Revista Conectividad
Julio diciembre 2023 ISSN:2806-5875
pp. 1-18 Correo: revista@ister.edu.ec
Volumen 4, Número 2
Revista Semestral del Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui 1
Juguetes basados en IoT para apoyar el aprendizaje de personas con
discapacidad intelectual
IoT-based toy to support the learning of people with intellectual disabilities
Janer Steven Torrales
1
, Jean Carlos Almeida
2
, Orlando Erazo
3
1
Universidad Técnica Estatal de Quevedo, janer.torrales2016@uteq.edu.ec
2
Universidad Técnica Estatal de Quevedo, jean.almeida2015@uteq.edu.ec
3
Universidad Técnica Estatal de Quevedo, oerazo@uteq.edu.ec
Autor para correspondencia: oerazo@uteq.edu.ec
Fecha de recepción: abril 2023 Fecha de aceptación: junio 2023
RESUMEN
La población con discapacidad continúa aumentando y con ello la necesidad de disponer de
herramientas que sean de utilidad para apoyar los procesos de aprendizaje que deriven en su
apropiado desenvolvimiento en el día aa. Las TIC pueden hacer un aporte significativo, pero es
menester contar con s y nuevas propuestas. Por ello, en este trabajo se propone la posibilidad
de utilizar dispositivos basados en el Internet de las Cosas (IoT) como herramienta de apoyo al
aprendizaje de acciones cotidianas de personas con discapacidad intelectual (PDI). Esta idea es
llevada a cabo con un enfoque lúdico; es decir, los dispositivos en realidad son considerados
juguetes que apuntan a combinar el entretenimiento con el aprendizaje. Para analizar la propuesta
se diseñaron tres juguetes pensando en aprender a identificar el dinero, utilizar el semáforo y
competir con otra persona. Además, se construyó una aplicación web que permita al profesional a
cargo de las PDI disponer de un registro y reportes para efectuar los ajustes pertinentes. Todos los
componentes del sistema fueron sometidos a una evaluación de accesibilidad y usabilidad
respectivamente. Se obtuvieron resultados favorables que sugieren que los juguetes, como
dispositivos IoT, son una opción viable para apoyar a las PDI.
Palabras clave: Internet de las Cosas; juguetes digitales; juguetes educativos; discapacidad
intelectual
ABSTRACT
The population with disabilities continues to increase and with it the need to have tools that are
useful to support the learning processes that lead to their proper development on a day-to-day basis.
ICT can make a significant contribution, but it is necessary to have more and new proposals. For
this reason, this work proposes the possibility of using devices based on the Internet of Things
(IoT) as a tool to support the learning of daily actions of people with intellectual disabilities (PID).
This idea is carried out with a playful approach; that is, the devices are actually considered toys
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that aim to combine entertainment with learning. To analyze the proposal, three toys were designed
with the idea of learning to identify money, use traffic lights, and compete with another person. In
addition, a web application was built that allows the professional in charge of PID to have a record
and reports to make the pertinent adjustments. All system components were subjected to an
accessibility and usability evaluation, respectively. Favorable results were obtained suggesting that
toys, as IoT devices, are a viable option to support PID.
Key words: Internet of Things; digital toys; educational toys; intellectual disability
INTRODUCCIÓN
En el transcurso de la vida de las personas aparecen ocasionalmente riesgos para la salud,
representados por enfermedades, accidentes y otros fenómenos o situaciones que pueden cambiar
por completo la condición humana. En algunos casos, el sistema de desarrollo de bitos del sujeto
se ve afectado, haciendo que su condición sea irreversible y su vida ya no sea la misma de antes
(Galvis Restrepo & Lopera Murcia, 2019), teniendo incluso que enfrentar obstáculos tanto sociales
como económicos. Dentro de este segmento de la población se encuentran las personas con
discapacidad, que a lo largo de los años han sido relegadas. Las personas con discapacidad han
tenido que enfrentarse a restricciones y debilidades en el acceso a la educación, empleo, protección
social, salud, medios de comunicación, transporte, información, vida política y otros derechos
básicos como formar una familia, ejercer el derecho al voto o disfrutar de una vida social (Moris,
Sanhueza, & San Martín Peñailillo, 2017). Además, si se considera un caso particular, como el de
las personas con discapacidad intelectual, resulta que podrían no tener la capacidad para aprender
a niveles esperados y acoplarse normalmente en la vida cotidiana. Incluso, en el caso de niños, esta
discapacidad podría hacer que el aprendizaje y desarrollo ocurra de una manera más lenta que la
de otros niños de la misma edad, junto con necesitar de terapias para aprender a hablar, caminar,
vestirse o comer sin ayuda, entre otras. En definitiva, esta condición conduce a limitaciones en el
desarrollo cognitivo y funciones conductuales adaptativas (comportamientos responsables) que
incluyen: comunicación, cuidado personal, habilidades sociales, salud y seguridad, funciones
académicas y otras (Hardiyanti & Azizah, 2019).
Aunque se ha ido incrementando la cantidad de personas con discapacidad, también se ha dado un
avance en cuanto a inclusión, junto con la revolución de las Tecnologías de la Información y
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Comunicación (TIC) que hoy en día pueden ser aprovechadas para apoyar a esta población. Ya sea
una herramienta para el entrenamiento, de apoyo para la salud, para la educación, u otro ámbito,
las TIC tienen diferentes bondades que ofrecer a la comunidad con discapacidad (Víquez-Alfaro,
López-Garbanzo, Cordero-Salas, & Alpízar-Alfaro, 2019). En particular, los videojuegos se han
vuelto omnipresentes en la sociedad y, según las últimas encuestas, estos son una de las primeras
actividades de ocio para niños y jóvenes, con y sin discapacidad (Risco et al., 2018). Aplicaciones
de este tipo constituyen una ayuda para las personas con discapacidad, ya sea que las utilicen de
manera autónoma o con la guía de un docente, terapeuta, familiar, etc. Además, entre esas
aplicaciones desarrolladas se encuentran aquellas disponibles para ambientes de escritorio, web y
dispositivos móviles (como por ejemplo (Lopez-Basterretxea, Mendez-Zorrilla, & Garcia-
Zapirain, 2014), (Sochocka, Mirocha, & Starypan, 2020), y (Reyes, Luis Martínez, 2017)). En otras
palabras, se están considerando diferentes estilos de interacción como una forma de apoyar a las
personas con discapacidad.
Como es de esperar, los videojuegos que sirven para el entretenimiento no son la única opción
lúdica a la que se puede recurrir en la actualidad para apoyar el aprendizaje en general. Por un lado,
están los Serious Games (juegos serios) que pueden emplearse como apoyo en el aprendizaje ya
que son actividades adecuadas para estimular, para desarrollar habilidades y para fomentar la
integración social (Susi, Johannesson, & Backlund, 2007). Recientemente, el uso de juegos serios
ha aumentado y con ello las posibilidades para aportar a las personas con discapacidad intelectual
sean niños o adultos (Derks, Willemen, & Sterkenburg, 2022). Por otro lado, algunos autores han
ido un poco más allá, llegando incluso a proponer juguetes como una forma de apoyar el
aprendizaje o terapias (Tseng et al., 2021), (Wang, Adachi, Takashima, & Kitamura, 2021).
Propuestas como las citadas pueden ser un aporte para hacer el aprendizaje más ameno o
entretenido, pero es necesario buscar juguetes más acordes a actividades cotidianas que necesitan
aprender las personas con discapacidad junto con aprovechar otras opciones ofrecidas por las TIC.
Otra de las áreas que ha evolucionado significativamente, y que además podría aprovecharse en la
construcción de juguetes para personas con discapacidad, es el Internet de las cosas (IoT, Internet
of Things). Se trata de una red de cosas integradas con electrónica, sensores, conectividad y
software (Das, Tuna, Demirel, & Yurdakul, 2017). IoT permite la creación de un entorno propicio
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al brindar asistencia a las personas con discapacidad en el transporte, la información y la
construcción de comunicaciones. IoT se puede aplicar en una variedad de escenarios para facilitar
que las personas con discapacidad realicen sus actividades diarias, lo que ayuda a que aumenten su
autonomía y confianza en mismos, y la independencia en las actividades (Harari, Fava, az,
Altoaguirre, & Torales, 2018). Sin embargo, si se piensa en la posibilidad de utilizar juguetes
basados en Iot, la literatura es escasa siendo necesario analizarla con más detenimiento.
Precisamente, este trabajo busca aportar en el ámbito de la discapacidad, aprovechando opciones
que ofrecen las TIC como el IoT. En general, la propuesta apunta al uso de dispositivos lúdicos
para apoyar el aprendizaje de personas con discapacidad intelectual. Dicho de otra forma, se
propone emplear juguetes basados en IoT que terapeutas, docentes u otros profesionales afines
puedan usar al realizar su labor con personas con esta discapacidad. Para el efecto, los juguetes
contendrán los componentes electrónicos necesarios (como sensores, luces led, pantalla LCD,
altavoz, etc.), y aprovechando el Internet, recopilarán datos que permitan generar informes
visualizados en una aplicación web. Estos informes a su vez mostrarán el progreso de las personas
con discapacidad, ayudando al profesional a cargo a tomar las decisiones necesarias para efectuar
los ajustes o refuerzos pertinentes.
MATERIALES Y MÉTODOS
Para el desarrollo de este trabajó se eligió la metodología Test-Driven Development Methodology
for IoT-based Systems (TDDM4IoTS) (Guerrero-Ulloa, Hornos, & Rodríguez-Domínguez, 2020),
orientada específicamente al desarrollo de sistemas basados en IoT (Guerrero-Ulloa et al., 2023).
Esta metodología es adecuada para este trabajo porque el orden y la frecuencia de aplicación, así
como la asignación de recursos para cada fase, dependen tanto de la naturaleza del proyecto como
de los conocimientos, habilidades, experiencia y número de miembros del proyecto. Aunque la
metodología original consta de once fases, el orden de aplicación puede ser establecido por el
equipo que desarrollará el sistema. En este caso, se consideraron seis etapas, como se muestra en
la Fig. 1, y se realizó una modificación a la última. De esta manera, se caminó hacia la obtención
de los correspondientes entregables basados en los resultados requeridos del proyecto.
Fig. 1. Fases de la metodología TDDM4IoTS
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Fuente: Guerrero-Ulloa et al., 2020
Fase 1: Análisis preliminar
Con la finalidad de afinar la propuesta, se realizó un análisis preliminar con la colaboración de un
especialista en terapia de salud. Para el efecto, se mantuvo una reunión a manera de entrevista con
un terapeuta del área física y cognitiva que trabajaba con personas con discapacidad al momento
del estudio. La reunión se realizó mediante una aplicación para videollamadas. Se desarrolló
partiendo de un análisis preliminar en el que el terapeuta indicó las dificultades que presentan este
tipo de personas en su vida cotidiana, como problemas de coordinación óculo-motora, lateralidad
e identificación de objetos de uso común, etc. Luego, se presentó la idea de utilizar juguetes como
dispositivos basados en IoT con características adecuadas para las personas con discapacidad. A
partir de estas reflexiones preliminares se pudo dar paso a una definición de requerimientos de
manera más precisa; es decir, a concretar las características de los juguetes/dispositivos.
Fase 2: análisis detallado de los requerimientos
A partir de las ideas preliminares, en esta fase se llevó a cabo una validación inicial de los juguetes
propuestos. Para ello, se efectuó una reunión mediante videollamada con el mismo terapeuta que
colaboró en la primera. Se preparó un bosquejo (estilo wireframe) de los juguetes propuestos que
fueron puestos en consideración del terapeuta. Uno de los investigadores presentó juguete por
juguete al terapeuta, brindando las explicaciones pertinentes. A su vez, el terapeuta fue dando su
aprobación para cada uno de ellos.
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Fase 3: Diseño de la capa tecnológica
Dado que los juguetes propuestos están basados en IoT, el desarrollo de esta fase contempla dos
partes. La primera parte corresponde a la construcción de los juguetes propiamente dicha. Para el
efecto, se utilizó Arduino como placa principal en cada uno los juguetes. En cada placa se conectó
los componentes necesarios para cada juguete, entre los que se incluyen pantalla LCD 16x2 (con
interfaz I2C), DFPlayer mini para la lectura de microSD (usada para almacenar audios en formato
MP3 y proporcionar retroalimentación auditiva), bocina para reproducción de los sonidos, botones
de colores según el juguete, esp8266 wifi para envío de datos al servidor, luces led, entre otros. La
segunda parte desarrollada en esta fase es el servidor, puesto que los datos recolectados en los
juguetes deben ser transmitidos a algún lugar, almacenados y visualizados. El software de servidor
fue desarrollado en express.js 4.17.2, que es un marco de aplicación de backend para node.js (v.
16.10). Por medio de este, los datos son almacenados en un una base de datos gestionada mediante
PostgreSQL (v. 13.4). Estos datos son procesados y presentados en una aplicación web desarrollada
con HTML y JavaScript, con un motor de plantilla EJS y Bootstrap como framework frontend para
el diseño adaptativo de la aplicación web. De esta manera, el técnico de discapacidad, el docente o
el terapeuta a cargo de las personas con discapacidad y usuarios de los juguetes, puede visualizar
la utilización y el progreso mediante reportes.
Fase 4: Despliegue de hardware y software
Una vez construidos los juguetes y el software, se pasa a la etapa de despliegue. Para esto, se utilizó
un servidor virtualizado, con IP pública, proporcionado por la institución de los autores. En él se
instaló y configuró todo el software necesario, desplegando a la aplicación web para la
visualización de datos. En cuanto al hardware, los juguetes fueron instalados en el área dedicada a
trabajar con personas con discapacidad de un gobierno autónomo descentralizado parroquial rural
(GADPR) perteneciente a la ciudad de los autores. Estos fueron colocados en las mesas de trabajo
disponibles, con la respectiva fuente de alimentación eléctrica y conexión a internet.
Fase 5: Pruebas del sistema
De acuerdo con la metodología TDDM4IoTS (Guerrero-Ulloa et al., 2020), el sistema construido
debe ser evaluado por medio de una prueba de entrega para asegurar que cumple con los
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requerimientos y asegurar que es confiable. Para el efecto, una vez desplegado hardware y
software, se proceda realizar pruebas de integración para identificar algún eventual problema.
Además, se revila infraestructura de los distintos servicios como base de datos y redes, para por
medio de esto poder identificar posibles errores.
Fase 6: Mantenimiento
La última fase de la metodología seguida es el mantenimiento del sistema. Sin embargo, esta fase
aún no puede ser tomada en cuenta en esta parte. Además, los dispositivos construidos no requieren
un mantenimiento preventivo sino correctivo en caso de alguna falla. Por lo tanto, se optó por
realizar una evaluación adicional en la última parte del proyecto.
Evaluación
Se llevó a cabo una evaluación de accesibilidad y de usabilidad del sistema propuesto. La
evaluación de accesibilidad fue aplicada a la parte web del sistema. Se ejecutó mediante una
extensión del navegador llamada Siteimprove Accessibility Checker, que es una herramienta
gratuita para evaluar cualquier página web en busca de problemas de accesibilidad en cualquier
momento. Esta herramienta proporciona información intuitiva y visual sobre su contenido,
resaltando los problemas detectados directamente en la página, y ofrece una visión general
inmediata de sus problemas de accesibilidad junto con explicaciones claras sobre cómo afectan a
los usuarios y recomendaciones específicas sobre cómo solucionarlos.
La evaluación de usabilidad se desarrolló con la cooperación de usuarios representativos. Se logró
contar con la colaboración de cinco personas con discapacidad intelectual que acuden al GADPR
donde se instalaron los dispositivos (cf. Sección 3.4) en compañía de otra persona responsable.
Estas personas reciben atención en esta institución como parte de un proyecto enfocado a la
discapacidad. El terapeuta/técnico responsable de supervisar a estas personas también participó en
la evaluación, simulando un día de trabajo habitual. Para ello, el terapeuta seleccionaba un
dispositivo aleatoriamente y precedía a utilizarlo con la persona con discapacidad de turno. Luego
de haber utilizado todos los dispositivos con los cinco participantes, el terapeuta completó un
cuestionario de evaluación para cada uno de los dispositivos. Se adaptó el cuestionario SUS
(System Usability Scale) (Brooke, 1996). Se trata de un cuestionario ampliamente aceptado
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compuesto de diez ítems que permiten cuantificar de 0 a 100 la usabilidad del sistema analizado.
Todo esto se llevó a cabo en una oficina de la misma institución, en un área de quince metros
cuadrados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Juguetes propuestos
Los juguetes construidos fueron definidos con base en las entrevistas. Los requerimientos que
cumple cada uno también fueron obtenidos a partir de las entrevistas y complementados con la
experiencia previa de uno de los autores. En general, se incorporaron instrucciones visuales y con
un sistema de recompensa teniendo en cuenta que las personas con discapacidad reaccionan bien a
juegos o juguetes con estas características (Shalash, AlTamimi, Abdu, & Barom, 2018). Además,
se emplearon colores en los botones, luces led de colores y sonidos agradables. Todo esto implica
que los juguetes proporcionan retroalimentación constante, tanto en forma auditiva como visual,
procurando no descuidar la parte emocional traducida en mensajes de felicitaciones al realizar los
pasos correctamente.
Toda la información recopilada por los juguetes es transmitida al servidor para almacenarse en la
base de datos. Los datos recolectados son presentados a manera de informe para que el profesional
a cargo de las personas con discapacidad pueda disponer de información resumida y realizar ajustes
posteriores según estime pertinente. Esto significa que la aplicación web construida es la
responsable de la generación de tales informes. Esta aplicación permite además la gestión juguetes,
usuarios y actividades. Esta gestión está concebida para permitir la incorporación de otros juguetes
en el futuro; es decir, se pueden diseñar otros dispositivos e incorporarlos al sistema según sea
requerido.
En general, los juguetes cuentan con características enfocadas a ayudar a que las personas con
discapacidad puedan trabajar para mejorar su independencia. Se diseñaron tres juguetes como una
forma de poner en marcha la propuesta. A continuación, se detalla cada uno de ellos,
distinguiéndolos de acuerdo con el nombre que se les asignó.
Scrap Money: Ideado con la finalidad de apoyar en el proceso de aprender a identificar monedas
y billetes. Este dispositivo se desarrolló utilizando un conjunto de objetos físicos que permiten
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dar una funcionalidad y comunicación al dispositivo IoT, con el objetivo de ayudar al usuario
con discapacidad intelectual en el reconocimiento de billetes y monedas con su valor. Se
consideraron monedas de cincuenta centavos y un dólar, y billetes de uno, cinco, diez y veinte
dólares, que son las denominaciones más frecuentemente empleadas en Ecuador (cuya moneda
oficial es el dólar). El juguete cuenta con un botón para cada una de estas denominaciones con
la imagen correspondiente, de manera que el usuario debe presionar el que considere que es el
correcto para la instrucción recibida. Las respuestas de los usuarios son almacenadas en la base
de datos para su análisis posterior. Este juguete utiliza además una librería para reproducción
de audio y un panel para mostrar el valor.
Traffic Lights: Enfocado en la identificación del paso en el semáforo y la lateralidad mediante
luces led que simulan los colores de este y flechas que indican la orientación. Teniendo en
cuenta la importancia de aprender a cruzar la calle, este dispositivo tiene como objetivo ayudar
a identificar las señales en el caso de que un peatón tenga que cruzar una calle. Este dispositivo
simula la sincronía del semáforo y da conocer qué acción se toma dependiendo del color que
se ilumine. Además, el dispositivo también contiene una librería de reproducción de audio y da
a conocer qué se debe hacer cuando el semáforo ilumine un color.
AIS Questions: Apunta al desarrollo del análisis o estrategia didáctica a través de un juego de
preguntas y respuestas. Este juguete consta de una serie de preguntas que son ofrecidas al
usuario por medio de la reproducción de audio. Luego, el usuario debe responder seleccionando
el botón verde para “si” o el rojo para “no”. El juguete incluye además dos botones para que el
profesional a cargo de la persona con discapacidad pueda participar en el juego; es decir, la
persona con discapacidad juega contra el profesional a cargo. Nuevamente, las respuestas son
almacenadas y enviadas al servidor para que el técnico/terapeuta/docente obtenga información
suficiente para realizar nuevas actividades.
La Fig. 2 muestra en la parte superior izquierda los tres juguetes construidos. En ella se pueden
apreciar los detalles antes mencionados. Además, se puede ver los componentes del software
desarrollado y que se explican en la siguiente sección.
Fig. 2. Despliegue de hardware y software