Interfaces homme-machine braille

Introduction

Le texte Braille

Le texte braille, inventé par Louis Braille au 19e siècle, est un système d'écriture tactile utilisé principalement par les personnes aveugles ou malvoyantes. Il repose sur l'utilisation de configurations de six points en relief disposés en deux colonnes de trois. Chaque combinaison de points représente une lettre, un chiffre, ou un symbole spécifique. La lecture se fait par le toucher des doigts sur les points, permettant aux utilisateurs de percevoir et de comprendre l'information écrite.

Cellule Braille actualisable

Une cellule Braille actualisable est un dispositif qui permet aux personnes malvoyantes de lire du texte numérique par le toucher. Elle utilise de petits points en relief qui montent et descendent pour former des caractères en Braille. Ces cellules peuvent rafraîchir leur contenu dynamiquement, ce qui permet de lire séquentiellement du texte, comme sur un écran d'ordinateur ou un livre électronique. La technologie derrière ces cellules actualisables est conçue pour aider à améliorer l'accès à l'information et l'éducation pour les personnes malvoyantes, en leur permettant de communiquer et d'apprendre de manière plus indépendante.

État de l'art

Objectif du projet

Nous rêvons d'un monde où les afficheurs Braille rafraîchissables seraient accessibles à chaque personne malvoyante sans pour autant être hors de prix. Pendant des années, le coût élevé de ces dispositifs a limité l'accès des personnes malvoyantes à une technologie essentielle, freinant leur éducation, leur accès à la littérature numérique et leur avancement professionnel. Notre projet vise à changer cette situation grâce à un petit appareil innovant : le module Braille électromécanique rafraîchissable. Ce projet est né de la nécessité de rendre les dispositifs Braille plus accessibles et abordables pour tous.

Utilisation du texte Braille : impact sur la société et l'environnement

L'accès amélioré à des dispositifs Braille actualisables à un coût abordable pourrait avoir un impact profond à la fois sur la société et sur l'environnement. Selon l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS), environ 285 millions de personnes dans le monde sont affectées par une déficience visuelle, avec 39 millions d'entre elles étant aveugles et 246 millions ayant une basse vision. Sociétalement, cela soulève un problème majeur en matière d'accès à l'éducation car moins de 10 % des matériaux éducatifs publiés sont disponibles dans des formats accessibles tels que le Braille, l'audio ou les formats numériques adaptés. Cette limitation d'accès aux ressources est exacerbée par un taux de chômage élevé parmi les personnes aveugles ou malvoyantes, qui est significativement supérieur à la moyenne nationale dans de nombreux pays, atteignant environ 50 % en France.

La disponibilité de cette technologie à moindre coût pourrait transformer la vie des personnes malvoyantes, leur offrant des opportunités accrues en matière d'éducation et d'emploi, et réduisant ainsi les disparités en termes d'accès à l'information. Cela permettrait une plus grande inclusion dans divers aspects de la vie sociale et professionnelle, favorisant l'autonomie et l'intégration des personnes aveugles ou malvoyantes. Les technologies spécialement conçues pour les personnes malvoyantes, comme les lecteurs d'écran et les afficheurs Braille rafraîchissables, sont souvent onéreuses, atteignant parfois plusieurs milliers de dollars, et demeurent donc inaccessibles pour beaucoup, notamment dans les pays à revenu faible. Par ailleurs, l'accès à ces technologies varie grandement à travers le monde : si les pays développés bénéficient généralement d'un meilleur accès, les pays en développement sont confrontés à des limitations considérables, perpétuant ainsi les disparités en termes d'accès à l'information et aux opportunités professionnelles. La capacité de produire ces dispositifs localement grâce à des technologies simples pourrait encourager l'innovation et le développement économique dans les régions moins développées, offrant des opportunités de création d'emplois et de développement de nouvelles compétences au sein de communautés locales. Cette approche décentralisée et accessible soutient non seulement l'économie locale mais promeut également une distribution plus équilibrée des technologies assistives à travers le monde.

D'un point de vue environnemental, l'utilisation de composants moins chers et plus accessibles comme les micromagnets, ainsi que la production de pièces par impression 3D, pourrait réduire les déchets et l'empreinte écologique associée à la fabrication des dispositifs traditionnels. La fabrication à petite échelle et à la demande permet également de minimiser la surproduction et le gaspillage de ressources, ce qui est souvent le cas dans les méthodes de production traditionnelles qui requièrent de grandes installations et des processus coûteux.

Technologies existantes

Les technologies existantes d'afficheurs Braille rafraîchissables sont des outils essentiels pour les personnes malvoyantes, permettant l'accès à l'information numérique en temps réel. Ces dispositifs sont généralement composés de cellules Braille qui peuvent se modifier dynamiquement pour représenter différentes lettres et caractères, rendant la lecture de textes numériques possible par le toucher.

Avantages des technologies existantes

• Accessibilité à l'information : Les afficheurs Braille rafraîchissables permettent aux utilisateurs malvoyants d'accéder à une grande variété de contenus numériques, tels que des livres, des articles, et des emails, augmentant leur autonomie et indépendance.
  

• Interactivité: Ces dispositifs offrent une interaction en temps réel, ce qui est crucial pour la navigation sur Internet, la lecture de documents complexes, et l'utilisation de logiciels éducatifs ou professionnels.
  

• Portabilité: Beaucoup de ces afficheurs sont conçus pour être portables, permettant aux utilisateurs de les emporter et de les utiliser où qu'ils aillent, ce qui est particulièrement utile pour les professionnels et les étudiants.
  

• Intégration technologique: Ils peuvent être intégrés à d'autres technologies, comme les smartphones et les ordinateurs, augmentant ainsi leur utilité. Ils peuvent aussi prendre en entrée plusieurs formats de fichiers: .pdf/.epub/.kindle.
  

Inconvénients des technologies existantes

• Coût élevé: Le principal inconvénient de ces technologies est leur coût. Les afficheurs Braille rafraîchissables coûtent souvent plus de 500 dollars, principalement en raison du prix élevé des cellules Braille individuelles. Cette dépense peut être prohibitivement élevée pour de nombreux utilisateurs potentiels, limitant l'accès à une technologie par ailleurs bénéfique.
  

• Complexité de la maintenance: La maintenance de ces dispositifs peut être complexe et coûteuse. Les cellules Braille, composées de nombreux petits composants mécaniques et électriques, sont susceptibles de s'endommager et nécessitent souvent des réparations spécialisées.
  

• Limitations technologiques: Bien que ces afficheurs fournissent un accès essentiel à l'information, ils ont généralement une capacité limitée en termes de nombre de cellules Braille, ce qui peut restreindre la quantité d'information affichée à un moment donné. Cela peut ralentir la lecture et rendre la navigation dans de grands volumes de texte plus difficile.
  

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  Afficheur Braille actualisable (Humanware)

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  Afficheur Braille actualisable (Brailliant)

Bien que les afficheurs Braille rafraîchissables existants offrent des avantages significatifs en termes d'accessibilité et d'interactivité, leurs coûts élevés et leurs exigences de maintenance limitent leur disponibilité et utilité pour beaucoup de personnes malvoyantes. Le développement de technologies plus abordables pourrait transformer de manière significative l'accès à l'information pour cette population.

Notre solution

Principe général

En repensant les principes de base, nous avons cherché à comprendre pourquoi les dispositifs Braille étaient si onéreux. En effet, le coût élevé d'une seule cellule Braille est directement répercuté sur le prix final de l'afficheur Braille complet car chaque cellule, incorporant des actionneurs piézoélectriques qui demandent des procédés de fabrication spécifiques et coûteux, constitue un élément fondamental de l'afficheur. Ainsi, le prix de production de chaque cellule influe significativement sur le coût total de l'appareil. Comme ces dispositifs d'assistance sont produits en petites quantités, le coût d'une cellule Braille reste élevé, rendant l'afficheur Braille complet coûteux, souvent autour de 100 dollars par cellule. Par conséquent, la réduction du coût de production des cellules Braille, à travers l'innovation dans les matériaux utilisés et les méthodes de fabrication, est essentielle pour diminuer le prix de vente des afficheurs Braille, rendant cette technologie cruciale plus accessible aux personnes malvoyantes.

Notre objectif était simple : réduire le coût d'un module unique pour, par conséquent, diminuer le coût global d'un afficheur Braille. Nous voulions concevoir une cellule Braille qui pourrait être produite à faible coût, même en petites quantités, et qui ne dépendrait pas de pièces spécialisées. Grâce à un système électromécanique associé à des composants standards, des pièces imprimées en 3D, et des micromagnets, la fonctionnalité est préservée avec des produits abordables.

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  Corrélation entre le prix d'une cellule actualisable et l'afficheur final

Besoins en matériel

• 6x Ferrite Core Uncoated 67 Ferrite Core ROD Type 0.394" (10.00mm) Length Width 0.039" (1.00mm) Diameter Height.
  
• 1× 0.05mm Enamel insulated self soldering Copper Wire
  
• 2× 3x2 1.27mm Pitch Pin Headers
  
• 1× 1mm (dia) x 0.5mm (height) Neodymium magnets
  
• 1× Braille Module PCB
  

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  Noyau de ferrite

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  Cuivre

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  En-têtes de broche

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  Aimants en néodyme

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  Module PCB

Avant la théorie, le prototypage!

Avant de nous lancer dans la réalisation concrète de la cellule Braille, nos professeurs nous ont conseillé de procéder à une étude approfondie de l'état de l'art. Cette démarche préliminaire visait à bien établir les bases théoriques et techniques de notre projet, afin de nous assurer que notre développement s'appuierait sur des fondements solides et reconnus dans le domaine des technologies d'assistance.

Pour le prototypage, nous avons opté pour l'utilisation d'une carte Arduino Uno, un choix motivé par plusieurs avantages significatifs :

• Facilité d'utilisation: L'Arduino Uno est reconnue pour sa simplicité d'utilisation, ce qui la rend idéale pour les expérimentations et les prototypes rapides.

• Communauté étendue: Elle bénéficie d'une large communauté d'utilisateurs, offrant une multitude de ressources didactiques, tutoriels et forums qui facilitent la résolution de problèmes.

• Compatibilité étendue: La carte est compatible avec l'IDE Arduino, qui peut être facilement installé et utilisé sur un PC portable, permettant de programmer et de manipuler la carte directement depuis un ordinateur.

Dans notre prototype, la carte Arduino Uno était connectée à des résistances et à six diodes, chacune représentant un pic de la cellule Braille. Ce montage permettait de simuler le fonctionnement des pics Braille d’un afficheur rafraîchissable. En insérant une phrase dans le système via l'IDE Arduino, le script convertissait le texte en Braille et commandait les diodes correspondantes. Ces dernières s'allumaient et s'éteignaient pour représenter la configuration Braille de chaque lettre, offrant ainsi une sortie visible et tangible qui simulait la lecture tactile en Braille.

Ce prototype nous a permis de tester et de valider les concepts de base de la traduction du texte en Braille, tout en explorant l'interaction entre le matériel électronique et le logiciel. Cela a également offert une plateforme pratique pour expérimenter avec différentes configurations et pour optimiser le design avant de passer à la fabrication de la cellule Braille proprement dite.

Partie théorique du projet

Notre objectif lors de ce projet est de réaliser une cellule Braille qui coûterait moins de 10 dollars à produire, consomme très peu d'énergie et est facile à fabriquer et à assembler. En théorie, ces cellules coûteraient moins d'un dollar en matériaux et avec seulement un watt de consommation énergétique (5V @200mA).

Au cœur du dispositif se trouve un came monté de manière excentrique, intégrant un micro aimant activé par un électroaimant. Ce dernier permmet au came de faire des rotations, qui en tournant fait lever un point Braille. Ce système est simple, efficace et garantit une faible consommation d'énergie, car l'énergie n'est utilisée que lors de l'actionnement et non pour maintenir l'état du point.

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  Module Braille, pic abaissé

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  Module Braille, pic élevé

Optimisant chaque étape, du choix des pièces qui peuvent être imprimées sur une imprimante 3D économique à un outil motorisé pour enrouler les microsolénoïdes, l'efficacité des coûts et l'accessibilité doit être priorisée. En suivant ces étapes, les cellules Braille peuvent être fabriquées partout dans le monde par n'importe qui. Les petits aimants, véritables héros de ce projet, permettent une miniaturisation extrême du mécanisme et sont facilement disponibles.

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  Schéma de la cellule Braille

Sur le plan électronique, nous nous sommes inspirés des afficheurs à points flip et des affichages mécaniques à 7 segments. En utilisant un système multiplexeur et en profitant du fait qu'une fois un point Braille actionné, il reste en place sans consommation continue de puissance, seules quelques broches de microcontrôleur sont nécessaires pour piloter un ensemble complet de cellules à l'aide d'un réseau de transistors source et de synchro IC reliés à un décodeur IC.

Nous envisageons l'intégration de ces modules Braille dans bien plus que les afficheurs rafraîchissables : dans les distributeurs automatiques, les signalisations publiques, les musées, et bien plus encore, rendant le monde plus accessible pour les personnes malvoyantes. Ce module Braille électromécanique rafraîchissable est bien plus qu'un dispositif ; c'est un outil qui rendra le Braille numérique rafraîchissable accessible à tous.

Améliorations

Malheureusement, notre projet de développement de la cellule Braille est resté au stade du prototypage, et nous n'avons pas réussi à réaliser pleinement ce dispositif. Cette situation découle d'un changement initial de direction du projet : pendant plus de quatre séances, nous nous étions orientés vers la création d'une embosseuse Braille. Après avoir approfondi notre étude, nous avons conclu que la faisabilité de ce projet était faible, et qu'il était nécessaire de repenser notre approche.

Nous avons perdu beaucoup de temps à poursuivre un projet qui s'est révélé quasi irréalisable. Face à cette impasse, nos professeurs nous ont conseillé de construire un état de l'art robuste et de réfléchir à un produit qui serait non seulement bénéfique mais aussi réalisable. Ce conseil nous a permis de recentrer nos efforts sur le développement de la cellule Braille rafraîchissable.

En ce qui concerne les améliorations potentielles de notre prototype, deux pistes principales peuvent être envisagées pour améliorer et étendre ses fonctionnalités :

• Support Multilingue : Actuellement, notre système ne prend en charge que le français. Étendre la capacité de notre dispositif à d'autres langues augmenterait considérablement son utilité et permettrait une application plus large, touchant une audience plus diversifiée.

• Intégration de Fichiers en Entrée : Une autre amélioration significative serait de permettre l'insertion d'un fichier en entrée (.pdf, .epub, etc), dont notre algorithme analyserait le contenu pour en extraire le texte et le traduire en Braille. Ce processus automatiserait la conversion du texte en signaux pour les diodes, qui s'allumeraient et s'éteindraient pour simuler le texte en Braille.

Ces améliorations visent à rendre notre prototype plus versatile et adapté aux besoins réels des utilisateurs, en éliminant les limitations actuelles liées à la langue et à la manipulation des entrées textuelles.

Biblio/Webographie

https://www.cnet.com/science/portable-braille-translator-mit-students-team-tactile/

https://www.ceciaa.com/lecture-ecriture-ocr-handicap-visuel/ocr-aveugle-malvoyant.html#:~:text=La%20Reconnaissance%20Optique%20de%20Caract%C3%A8re,n'importe%20quel%20document%20dactilographi%C3%A9.

https://www.developpez.net/forums/d1860133/general-developpement/algorithme-mathematiques/traitement-d-images/reconnaissance-caracteres-braille/