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1. Diseño e implementación de un prototipo juego de “Simón Dice” basado
en arduino para el desarrollo mental de personas con discapacidad
cognitiva.
2. Semillero de Investigación Hardware Libre1
Grupo de Investigación I+D+T – Comfamiliar Risaralda
Resumen— Se diseñó e implemento un prototipo de juego de “Simón Dice” basado en la plataforma de
hardware libre arduino para el desarrollo mental en niños y jóvenes con discapacidad cognitiva. El juego
genera una secuencia aleatoria y en aumento de 4 luces led que debe ser seguida por el jugador a través de
unos pulsadores, adicionalmente se acoplo un sistema de conteo digital para los acierto. El circuito
electrónico se diseñó en fritzing y el encapsulado del juego en blender.
Palabras clave— Simón Dice, arduino, desarrollo mental, fritzing, blender.
3. INTRODUCCIÓN
La Caja de Compensación Familiar de Risaralda, Comfamiliar Risaralda 2, cuenta con un
proceso llamado Programa de Atención a la Discapacidad, de ahora en adelante: PAD 3. Su
objetivo es generar espacios de socialización a los afiliados a Comfamiliar Risaralda en situación
de discapacidad mediante la inclusión y participación en actividades lúdicas y talleres.
Igualmente, valoraciones médicas, psicológicas y realización de actividades hasta la generación
de los informes por parte de los profesionales.
Previa caracterización del proceso PAD se diseñó varios prototipos de juegos que puedan
aplicarse a los talleres y actividades que realizan los profesionales a los niños y jóvenes con
discapacidad y que puedan mejorar su inclusión social. El mayor tipo de discapacidad presente
en el PAD es la cognitiva con un 70% mientras que otros tipos de discapacidades representan el
30% (Comfamiliar Risaralda - Semillero Hardware Libre, 2014).
Son variados los tipos de juego de “Simón Dice”, van desde manuales hasta electrónicos, en la
gama de los electrónicos es difícil encontrar los que cuenten los aciertos obtenidos y es una
característica primordial para ser aplicados en las terapias del PAD. Esto proporcionara un
monitoreo más exacto del avance de los jugadores.
El juego de “Simón Dice” está basado en la plataforma de hardware libre arduino que permite
programar las condiciones deseadas del juego controlando entradas y salidas análogas y/o
digitales.
Tutor del Semillero: Andrés Orozco Escobar. E-mail: aorozco@comfamiliar.edu.co
Comfamiliar Risaralda: https://www.comfamiliar.com/
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Comfamiliar Risaralda - Programa de Atención a la Discapacidad (P.A.D.):
https://www.comfamiliar.com/servicios/programa-de-atencion-pad.html
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Arduino es de código abierto y multiplataforma, presenta facilidad de uso para principiantes
sin necesidad de tener mucha experiencia en software o electrónica. (Margolis, 2011)
Se inició con el diseño del circuito electrónico en fritzing para un fácil acople con la
plataforma arduino, posteriormente con el espacio obtenido y contemplando la distancia
adecuada entre los pulsadores de respuesta se diseñó en blender el encapsulado del prototipo.
4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN
El gobierno colombiano ha establecido algunos lineamientos para la atención de las personan
con discapacidad y su inclusión a la sociedad, a través de la ley estatutaria 1618 del 27 de Febrero
de 2013: "por medio de la cual se establecen las disposiciones para garantizar el pleno ejercicio
de los derechos de las personas con discapacidad", así como la ley 1346 del 31 de Julio 2009: Por
medio de la cual se aprueba la "Convención sobre los Derechos de las personas con
Discapacidad", adoptada por la Asamblea General de la Naciones Unidas el 13 de diciembre de
2006.
Al analizar la situación de las personas con discapacidad en el país, se observa con
preocupación que a pesar de la extensa normatividad y las actividades desarrolladas, se
encuentran aún barreras (actitudinales – físicas) que les impide participar en igualdad de
condiciones a las demás personas en la vida familiar, social y comunitaria, no tienen oportunidad
para disfrutar plenamente de sus derechos. (Beltrán, 2010)
Hoy día la gestión pública debe responder a compromisos que el Estado adquiere de cara a la
Convención Internacional sobre los Derechos de las Personas con Discapacidad 4, una
Convención amplia e integral que promueve, protege los derechos y la dignidad de las personas,
que impulsa el desarrollo social, la defensa de los derechos y la no discriminación, una
Convención que tiene en cuenta las recomendaciones tanto de la Comisión de Derechos Humanos
como de la Comisión de Desarrollo Social. (Beltrán, 2010)
Así al cumplimiento de las leyes de inclusión, en donde se habla de desarrollar estrategias,
innovadoras de atención para mejorar la calidad de vida de los discapacitados; el semillero de
hardware libre diseño prototipos aplicados a la solución de las necesidades tecnológicas del PAD,
que le permitirá a docentes y estudiantes poner a disposición el conocimiento técnico y científico
para generar impacto social, este hardware libre es tecnología que vincula al profesional, a las
familias y a la población atendida por el PAD en la producción de nuevos objetos que suplan
necesidades diversas de contexto, el cual motiva el pensamiento investigativo, propicia
creatividad e innovación con responsabilidad social, todo lo relacionado con el desarrollo de
objetos autónomos. (Comfamiliar Risaralda - Semillero Hardware Libre, 2014)
Se pretende dotar al PAD de herramientas tecnológicas e interactivas para el desarrollo de sus
actividades, considerandos las discapacidades que allí se manejan y adaptar los prototipos como
ONU. Convención Internacional sobre los Derechos de las Personas con Discapacidad. Diciembre 13 de 2006 –
Ley 1346/2009.
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estrategia educativa que les permitirá a los niños y jóvenes mejorar su acceso a los servicios
cotidianos en la sociedad.
5. OBJETIVOS
5.1 General:
Diseñar e implementar un prototipo de juego “Simón Dice” basado en arduino para el
desarrollo mental de personas con discapacidad aplicado al PAD.
5.2 Específicos:
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Examinar problemáticas presentes en el PAD que se puedan abordar con plataformas de
Hardware Libre como arduino.
Diseñar e implementar prototipos de juegos para el desarrollo mental de personas con
discapacidad aplicados al PAD.
Verificar la pertinencia y aplicabilidad del prototipo elaborado a terapias y talleres en el
PAD.
6. REFERENTE TEÓRICO
6.1 Discapacidad: conceptos y terminología.
Se establece que la discapacidad es un término genérico que incluye: deficiencia o alteración
en las funciones o estructuras corporales, limitación o dificultades en la capacidad de realizar
actividades y restricción en la participación de actividades que son vitales para el desarrollo de la
persona. La discapacidad representa las alteraciones en el funcionamiento del ser humano
considerando que esta es producto de la interacción del individuo con el entorno en el que vive y
se desarrolla. (Comfamiliar Risaralda - Semillero Hardware Libre, 2014)
Se relacionan las los conceptos y terminología según la Clasificación Internacional de
Deficiencias, Discapacidades y Minusvalías (CIDDM) de la Organización Mundial de la Salud
(OMS), así como de la revisión de las misma que se conoce como Clasificación Internación del
Funcionamiento, de la Discapacidad y de la Salud (CIF).
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Una deficiencia es toda pérdida o anormalidad de una estructura o función psicológica,
fisiológica o anatómica.
Una discapacidad es toda restricción o ausencia (debida a una deficiencia) de la capacidad
de realizar una actividad en la forma o dentro del margen que se considera normal para un
ser humano.
Una minusvalía es una situación desventajosa para un individuo determinado,
consecuencia de una deficiencia o una discapacidad, que limita o impide el desempeño de
un rol que es normal en su caso (en función de su edad, sexo o factores sociales y
culturales). (Egea García & Sarabia Sánchez, 2001)
La estructura de la clasificación de tipo de discapacidad está organizada en dos niveles: grupo
y subgrupo. El primer nivel de la clasificación está formado por cuatro grandes grupos de
discapacidad y el grupo de las claves especiales, todos con claves numéricas de un dígito:
Grupo 1 Discapacidades sensoriales y de la comunicación
Grupo 2 Discapacidades motrices
Grupo 3 Discapacidades mentales
Grupo 4 Discapacidades múltiples y otras
Grupo 9 Claves especiales
El segundo nivel de la clasificación corresponde a los subgrupos, cuya clave está compuesta
de tres dígitos. Con el primero de izquierda a derecha se identifica el grupo al que pertenecen.
(Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática - INEGI, 2007)
Grupo 2 discapacidades motrices
Subgrupo 210 discapacidades de las extremidades inferiores, tronco, cuello y cabeza
Subgrupo 220 discapacidades de las extremidades superiores
Subgrupo 299 insuficientemente especificado del grupo discapacidades motrices
6.2 Juguetes para el desarrollo mental.
Los juguetes que promueven el desarrollo cognitivo estimulan la atención, el pensamiento
creativo, la memoria y la habilidad para resolver problemas.
La memoria se une indisolublemente a otros procesos cognitivos como: atención, percepción,
categorización, esquematización, conciencia y metamemoria (valora el origen y la exactitud de la
memoria). El desarrollo de la memoria va unido al desarrollo cognitivo.
Los estímulos sensoriales son codificados en los registros sensoriales, los procesos
atencionales examinan esa información codificada, y una pequeña porción se almacena en la
memoria a corto plazo. Mediante procesos activos tales como: clasificación, ensayo… la
información de la memoria a corto plazo puede ser depositada en la memoria a largo plazo. Sin la
intervención de estos procesos, esta información se deterioraría en 30 segundos e imposibilitaría
su recuperación posterior.
Los psicólogos cognitivos han descrito dos formas de recuperación de la información: directa
e indirecta. La recuperación directa incluye los recuerdos libres (escasean en los niños) y el
reconocimiento (aumentan en los niños). En la recuperación indirecta intervienen procesos y
representaciones que comunican un patrón general de acción.
La recuperación de la información puede conceptualizarse como la reactivación de una red
neuronal de configuración similar a la actividad de codificación de la información. La memoria
es reconstructiva, no reproductiva. El tener acceso a las representaciones almacenadas depende
del recuerdo. De este modo, la inhabilidad de los niños pequeños para recordar aspectos de una
experiencia directa, puede significar que ésta nunca fue codificada por la inmadurez de las
estrategias de recuperación. (Sarlé M, 2009)
6.3 Arduino.
Arduino es una plataforma computacional física de código abierto para la creación de objetos
interactivos que están solos o colaboran con software en su computador. Arduino fue diseñado
para los artistas, diseñadores, y otros que quieren incorporar computación física en sus diseños
sin tener que convertirse primero en ingenieros eléctricos o electrónicos. (Shiloh, Diciembre
2014)
El hardware y el software de Arduino son de código abierto. La filosofía de código abierto
fomenta una comunidad que comparte su conocimiento de manera generosa y está siempre
disponible en línea para ayudar o compartir sus modelos para que sirvan de punto de partida para
ser replicados o mejorados.
El software de Arduino, conocido como el Entorno de Desarrollo Integrado (IDE), es gratuito.
Se puede descargar desde el sitio web de Arduino www.arduino.cc. El IDE de Arduino se basa
en el lenguaje Processing, que fue desarrollado como medio facilitador para la enseñanza y
producción de proyectos multimedia e interactivos de diseño digital sin tener conocimientos
profundos en Software. El IDE de Arduino puede ejecutarse en Windows, Macintosh y Linux y
su lenguaje y referencias se encuentran disponibles en su sitio web. (Arduino, 2015)
La placa Arduino, como el Arduino UNO se puede conseguir por $50.000 pesos en las tiendas
locales de cualquier ciudad colombiana.
6.4 Blender
Blender es un programa de modelado en 3D apoyado por varias herramientas que permiten
texturizar, crear animaciones, composiciones, etc. Es multiplataforma compatible con Windows,
Mac OS X, GNU/Linux, Solaris, FreeBSD e IRIX. (Flavell, 2010)
Está orientado a artistas y profesionales del diseño y multimedia, puede ser usado para crear,
visualizaciones 3D estáticas o vídeos de alta calidad. También incorpora un motor de 3D en
tiempo real el cual permite la creación de contenido tridimensional interactivo que puede ser
reproducido de forma independiente.
Blender se desarrolla como Software Libre, con el código fuente disponible bajo la licencia
GNU GPL, su descarga y su uso es completamente gratuito. Descargas y documentación está
disponible en su sitio web www.blender.org. (blender, 2015)
7. METODOLOGÍA
La investigación cubre: investigación básica, aplicada y tipo de estudio exploratorio.
La metodología usada para el diseño de los prototipos es la Botton-Up aplicada al hardware y
que nos permite describir el circuito mediante la agrupación de componentes en módulos y estos
a su vez describen el sistema completo. Y herramientas de diseño asistido por computador
(Computer Aided Design, CAD) que permitan minimizar el costo del ciclo diseño-prototipaciónverificación. Figura 1. (Schweers, 2002)
Diseño
Verificación
Prototipo
Figura 1. Ciclo: diseño-prototipación-verificación.
En el ciclo de diseño hardware la herramienta CAD utilizada es fritzing que está presente en
todos los pasos. En primer lugar en la fase de descripción de la idea, que es un circuito
electrónico. Luego en la fase de simulación y verificación en donde la herramienta permite
realizar simulación y por último la etapa de diseño y fabricación del circuito impreso o PCB.
Fritzing también permite acoplar la plataforma de hardware libre Arduino y programar el
dispositivo si así se requiere, es una herramienta CAD de código abierto y su descarga y
documentación está disponible en su sitio web www.fritzing.org. (fritzing, 2015).
La metodología Bottom-Up no implica una estructuración jerárquica de los elementos del
sistema. Simplemente reúne componentes de bajo nivel para formar el diseño global. En un
diseño Bottom-Up se comienza realizando una descripción con esquemas de los componentes del
circuito. Estos componentes se construyen normalmente a partir de otros que pertenecen a una
biblioteca que contiene componentes básicos, que representan unidades funcionales con
significado propio dentro del diseño. Estas unidades son denominadas primitivas, ya que no es
necesario disponer de elementos de más bajo nivel para el diseño que se desea realizar.
(Schweers, 2002)
El Diseño Bottom-Up para el prototipo de juego de “Simón Dice” se muestra en la Figura 2.
Circuitos
Bloques
Prototipo
Led x4 y buzzer
Indicador Visual y
auditivo
Juego de "Simón
Dice"
Decodificador y
Display Doble 7
Segmentos
Conteo de
Aciertos
Pulsadores x4
Detección de
Pulsación
Figura 2. Diseño Bottom-Up para el prototipo de juego “Simón Dice”
Se desarrollaron las siguientes actividades:
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Inventario de las herramientas de tipo tecnológico usadas en el PAD.
Determinación del tipo de discapacidad a trabajar.
Estado del arte de los juguetes para estimular el desarrollo mental.
Diseño preliminar del prototipo determinando los dispositivos de entrada y salida
adecuados (sensores y actuadores).
Establecimiento de los circuitos electrónicos adecuados para el prototipo juego de “Simón
Dice”.
Diseño Bottom-Up del prototipo juego de “Simón Dice”.
Elección plataforma Arduino.
Diseño ciclo: diseño-prototipación-verificación con fritzing.
Montaje del prototipo. Simulaciones.
Pruebas de funcionamiento y ajustes.
Diseño Encapsulamiento juego de “Simón Dice”.
La plataforma de hardware libre arduino proporciona cuatro entradas digital a través de los
pulsadores que deben ser accionados en el orden que los cuatro leds se van iluminando. El
proceso inicia con un solo led y va avanzando incrementando un led encendido más por cada
nivel del juego. Adicionalmente al encendido del led se emite un sonido a través de un buzzer.
El juego finaliza cuando no se es capaz de recordar la secuencia de leds que va en aumento y
cambia aleatoriamente al iniciar cada juego nuevo. Un decodificador de 7 segmentos va
contando el número de aciertos realizados en el juego con el fin de controlar el número de
aciertos y mejorar los procesos de desarrollo mental.
El Diseño de la placa electrónica acoplado al arduino se realizó en fritzing como se muestra en
la figura 3.
Figura 3. Diseño placa electrónica acoplada al arduino usando fritzing.
El encapsulado del juego de “Simón Dice” donde se protegen los circuitos electrónicos se
diseñó en blender usando los modelos a escala de los diferentes elementos que conforman el
prototipo. Ver figura 5. El encapsulado debe poder contener la plataforma de hardware libre
Arduino, la placa de desarrollo en fritzing, una pila de 9V para la alimentación del circuito, un
display de 7 segmentso doble para el conteo de los aciertos, un buzzer, los pulsadores, los diodos
led y un suiche pulsado de encendido y apagado.
Figura 5. Encapsulado Juego “Simón Dice”. Diseñado en Blender
8. RESULTADOS
Los resultados parciales del prototipo demuestran una estructura sólida y de fácil aplicabilidad
por parte de los terapeutas en sus terapias y talleres. Su configuración es cómoda al agarre y los
pulsadores amplios permiten una buena pulsación al momento de jugar. Los led amplios y
coloridos permiten una buena visualización.
Su configuración es de fácil manejo y el contador de aciertos lo hace útil para controlar el
avance de los jugadores. La figura 6 muestra el juego de “Simón Dice” en su circuito y
encapsulado.
Figura 6. Prototipo de Juego de “Simón Dice”.
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9. CONCLUSIONES
El prototipo ha sido probado y valorado por integrantes del semillero de Hardware Libre y
lo consideramos adecuado y útil para el desarrollo mental, las terapeutas del PAD ya lo
conocen y próximamente validaran el prototipo más rigurosamente en sus terapias
aplicándolas a niños y jóvenes con discapacidad cognitiva y registraremos las
conclusiones como ponencia de Investigación Terminada.
Se está evaluando la posibilidad de ubicar un suiche para manejar tres niveles de
dificultan donde cambie la velocidad del juego y requiera una mayor atención y agilidad
mental por parte del jugador.
La metodología de diseño aplicada es útil para diseños relativamente pequeños donde el
número de bloques funcionales y/o circuitos no sea exagerada. Igualmente permite
analizar los circuitos y reutilizarlos los bloque funcionales de Hardware o Software para
proyectos futuros.
10. BIBLIOGRAFÍA
Arduino. (01 de Abril de 2015). Arduino. Obtenido de http://www.arduino.cc/
Beltrán, J. C. (2010). Discapacidad en Colombia: Reto para la Inclusión en Capital Humano.
Bogotá: Colombia Líder - Fundación Saldarriaga Concha.
blender. (01 de Abril de 2015). blender. Obtenido de http://www.blender.org/
Comfamiliar Risaralda - Semillero Hardware Libre. (2014). Programa de Atención a la
Discapacidad (P.A.D.). Pereira.
Egea García, C., & Sarabia Sánchez, A. (2001). Clasificaciones de la OMS sobre discapacidad.
Boletín del Real Patronato sobre Discapacidad, 15-30.
Flavell, L. (2010). Beginning Blender. United States of America: Apress.
fritzing. (01 de Abril de 2015). fritzing. Obtenido de http://fritzing.org/home/
Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática - INEGI. (2007). Clasificación de Tipo
de Discapacidad. Mexico: INEGI.
Margolis, M. (2011). Arduino Cookbook. United States of America: O'Reilly.
Sarlé M, S. N. (17 de Mayo de 2009). El desarrollo de la atención, la percepción y la memoria.
Obtenido de Familianova Schola: http://www.familianova-schola.com/
Schweers, R. J. (2002). Descripción en VHDL de arquitecturas para implementar el algoritmo
CORDIC. En R. J. Schweers, Cápitulo 2 - Metodologías de diseño de hardware (pág. 14
a 19). La Plata: Universidad Nacional de La Plata.
Shiloh, M. B.-f. (Diciembre 2014). Make: Getting Started with Arduino 3rd Edition. United
States of America: Maker Media.
PROYECTO EN CURSO O TERMINADO.
Universidad
Programa Académico
Nombre del Semillero
Nombre del Grupo de
Investigación (si aplica)
Línea de Investigación (si
aplica)
Nombre del Tutor del
Semillero
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Técnico Laboral por Competencias en Sistemas
Hardware Libre
I+D+T
Andrés Orozco Escobar
aorozco@comfamiliar.edu.co
Diseño e implementación de un prototipo juego de
“Simón Dice” basado en arduino para el desarrollo
mental de personas con discapacidad cognitiva.
Semillero Hardware Libre.
Edmar Luan Zapata Rivera
1088327418
edmar-zapata@hotmail.com
Tatiana Arellano Ospina
1088324141
tatii95@hotmail.com
313 56 39 – 311 372 46 10
3 Semestre (último).
PONENCIA
 Investigación en Curso X
 Investigación Terminada
PÓSTER
 Propuesta de Investigación
 Ciencias Naturales
 Ingenierías y Tecnologías X
 Ciencias Médicas y de la Salud.
 Ciencias Agrícolas
 Ciencias Sociales
 Humanidades
 Artes, arquitectura y diseño