, while moving its end-effector.

- Trial 2, reaction to sound – In this trial the goal is to address the robot reaction to sound. Once a certain sound (music, clapping, among others) is higher than a predefined value, the robot performs a similar choreography.

Fig. 2. Robot Configuration

D. The adolescents

Two autistic adolescents (17-19 years old) with mental disorders were chosen as the target group. These adolescents have autistic characteristics somewhat different from each other. Adolescent 1 does not like the changes in his daily routine and these changes can cause an aggressive behavior. On the other hand, adolescent 2 presents a less aggressive behavior and does not require so many cares. Both have some difficulties in communication, especially in speaking.

E. The sessions

The experimental sessions were specified, by the researchers and the carers, according to these common characteristics of the adolescents, such as difficulty in developing social relationships and communications. Carers are the persons that best know each of these adolescents and their help was relevant to the experiment specification and interpretation.

Three basic stages were defined: exploration, demonstration and interaction phases.

In the exploratory phase the robot was presented gradually by the carer to the adolescent, allowing them to observe and accept it as an object in their routine. In the demonstration phase, the adolescent was accompanied by the carer, the researchers and the robot.

In this second phase, the control of the experiment was performed by the researcher. This was one of the test parameters in order to to understand how the target groupaccept orders/commands from the investigator. The researcher showed an activity of interaction with the robot, presenting some of its features, allowing the adolescent to

have a new form of interaction and integration. This experience was repeated five times with each autistic in order to find any kind of pattern behavior in the adolescents.

In the interaction phase, to be performed in the near future, the adolescent will be encouraged to interact with the robot, developing their capacities of communication.

III. RESULTS

During the demonstration phase five sessions with eachadolescent were performed. These sessions were planned in such a way that all of them have the same time of duration and the same operation modes, allowing to compare resultsand to verify the evolution in the robot-subject interaction.The planned sessions produced different results. Note that for Adolescent 2 only 4 sessions were performed. Adolescent 1 preferred to activate the robot through the touch sensor, while Adolescent 2 preferred the sound sensor,but throughout the sessions there have been evolution in both, denoted by the increase in the number of occurrences (Figs. 3 to 6).Adolescent 2 showed some interest untill the 3rd session , but on the others showed little interest in the robot, being necessary to stimulate his participation. Adolescent 1 improved in the interaction, both in the touch sensor and in the sound sensor. However, the graph in fig. 3 clearly shows how the Adolescent 1 prefers the touch sensor while the Adolescent 2 prefers the sound sensor to activate the robot.Concerning the reactions to robot, results indicate a more complex pattern for adolescent 2. He showed more disinterest than adolescent 1 in the ongoing of the sessions. In sessions 4 and 5, adolescent 1 always paid attention to the robot, contrarily to adolescent 2, who often ignored it.The behaviour regarding fixing in robot’s details weresimilar in both of the adolescents.Adolescent 1 just explored the robot (robot manipulation) whenever he was not interested in activating it. In these cases, he looked for our help; if we refused to help him, he started to touch the control buttons with some aggressiveness. In general, adolescent 2 did not look for help, he explored the robot or looked for something to occupy himself.

050

100150200250

1 2 3 4 5

Session

Num

ber Activate bySound Sensor

Activate byTouch Sensor

Fig. 3. Number of occurrences for the activation mode of the robot by Adolescent 1.

05

10152025303540

1 2 3 4 5

Session

Num

ber

Ignores Robot Fixes in the Robot

Look for Help Robot Manipulation

Fig. 4. Number of occurrences of the reactions parameters for the Adolescent 1.

0

50

100

150

200

1 2 3 4Session

Num

ber

Activate bySound Sensor

Activate byTouch Sensor

Fig. 5. Number of occurrences for the activation mode of the robot by Adolescent 2.

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4

Session

Num

ber

Ignores Robot Fixes in the Robot

Look for Help Robot Manipulation

Fig. 6. Number of occurrences of the reactions parameters for the Adolescent 2.

In relation to the robot’s retreat, adolescent 2 revealedindifference, while Adolescent 1 showed an increase in interest for interacting with the robot.

IV. CONCLUSIONS

The five sessions performed allowed to evaluate the reactions of the two adolescents in the presence of the robot. The following issues can be summarized:(1) – Interaction was evaluated through the measurement of the number of occurrences of: robot´s activation by sound sensor and by touch sensor, ignores robot, fixes in the robot, looks for help and robot manipulation;(2) – both adolescents interacted differently with the robot, especially concerning the robot activation and the robot manipulation;(3) – Adolescents behave differently concerning the interest in maintaining the interaction throughout time.The work presented in this article is part of a research project concerning the use of robotic platforms to reachautistic people. In further work, especial attention will be devoted to the temporal analysis, performing a statistical analysis, in order to better understand the evolution of interaction with time. Additionally, other robot configurations will be tested to evaluate the relation between the type of robot and the interaction. It is also our aim to extend this research to more autistic people.

ACKNOWLEDGMENT

The authors are grateful to the teaching staff, parents and adolescent at APPACDM for their collaboration and partnership.

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