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.
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