projeto brinquedoteca interativa

Projeto Brinquedoteca Interativa

Projeto Brinquedoteca Interativa

CE-293 Computao Social Avanada

Prof. Dr. Felipe Afonso de Almeida

Prof. Dr. Srgio Roberto Matiello Pellegrino

Roteiro

O Projeto

O que

Justificativa

Objetivo

Proposta

Conceitos Envolvidos

Computao Mvel

Computao Pervasiva

Computao Ubqua

Trabalhos Relacionados

Grupos de Pesquisa

Pesquisas

Etapa Atual de Desenvolvimento

Roteiro

O Projeto

Projeto

O que

Justificativa

Objetivo

Proposta

Conceitos

Envolvidos


Grupos de Pesquisa

Trabalhos Correlatos


O Que

Brinquedoteca Interativa um sala inteligente voltada para crianas. Equipada com brinquedos conectados a sistemas apoiados na computao ubqua que conectam ambiente, brinquedos e crianas.

Justificativa

A idia do projeto surgiu a partir de reunies de mesa redonda oriundas de encontros, cursos e palestras promovidas por profissionais responsveis pelo blog APRENDAKI.

Frequentadas por profissionais de diversas reas, entre os quais participaram:

Prof. Dr. Felipe Afonso de Almeida

Prof Dr. Lou de Olivier

Justificativa

Prof. Dr. Felipe Afonso de Almeida, com projetos nas linhas de pesquisa de Ambientes Virtuais, Computao Pervasiva, Computao Social, Computao Afetiva, dentre outras.

Prof Dr. Lou de Olivier, psicopedagoga, psicoterapeuta, precursora da Multiterapia, Ps-graduada em Medicina Comportamental e Psicopedagogia, com extenses em Neuropsicologia, Especialista em distrbios de aprendizagem e de comportamento.

Justificativa

A idia do projeto Briquedoteca Interativa foi tambm inspirado a partir de algumas pesquisas apresentadas pela Prof Dr Lou, que ministrou um curso sobre o tema Brinquedoteca em 2009 nos Eventos Educacionais do Aprendaki e tambm em palestras voltadas a profissionais.

O curso aborda como solucionar problemas e/ou tratar distrbios de aprendizagem usando brinquedos e brincadeiras.

Justificativa

Lou defende que as atuais polticas educacionais necessitam de uma maior adequao realidade dos educandos...

e que

... experimentando-se novas tcnicas e usando-se de forma profunda dos recursos de uma brinquedoteca, proporciona aos cursistas a capacidade de desenvolver o aprendizado de qualquer tipo de aluno desde o mais tmido e disperso, at o mais hiperativo, integrando a todos e tornando o estudo uma grande diverso.

Objetivo inicial do Projeto

Gerar idias para o ambiente e brinquedos interativos que estejam apoiados nos conceitos de computao pervasiva, ubqua e mvel.

Produzir prottipos dos brinquedos usando tecnologias acessveis e/ou emergentes.

Pesquisar tecnologias/materiais/mtodos para serem aplicados no desenvolvimento dos brinquedos.

Proposta de Ambiente

Sala provida por um sistema que controla e atua de acordo com alguns aspectos como:

Movimento/posicionamento das crianas

Movimento/posicionamento dos brinquedos

Temperatura da sala

Nvel de gua do bebedouro

Atividade em execuo

Etc

Proposta de Ambiente

Todas as crianas so cadastradas no sistema permitindo:

Acompanhamento remoto por pais, responsveis.

A sala assistida por cmeras que transmitem as imagens via Internet.

Possibilidade de acompanhamento de desempenho por pais, responsveis, profissionais:

O sistema gera relatrios de pontuao das crianas na prtica das atividades ldicas, podendo auxiliar em diagnsticos feitos por especialistas.

Proposta de Brinquedos

So equipados por dispositivos mveis que recebem e/ou emitem sinais para sistemas computacionais localizados em posies estratgicas do ambiente.

Estes sistemas interagem com a criana e com o ambiente coordenando ou acompanhando as atividades desenvolvidas em conjunto com as crianas.


Os brinquedos tem objetivo de serem educativos e esto ligados a diversas atividades ldicas.

Futuramente, os brinquedos seriam repensados por especialistas segundo objetivos didticos.

O passo atual se d com brinquedos temporrios apenas a critrio de domnio das tecnologias.


Brinquedo Meu Pet: Explorando o som e imagens dos animais

Diversos animais de pelcia espalhados pela sala esto equipados por um sistema de identificao por radiofreqncia que quando identificado emite o som do animal e uma informao sobre o mesmo.

Fig.1: Exemplo de animais de pelcia para Meu Pet


Brinquedo Histria Maluca: Explorando a histrias e imagens.

Diversos brinquedos espalhados pela sala esto equipados por um sistema de identificao por radiofreqncia que quando identificado projeta imagens e emite o som com um trecho de histria sobre o brinquedo (frases predefinidas). As frases so conectadas com os nomes das crianas.

Fig.2: Relao de brinquedos para Histria Maluca


Brinquedo Palavra-Viva: Explorando quebra-cabea com slabas e realidade aumentada.

Em uma mesa esto diversas peas de um quebra-cabea com slabas. Ao unir as slabas que formem uma palavra, um marcador formado e reconhecido pelo sistema que apresenta uma msica, uma imagem 3D projetada em realidade aumentada junto com a imagem da criana.

Fig.3: Representao do Palavra-Viva.

Cenrios

Cenrio 1: Maria (6 anos) chega sala pela primeira vez. Ainda no h ningum na sala alm de uma instrutora. Assim que ela passa pela porta, um sensor percebe a entrada de algum. Logo o sistema se adianta: -Ol, venha falar comigo, quero saber quem voc ? Maria, curiosa segue o som e chega at um computador com a imagem de um robozinho a tela. O sistema fala: - Pegue o microfone e fale seu nome. Maria, claro pega o microfone e fala seu nome. O sistema de reconhecimento de fala confirma: - Seu nome Maria? A menina confirma. Nesse momento o sistema cria um microcadastro. A Instrutora que acompanha, seleciona um identificador na gaveta, passa pelo leitor de cdigo (que associa ao nome de Maria) e prende-o na roupa de Maria, que ter suas brincadeiras acompanhadas...

Cenrios

Cenrio 1: ...O sistema se despede de Maria e sugere que ela procure um brinquedo. Maria sai cantarolando e logo v um cachorro de pelcia no cho. Pega o brinquedo, coloca embaixo do brao e segue com o brinquedo. Ao passar em frente ao Histria Maluca, o sensor reconhece as tags de Maria e do brinquedo, e inicia uma histria maluca, associando o nome da criana ao texto pr existente. Ento chega outra criana, que j estava se cadastrando e se aproxima, aguado pelo som da histria. Neste momento o sistema introduz a nova criana na histria maluca, atravs de seu nome. Ao perceberem que a histria muda de acordo com o brinquedo, as duas crianas iniciam a busca por novos brinquedos para interagir com a histria.

Cenrios

Cenrio 2: Maria aps alguns minutos sente sede e se dirige ao bebedouro. Ao se aproximar o sistema detecta qual a criana e mede a quantidade de gua ingerida atravs de sensores instalados no bebedouro. Os dados so armazenados para compor o relatrio de atividades. Maria se aproxima do brinquedo Palavra Viva e o sistema ao reconhecer seu Id, a chama para interagir. Ela inicia a montagem de uma palavra unindo slabas. O sistema ao reconhecer a palavra, inicia a projeo das imagens e apresenta o som correspondente. Outra criana se aproxima, desmonta a palavra que Maria havia montado e monta uma nova palavra, e o processo se repete com informaes referentes palavra.

Roteiro

COnceitos

Projeto

O que

Justificativa

Objetivo

Proposta

Conceitos Envolvidos


Grupos de Pesquisa



Computao Mvel

A computao mvel tem como princpio oferecer uma mobilidade fsica para servios computacionais, onde o dispositivo mvel d o suporte necessrio para o usurio utilizar servios computacionais independentemente da sua localizao.

Lyytinen e Yoo citam que uma das principais limitaes da computao mvel em relao ao seu modelo computacional, pois, enquanto o usurio muda a sua localizao o dispositivo mvel por si s no tem a capacidade de obter flexivelmente informaes sobre o contexto no qual a computao est sendo executada para ajust-las corretamente. [LYYTINEN, YOO, 2002]

Computao Pervasiva

O termo "Computao Pervasiva" define que num determinado ambiente existe um computador embarcado de modo invisvel ao usurio. Esse computador contm um sistema computacional que controla esse ambiente, obtendo informaes das aes geradas pelos usurios e ajustando-se de modo a atender s novas necessidades dos usurios.

Esse ambiente pode ser interligado por vrios dispositivos computacionais interagindo entre si, onde atravs de sensores e aplicativos especficos o ambiente age de forma autnoma para se adaptar as novas aes dos usurios. [SATYANARAYANAN, 2001]

Computao Ubqua

Computao ubqua tem como objetivo tornar a interao humano-computador invisvel, ou seja, integrar a informtica com as aes e comportamentos naturais das pessoas.

No invisvel como se no pudesse ver, mas, sim de uma forma que as pessoas nem percebam que esto dando comandos a um computador, mas como se tivessem conversando com algum.

Alm disso, os computadores teriam sistemas inteligentes que estariam conectados ou procurando conexo o tempo todo, dessa forma tornando-se onipresente. [ADAM, Greenfield. 2006]

Computao Ubqua

O termo "Computao Ubqua surgiu no ano de 1991, por Mark Weiser (The Computer for the 21st Century)

Weiser previa um aumento no uso de sistemas computacionais por usurios finais, e ao mesmo tempo, a visibilidade desses sistemas para tais usurios seria a menor possvel.

De acordo com a teoria de Weiser, a computao deixaria de trabalhar exclusivamente em um nico computador e passaria a ser compartilhada em diversos dispositivos interconectados. Com isso o foco do usurio final estaria voltado para a tarefa executada, e no para a ferramenta utilizada, pois o usurio passaria a utilizar da computao de modo imparcial e sem pr-requisitos tcnicos.[WEISER, 1991]

Relao

Computao

Pervasiva

Computao

Mvel

Computao

Ubqua

Fig.4: Relao entre Computao Pervasiva, Mvel e Ubqua.

Roteiro

Trabalhos

Relacionados

Projeto

O que

Justificativa

Objetivo

Proposta

Conceitos

Envolvidos


Grupos de Pesquisa



Grupos de Pesquisa

Grupo de Computao Ubqua - Universidade Federal de So Carlos

http://gcu.dc.ufscar.br/

Grupo de Computao Pervasiva e Alto Desempenho - Universidade de So Paulo

http://www.pad.lsi.usp.br/

Laboratrio de Sistemas Embarcados e Computao Pervasiva - Universidade Federal de Campina Grande

http://embedded.ufcg.edu.br/

Grupos de Pesquisa

Instituto de Computao Pervasiva - Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

http://www.pc.inf.ethz.ch/

Grupo de Computao Pervasiva Centrada no Usurio do Laboratrio de Inteligncia Artificial e Cincia da Computao - Instituto de Tecnologia de Massachusetts

http://oxygen.csail.mit.edu/

TRabalhos

Towards Guidelines for Designing Augmented Toy Environments

Projeto desenvolvido pelo "Instituto de Computao Pervasiva" do "Instituto Federal de Tecnologia de Zurique".

Hinske et al. (2008) apresentam um guia de desenvolvimento de um ambiente educativo pervasivo que une os dois mundos (o real e o virtual) atravs do uso da computao pervasiva em brinquedos tradicionais.

Brinquedo chamado Castelo do Cavaleiro (Knight's Castle)

TRabalhos

An Infrastructure for Interactive and Playful Learning in Augmented Toy Environments

Projeto desenvolvido pelo "Instituto de Computao Pervasiva da Universidade de Lugano, Zurique".

Hinske et al. (2009) apresentam um ambiente de aprendizado ldico sobre a histria da idade mdia auxiliado por realidade aumentada.

O problema em estudo:

Brinquedos tradicionais em relao a brinquedos virtuais.

TRabalhos

StorySurfer A Playful Book Browsing Installation for Childrens Libraries

Projeto desenvolvido pelo Colgio de Projeto de Interao" do Universidade de Tecnologia de Chalmers, Sua.

Erikson et al. (2007) apresentam o projeto de uma sala interativa para encorajar atividades fsicas em crianas enquanto esto pesquisando ou vendo material digital (livros/contos/etc) em uma biblioteca.

A rea de interao ocorre no cho em uma projeo com rastreamento via webcam. O espao de 4x6 metros rodeado por 19 botes para acionamento das aplicaes.

TRabalhos

Pervasive Computing in Play-Based Occupational Therapy for Children (Computao Pervasiva em jogos baseados em terapia ocupacional para crianas)

Projeto desenvolvido pela Universidade de Taiwan.

Lo et al. (2009) apresentam o projeto aplicado em terapia ocupacional.

Escova brincalhona e bandeja brincalhona.

TRabalhos

Studying Multi-User Settings for Pervasive Games

Projeto desenvolvido pelo "Instituto de Computao, Alemanha.

Leinchtenstern et al. (2009) apresentam dois tipos de configuraes para ambientes de jogos multiusurios.

A idia surge a partir do problema em jogos pervasivos desenvolvidos para grupos de crianas, onde apenas um usurio por vez capaz de dominar as funcionalidades do jogo enquanto outros usurios perdem o interesse pelo jogo e pela interao.

Roteiro

Projeto

O que

Justificativa

Objetivo

Proposta

Conceitos

Envolvidos


Grupos de Pesquisa



Etapa

Atual

Andamento

Brinquedos

Palavra-Viva

Histria Maluca*

Meu Pet*

Artigo

Site

https://sites.google.com/site/brinquedotecainterativa/

Pesquisa

Equipamentos/Tecnologias

Ambiente

Equipamentos/Sistemas/Tecnologias:

Sistema de reconhecimento por radiofreqncia (RFID) para identificao das crianas.

Cmera para captura e transmisso das imagens do ambiente atravs de um sistema para acompanhamento on-line.

Sistema com sntese de fala para interao com as crianas pelo nome.

Bebedouro com deteco de criana e consumo de gua.

Brinquedo Palavra Viva


Quebra-cabeas de EVA com marcadores

Projetor multimdia

Caixas de som

Cmera

Mesa

Sistema de Realidade Aumentada ARToolKit

Brinquedo Histria Maluca


Brinquedos e animais de pelcia

Projetor multimdia

Caixas de som

Sistema de reconhecimento por radiofreqncia (RFID) para identificao da criana e do brinquedo

Fig.5: Perspectiva do Brinquedo Palavra Viva no Ambiente

Sistema de Realidade Aumentada

ARToolKit

ARToolKit uma biblioteca open source, que viabiliza o desenvolvimento de interfaces para realidade aumentada.

Emprega mtodos de viso computacional para detectar tags na imagem capturada por uma cmera.

Fig.6: Exemplo de Realidade Aumentada com ARToolKit

Sistema de Realidade Aumentada

ARToolKit

O rastreamento ptico desta tag possibilita o ajuste de posio e orientao para realizar a renderizao de um objeto virtual, de modo que esse objeto parea estar atrelado a tag, desta forma o usurio pode manipular o objeto virtual, utilizando um objeto real.

Implementando pelo Dr. Hirokazu Kato, utilizado atualmente por pesquisadores do Laboratrio Tecnolgico de Interface Humana (HITL), na Universidade de Washington.

Tem verses para C/C++, Java, e Flash(Flartoolkit)

Tecnologias RFID

Leitor L-A201

Fig.6: AcuWave Active Reader [Acura Security]

Tecnologias RFID

O Leitor L-A201

Detecta e decodifica sinais de RFID emitidos por tags ativos da linha AcuWave.

A informao recebida convertida em dados e transmitida atravs da rede, via Serial RS-485 e RS-232.

A distncia mdia de leitura com uma antena omnidirecional um raio de 10 metros.

Os leitores L-A201 podem ser usados sozinhos ou em rede RS-485, usando cabo CAT5.

A conexo eltrica entre o computador principal (host) e o primeiro leitor pode ser RS-232 ou RS-485.

Tecnologias RFID

O Leitor L-A201

A rede comporta at 255 leitores interligados e a configurao pode ser feita remotamente via software.

Em casos onde o tag fica muito prximo do leitor, o campo eletromagntico pode ser reduzido, utilizando-se a verso sem antena.

Dependendo do tamanho do ambiente, ser necessrio a utilizao de antenas especficas, que ampliam o alcance do leitor.

Inicialmente optou-se por um conjunto leitor/antena (L-A201/ L-AN200 (Stub)) para se obter um alcance de 30 metros.

Tecnologias RFID

Tag de Segurana L-T501

Fig.7: AcuWave Security Card [Acura Security]

Tecnologias RFID


Utilizado em controle de ativos e veculos, ou crach em identificao pessoal.

Uma bateria interna alimenta o tag ativo.

Transmite um sinal de radiofreqncia em um intervalo pr-determinado.

A vida til do tag estimado em 5 anos com um intervalo de transmisso de 1,5 segundo, sendo que a mesma acaba com o fim da carga da bateria.

Tecnologias RFID


Possui antena interna e sistema anti-coliso que permite a leitura de vrios tags ao mesmo tempo.

Os dados transmitidos podem incluir Site Code (CSC), ID do Tag, Contador de Leituras, Alarme de Movimento e Status do Alarme.

O tag pode ser configurado para fornecer interface Wiegand e pode ter sensor de movimento embutido, desta forma pode-se embutir a tag em brinquedos e mapear o seu posicionamento no ambiente e/ou interagir atravs de uma projeo multimdia com uma histria interativa.

Tecnologias RFID

Leitor e Tag para menor escala

Fig.8: RFID Reader with USB Keyboard emulation interface

Fig.9: RFID Proximity ID Identification Token YEL

Referncias Bibliogrficas

[HINSKE, S., Langheinrich, M. 2009] An infrastructure for interactive and playful learning in augmented toy environments. Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications.

[ADAM, Greenfield. 2006]. Everyware: The Dawning Age of Ubiquitous Computing. Peachpit Press, pginas 11-12, 2006.


[SATYANARAYANAN, Mahadev. 2001] Pervasive Computing: Vision and Challenges. To appear in IEEE Personal Communications, volume 8, pginas 10-17, 2001.

[LYYTINEN, Kalle & YOO, Youngjin. 2002] Issues and Challenges in Ubiquitous Computing. Communications of the ACM, volume 45, nmero 12, pgina 63, Dezembro 2002.

[WEISER, Mark. 1991] The Computer for the 21st Century. In: Scientific American. Volume: 265, Number: 3, Pages: 94-104, Fevereiro 1991.


ACURA. Disponvel em: http://www.acura.com.br/acurasecurity

http://www.gaorfidassettracking.com/RFID_Asset_Tracking_Products/index.php?main_page=product_info&cPath=141&products_id=694

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