Sistema Autônomo para Travessia de Deficientes Visuais em Semáforos

Mário Joaquim de Lemes Neto e Amilton da Costa Lamas

Pontifícia Universidade Católica de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica

Rod. Dom Pedro I, km 136, s/n

13086-900 – Campinas – São Paulo – Brasil

RESUMO

Mobilidade urbana em cidades de alta conturbação é um desafio significativo para

deficientes visuais, especialmente no caso de atravessar vias com semáforos com estados

dinâmicos. Apesar do uso de avisos sonoros a travessia fica insegura devido ao alto nível de

poluição sonora. Este trabalho versa sobre um sistema autônomo acoplável a semáforos já

existentes que informa ao deficiente, através de vibração, o estado do semáforo,

contribuindo para uma travessia segura e autônoma. A solução é adaptável à semáforos

com programação dinâmica, a autonomia do sistema e sua solução não invasiva garantem a

preservação da garantia dos equipamentos já existentes, reduzindo o esforço do poder

público nas negociações com fornecedores. O desenvolvimento colaborativo da prova de

conceito foi feito através de um método dialógico baseado em rodas de conversa, resultando

na apropriação da solução. Desta forma, apoiados manuais escritos em Braille ou com

escrita comum, os deficientes visuais e seus cuidadores são qualificados a retransmitirem e

capacitarem outros profissionais de instituições similares. O trabalho foi aplicado em duas

instituições cuidadoras de deficientes visuais na cidade de Campinas, SP, Brasil.

PALAVRAS-CHAVE: Deficiência Visual, Inclusão Social, Mobilidade Urbana, Semáforos

autônomos, Sistema não Invasivo.

INTRODUÇÃO

O grande número de pessoas com deficiência visual (IBGE, 2010) atrai a atenção de

pesquisadores para a necessidade de desenvolver soluções de mobilidade que apoiem os

deficientes a encontrar o caminho em lugares públicos ou reservados desconhecidos. Esta

autonomia é fundamental para a independência dos deficientes visuais. A mobilidade dos

cegos ou indivíduos com baixa visão é baseada em mapas mentais construídos em

vivências anteriores no mesmo entorno, identificando mentalmente a localização de

obstáculos, pontos de referência, locais de travessia de ruas e avenidas etc. Este mapa

contém referências importantes como postes, semáforos, pontos de ônibus etc., tudo que for

necessário para apoiar a mobilidade.

Em altas conurbações urbanas um dos principais problemas de mobilidade para deficientes

visuais é a detecção de obstáculos dinâmicos como os semáforos que constantemente

mudam de estado, tornando um desafio ao deficiente visual, no qual deverá utilizar o apoio

de percepções auditivas e sensoriais muitas vezes debilitadas devido à poluição sonora, ou

o auxílio e orientação de pessoas próximas aos semáforos, trazendo dependência já que

este problema não apresenta solução através dos mapas cognitivos.

Atualmente existem alguns métodos implementados para a mitigação deste problema, como

semáforos com avisos sonoros indicando o momento certo de travessia para o deficiente

visual, método este regido e controlado pelos Departamentos de Transito de cada Estado.

Porém, com o alto desenvolvimento urbano, a poluição sonora também cresce, fazendo com

que este método seja menos efetivo e confiável, além disso, esse sistema prevê a troca total

dos semáforos já instalados por semáforos com esta tecnologia.

O sistema apresentado visa inserir tecnologias não invasivas que são acopladas ao

semáforo de pedestres, já existente, sem modificar qualquer estrutura do mesmo. A lógica

do produto é baseada na comunicação Bluetooth entre sensores de luminosidade aplicados

próximos ao semáforo de pedestres, e uma pulseira, que emitirá sinais vibratórios conforme

os sinais recebidos indicando o momento exato em que o usuário deverá fazer a travessia.

Desta forma espera-se contribuir para o aumento da mobilidade autônoma e segura e para a

promoção da inclusão social de deficientes visuais.

OBJETIVOS

O objetivo deste trabalho é descrever a apropriação e uso de uma prova de conceito

autônoma que promove a independência dos deficientes visuais na travessia de vias

controladas por semáforos e apoia o acesso igualitário dentro de um cenário urbano.

A prova de conceito descrita atende aos requisitos definidos pelos deficientes visuais e seus

cuidadores, tais como: informar os estados do semáforo (vermelho, verde e piscante)

através de impulsos vibratórios gerados em uma pulseira desenvolvida especificamente

para este fim. Do ponto de vista do gestor público, responsável pela gestão do espaço

urbano, a solução precisa ser de fácil instalação e remoção, portátil, autônoma no sentido de

ter manutenção reduzida e não ser invasiva, evitando perda de garantia dos fabricantes de

semáforos e longas negociações do poder público ou empresas com fornecedores.

METODOLOGIA

O método de execução deste trabalho é sustentado em três (03) pilares: apropriação de

resultados, desenvolvimento de provas de conceito e geração de material cultural. A

apropriação de resultados (conhecimentos e saberes) foi realizada aplicando o Modelo de

Apropriação de Conhecimentos, apresentado abaixo, desenvolvido por um dos autores

(LAMAS a, 2017). O desenvolvimento das provas de conceito seguiu Modelo de

Desenvolvimento é descrito logo após, finalizando com a apresentação do método de

geração de material cultural.

Modelo de Apropriação de Resultados

Este modelo tem na realização de rodas de conversa a principal ferramenta aplicada.

As rodas de conversa consistem em um método de participação coletiva de debates acerca

de uma temática, através da criação de espaços de diálogo, nos quais participantes podem

se expressar e, sobretudo, escutar os outros e a si mesmos. O objetivo é motivar a

construção da autonomia dos sujeitos por meio da problematização, da socialização de

saberes e da reflexão voltada para a ação, conforme (ALLAIN, 2013), (ANDRADE, 2005).

Envolve, portanto, um conjunto de trocas de experiências, conversas, discussão e

divulgação de conhecimentos entre os envolvidos nesta metodologia. As rodas de

conversa, portanto, preveem a formação coletiva, através de uma dinâmica democrática,

participativa e reflexiva que toma como fundamento do processo pedagógico a relação

teoria-prática, sem enaltecer a figura do educador como única detentora dos conhecimentos

constituindo excelente ferramenta para construção de saberes comuns entre comunidades e

a população universitária (FREIRE, 1988), (FREIRE, 1997). Assim o público alvo exerce

papel fundamental e decisório nos resultados de um projeto.

Figura 1 – Diagrama do Modelo de Apropriação de Resultados.

O modelo consiste na aplicação contínua de um ciclo dialógico virtuoso de rodas de

conversa, que promove a troca de conhecimentos mediada, atuando desde o entendimento

do problema a ser superado até a entrega da solução que promova a autonomia dos

deficientes visuais. As soluções para os desafios identificados em cada fase são

coproduzidas pelos atores que desempenham os papéis dinâmicos existentes no processo.

O ciclo dialógico é dividido em seis (06) fases contínuas: captura, desenvolvimento,

validação, demonstração, orientação, replicação e devolutiva. O diagrama acima, Figura 1,

representa o Modelo de Apropriação de Resultados.

Uma descrição detalhada do modelo encontra-se no artigo Método Cíclico de

Apropriação de Conhecimento – Uma Aplicação na Comunidade de Deficientes Visuais

(LAMAS b, 2017).

Modelo de Desenvolvimento

Desenvolvimento cíclico, inspirado no modelo Rational Unified Process (RUP), das

soluções segundo os requisitos técnicos funcionais e não funcionais obtidos junto ao público

alvo. O RUP atualmente é conhecido como IBM Rational Software (IBM, 2017).

O Modelo de Desenvolvimento, utilizado na concretização da prova de conceito, é

dividido em quatro fases com acompanhamento por seis visões. As fases são: 1)

Concepção: fase inicial onde o objeto à ser desenvolvido é dialogado com os técnicos da

instituição visando obter concordância com relação à arquitetura e planejamento do projeto.

Essa fase exige uma análise elaborada visto que os técnicos da instituição não possuem

bom nível de conhecimentos na área de Engenharia Elétrica e nem o discente e o docente

extensionista são especialistas nas atividades com deficientes visuais; 2) Elaboração: Esta é

uma fase onde as informações obtidas na fase anterior são sistematizadas e transformadas

em funcionalidades e especificações do projeto. Neste momento a arquitetura da solução ou

artefato é validada. 3) Construção: Nesta fase, fortemente interna ao projeto, o artefato

elaborado é construído dentro das especiações obtidas na fase de concepção, sempre

validando com o público alvo. 4) Transferência: quando os técnicos da instituição e usuários

são orientados em como utilizar a prova de conceito desenvolvida (apropriação dos

conceitos de Engenharia Elétrica) e registra-se como melhorar a solução com lições

aprendidas. A Figura 2 apresenta, na forma de diagrama, o Modelo de Desenvolvimento da

prova de conceito.

Figura 2 – Diagrama do Modelo de Desenvolvimento.

As fases de desenvolvimento são realizadas em microciclos de realimentação dentro

do Modelo de Apropriação de Resultados. Desta forma o público alvo exerce o

coplanejamento e a cocriação da prova de conceito, garantindo que está apresente os

requisitos funcionais e não funcionais esperados pelo público alvo.

As visões de acompanhamento definem o foco de atenção da equipe de trabalho nas

várias fases do Modelo de Desenvolvimento. As visões de acompanhamento são: a) Gestão

de Projeto: engloba as ações para garantir a mitigação de riscos durante a realização do

projeto, com objetivo seja alcançado dentro do prazo e orçamentos planejados; b)

Requisitos: trata de levantar as expectativas dos técnicos especializados e transformá-las

em um conjunto de requisitos que o dispositivo deve atender; c) Criação: com foco no

desenho (projeto) do dispositivo de forma garantir uma construção que atenda aos requisitos

identificados; d) Implementação: com atenção nos métodos e processos da construção

física do dispositivo; e) Teste: trata da validação do desenvolvimento; f) Entrega: cuja

preocupação é garantir o sucesso da apropriação dos conhecimentos pelos técnicos

especializados, deficientes visuais e seus familiares. A Figura 3 é uma representação

esquemática das visões de acompanhamento do projeto

Figura 3 – Representação esquemática das visões de acompanhamento do projeto.

Observa-se que a abrangência das visões de acompanhamento decresce a medida

em que as atividades se aproximam da finalização do trabalho.

Geração de material cultural

A geração do material cultural, na forma de manuais de construção, operação e uso,

ocorre simultaneamente à execução do Modelo de Apropriação de Resultados. Nesta tarefa

o aluno bolsista de extensão participa das seguintes atividades: 1) Reuniões de projeto: com

o professor extensionista, quando são passadas orientações, avaliados resultados e

discutidas estratégias para alcance dos objetivo; 2) Rodas de conversa: realizadas nas

dependências das instituições parceiras, são momentos de socialização onde o material

cultural e seu conteúdo é coplanejado através de diálogos com o público alvo; 3)

Desenvolvimento do material cultural: nesta tarefa o aluno bolsista de extensão coexecuta o

planejamento anterior, concretizando o material; 4) Sistematização: neste momento as

informações originadas nos encontroa anteriores são sistematizadas, esta atividade é

direcionada a consolidação, estruturação e organização das informações obtidas na tarefa 2

e 5) Entrega: como última tarefa o aluno bolsista de extensão entrega para as instituições

parceiras o material cultural coplanejado e cocriado bem como demonstra a prova de

conceito desenvolvida durante o projeto.

Figura 4 – Ciclo de produção do material cultural

A Figura 4, acima, apresenta o ciclo de produção do material cultural utilizado neste

trabalho.

DESENVOLVIMENTO

A prova de conceito, desenvolvida de forma dialógica e colaborativa, conforme descrito

acima, consiste de um sistema composto por três módulos: 1) Recepção, 2) Transmissão e

3) Módulo de Energia Fotovoltaica. Este módulo último, disponível comercialmente, não foi

desenvolvido neste trabalho devendo produzir 10400mAh/37,44Wh para que a solução

apresentada possuísse autonomia através de energia solar, contudo, em seu lugar foram

instalados para suprir este consumo de energia baterias recarregáveis.

A lógica da prova de conceito baseia-se no processamento de medida de sensores de

luminosidade (LDR) instalados junto aos faróis do semáforo de pedestre.

O Módulo de Captação e Transmissão dos Sinais é alimentado por baterias e acoplado a

um Módulo de Energia Fotovoltaica, portanto não depende da energia do Semáforo. O

módulo é composto também por uma unidade microcrontroladora que recebe impulsos

elétricos dos sensores de luminosidade que são estimulados pelas luzes dos faróis verde e

vermelho respectivamente do semáforo para pedestre e os enviam através de tecnologia

Bluetooth a uma pulseira responsável pelo Módulo de Recepção que contém a mesma

tecnologia onde os dados recebidos são processados por um microcontrolador que os

transforma em impulsos vibratórios através de um vibracall. A Figura 5, abaixo, apresenta a

arquitetura da prova de conceito desenvolvida.

Figura 5 – Arquitetura do semáforo autônomo para deficientes.

Descrição do funcionamento

Um deficiente visual total (cego) ou de baixa visão, necessita atravessar uma determinada

via controlada por semáforos, ao se aproximar do local correto de travessia e portando uma

pulseira que foi desenvolvida com tecnologia Bluetooth, devidamente carregada e bem

fixada ao seu pulso, aguarda com que a pulseira se conecte com o sistema desenvolvido e

responsável por capturar os estados do semáforo.

A pulseira do usuário se conecta automaticamente, assim não é necessária nenhuma

tomada de decisão do usuário facilitando a velocidade da conexão e ao mesmo tempo já

informando a existência do semáforo caso o usuário não saiba. Com a conexão

estabelecida o usuário aguarda algum estímulo (vibração) por parte da pulseira. Quando o

sensor responsável por capturar a fase vermelha no semáforo de pedestres estiver

recebendo estímulos de luminosidade, o microcontrolador do sistema envia por Bluetooth ao

microcontrolador da pulseira o estado atual e, esta gera um pulso de vibração de um

segundo a cada cinco segundos, indicando ao usuário que não é possível fazer a travessia.

Caso o sensor responsável por capturar a fase verde do semáforo de pedestre estiver

recebendo estímulos de luminosidade, o microcontrolador do sistema envia esta informação

via Bluetooth à pulseira, e esta emitirá vibrações continuas enquanto o semáforo

permanecer verde indicando ao usuário que a travessia pode ser feita. Ao se apagar a luz

verde do semáforo, a luz vermelha começará a piscar indicando que a travessia de

pedestres está acabando, o microcontrolador do sistema enviará a pulseira estímulos de

vibração hora forte hora fraco até que o semáforo de pedestre realmente mude

definitivamente para o estado vermelho. Assim, retornando ao estado vermelho os impulsos

na pulseira serão novamente de um pulso de vibração de um segundo seguido de cinco

segundos sem vibração.

Desta forma, ao se estabelecer uma conexão entre o sistema e a pulseira é possível

informar o usuário através de vibrações que a travessia pode ser feita de forma segura, o

elo criado entre os dispositivos configura ao usuário uma experiência única, segura, sigilosa,

personalizada, e sem interferência de outros meios, garantindo a independência na tomada

de ações por parte do deficiente visual.

Os semáforos utilizam máquina de estados para facilitar seu funcionamento, é apresentada

a arquitetura da máquina de estados de semáforos para pedestres a esquerda da Figura 6 e

dos pulsos da pulseira à direita, garantindo a igualdade na transmissão da informação.

Figura 6 – Máquina de estados da prova de conceito.

A máquina de estados apresentada foi criada e baseada nas normas de transito vigentes e

geram sinais de respostas iguais, tanto visual quanto vibracional, provando que todos os

possíveis sinais gerados são respeitados em ambos os casos.

RESULTADOS

Interferência Luminosa

O correto funcionamento da prova de conceito exige que os sensores LDR do sistema

respondam apenas às variações luminosas do semáforo, do contrário o deficiente visual

receberá informações contraditórias que colocariam em risco a travessia da via. Medidas

óticas de intensidade de luz externa nos semáforos devido a diferentes posicionamentos

relativos do sol demonstraram não haver interferência no funcionamento correto da prova de

conceito, sendo quatro vezes menores do que aquela resultante dos LEDs dos semáforos.

Isto assegura que os sensores sempre responderão apenas ao estado do semáforo.

Módulo Receptor

O módulo receptor (háptico), instalado numa pulseira, emite vibrações sinalizando ao

deficiente visual o estado do semáforo. A pulseira com seus respectivos componentes é

compacta e bem distribuída, como ilustra a Figura 7(a). Para adaptá-la no pulso do usuário é

feita com materiais de fácil manuseio na utilização.

Figura 7 – (a) Módulo receptor com seus respectivos componentes eletrônicos e

(b) a pulseira que guarda o módulo e sua fonte de alimentação.

(a) (b)

Para proteger o circuito receptor e facilitar a utilização por parte do deficiente visual, a

pulseira é desenvolvida uma pulseira em material sintético, produzido a partir de materiais

como o PVC. A pulseira, mostrada na Figura 7(b), possui dois compartimentos, um para o

módulo receptor e outro para uma fonte de alimentação, ambos de fácil acesso e

manutenção.

Módulo Transmissor

O módulo transmissor, mostrado na Figura 8, é montado em placa universal de circuito, dele

saem os cabos que alimentam e captam os sinais luminosos através dos LDR’s. Sua

instalação é feita em uma caixa de sobrepor com dimensões 120x160x70 mm que é

instalada em uma das laterais do semáforo para pedestres para facilitar a saída dos

sensores. A fonte de energia para alimentar o sistema inicialmente seria células

fotovoltaicas como descrito, no entanto, foi substituído por uma bateria comercial muito

utilizada como carregador portátil para celulares e eletrônicos com potencia de

10400mAh/37,44Wh, tensão de 5Vcc e corrente de 2A. Após os testes de funcionamento do

transmissor verificou-se que a vida útil desta bateria para este sistema era de 168 horas

ininterruptas até que esteja totalmente descarregada.

Figura 8 – Módulo Transmissor devidamente instalado.

Réplica de Semáforo Comercial (pedestres)

A réplica do semáforo padrão, apresentada na Figura 9 éi construída em madeira

obedecendo às medidas dos equipamentos de semáforos comercializados. A programação

na plataforma Arduíno é tal que o funcionamento obedece fielmente ás Normas Brasileiras

de trânsito. Esta réplica pode ser transportada facilmente e tem sua alimentação padrão em

127Vca. Desta forma, pode ser testada em diversas instituições e com diferentes portadores

de deficiência visual.

A intensidade das luzes instaladas nesta réplica de semáforo possue valores próximos aos

reais e o mesmo acontece para os desenhos que indicam o estado para deficientes com

daltonismo, buscando desta maneira uma réplica mais próxima possível de um equipamento

real. A configuração de funcionamento conforme o tempo que se deseja entre os estados

existentes em um semáforo de pedestres também pode ser ajustada conforme a

necessidade de uso.

Figura 9 – Réplica do semáforo para pedestres.

Oficina de Apropriação

A Figura 10 mostra um usuário experimentando a prova de conceito durante uma roda de

conversa de apropriação. As rodas de conversa foram realizadas em duas instituições

parceiras, o Centro Cultural Louis Braille de Campinas (CCLBC) e Sociedade Campinas de

Atendimento ao Deficiente Visual (PRÓ-VISÃO), ambas localizadas em Campinas, estado

de São Paulo, Brasil.

Figura 10 – Usuário numa roda de conversa de apropriação.

Material Cultural

O material técnico cultural consiste em um manual referente a construção, uso e operação

da prova de conceito desenvolvida. Todas as atividades referentes a construção do material

e desenvolvimento da prova de conceito foram realizadas nos laboratórios da PUC-

Campinas. Após a finalização da etapa de desenvolvimento da prova de conceito,

realizaram-se rodas de conversa de apropriação quando os deficientes visuais e cuidadores

se apropriaram do desenvolvimento e dos manuais relacionados, ficando capacitados para a

propagação da solução em outras instituições similares.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste trabalho foi apresentado uma prova de conceito de um semáforo para pedestres com

funcionalidades que apoiam a autonomia e a inserção social de deficientes visuais. O

funcionamento da prova de conceito é independente da programação temporal de

semáforos pré-instalados e não requer ajustes, caso esta programação mude. A instalação

da prova de conceito é não invasiva, preservando as garantias do semáforo já existente e

reduzindo os esforços de negociação com os fornecedores para instalação dos módulos

descritos. A execução colaborativa do trabalho garante que a prova de conceito atende aos

requisitos especificados pelos deficientes visuais e seus cuidadores os quais, ao fim das

atividades, apropriaram-se dos conceitos e desenvolvimentos, estando plenamente aptos

para a distribuição da solução para outras instituições similares.

AGRADECIMENTOS

Os autores gostariam de agradecer à Pró-Reitoria de Extensão e Assuntos Comunitários

(PROEXT) da Pontifícia Universidade Católica de Campinas pelo apoio recebido e às

instituições Centro Cultural Louis Braille de Campinas (CCLBC) e Sociedade Campinas de

Atendimento ao Deficiente Visual (PRÓ-VISÃO).

REFERÊNCIAS

ALLAIN, 2013 – Olivier Allain, Formação Docente por meio da Extensão: Oficina de Teorias

da Aprendizagem para Professores da educação Básica, 31o Seminário de Extensão

Universitária da Região Sul, 2013, disponível em:

<https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/116493> Acesso em: 25 abril 2017.

ANDRADE, 2016 – Horasa Maria L. S. Andrade et al., Metodologia participativa como

ferramenta e estratégia utilizada pela INCUBACOOP para a inclusão social de grupos

populares em Recife - Pernambuco, disponível em:

<http://www.cultura.ufpa.br/itcpes/documentos/metodologia_participativa_incubaccop.pdf>

Acesso em: 25 abril 2017.

FREIRE, 1988 – Paulo Freire, Pedagogia do Oprimido. ed. Rio de Janeiro: Paz e Terra,

1988.

FREIRE, 1997 – Paulo Freire, Pedagogia da Autonomia: Saberes necessários à prática

educativa. ed. Rio de Janeiro: Paz e Terra, 1997.

IBGE, 2010 – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, Censo Demográfico 2010,

Resultados Gerais da Amostra, IBGE, 2010.

IBM, - IBM RATIONAL SOFTWARE, disponível em https://www-

01.ibm.com/software/br/rational/. Acesso em 16 maio 2017.

LAMAS, 2017b – Amilton C. Lamas, Estabelecendo o Vínculo Ensino Extensão, XIV

Congreso Latinoamericano del Caribe de Extensión Universitaria ULEU y 2do. Congreso

Centroamericano de Compromiso Social CSUCA, Nicarágua, 2017.

LAMAS, 2017a – Amilton C. Lamas, Método Cíclico de Apropriação de Conhecimento –

Uma aplicação na Comunidade de Deficientes Visuais, apresentado no II Congresso

Internacional de Criatividade e Inovação, junho de 2017.

LEMES NETO, 2017 – Mario J. de L. Neto, Sistema Autônomo para Travessia de

Deficientes Visuais em Semáforos, Trabalho de Conclusão de Curso em Engenharia de

Telecomunicações – CEATEC PUC-Campinas, novembro de 2017.