Une équipe de recherche dirigée par des chimistes de l'Université Baylor a fait un pas en avant révolutionnaire en éliminant l'exclusion des personnes aveugles de l'éducation et des expériences en chimie. Dans un article publié aujourd'hui dans Science Advances , les chercheurs détaillent comment ils ont utilisé le lithophane - une forme d'art à l'ancienne - et l'impression 3D pour transformer des données scientifiques en graphiques tactiles qui brillent avec une résolution de type vidéo, permettant la visualisation universelle de la même donnée par les personnes aveugles et voyantes.

Bien que le lithophane soit un médium artistique ancien, il n'a jamais été utilisé - jusqu'à présent - pour représenter des données et des images scientifiques de manière quantitative et contrôlée pour la visualisation tactile et l'intégration tactile.

L'étude Baylor, intitulée "Des données pour tous :des graphiques tactiles qui s'allument avec une résolution parfaite", a comparé la façon dont les personnes aveugles et voyantes interprétaient les données du lithophane par le toucher ou la vue. Les cohortes de participants ont testé les cinq formes de lithophane (électrophérogrammes sur gel, micrographies, spectres électroniques et de masse et illustrations de manuels) en interprétant les cinq lithophanes par détection tactile ou visuelle avec une précision globale de 79 %, selon l'étude.

Les chercheurs se sont concentrés sur la création et le test de lithophanes de données trouvées dans les sciences chimiques en raison de l'exclusion explicite et systématique des étudiants aveugles de la chimie, ce qui, selon les chercheurs, "peut être considéré comme une vertu par les éducateurs, les parents, les pairs ou soi-même, sur la base de la sécurité du laboratoire et de la nature "visuelle" de la chimie."

"Cette recherche est un exemple de l'art qui rend la science plus accessible et inclusive. L'art sauve la science d'elle-même", a déclaré Bryan Shaw, Ph.D., professeur de chimie et de biochimie, qui dirige le groupe de recherche Shaw à Baylor et est l'auteur correspondant. sur l'article de revue. "Les données et l'imagerie de la science - par exemple, les images étonnantes provenant du nouveau télescope Webb - sont inaccessibles aux personnes aveugles. Nous montrons, cependant, que de minces graphiques tactiles translucides, appelés lithophanes, peuvent rendre toutes ces images accessible à tous, quelle que soit la vue. Comme nous aimons le dire, "des données pour tous"."

Nouvelle utilisation pour une ancienne forme d'art

Probablement créées en Chine dès le VIe siècle et popularisées en Europe dans les années 1800, les lithophanes sont de fines gravures faites de matériaux translucides (d'abord porcelaine et cire, maintenant plastique) et apparaissent initialement opaques à la lumière ambiante. Cependant, lorsqu'il est rétro-éclairé par n'importe quelle source de lumière - du plafonnier à la lumière du soleil - un lithophane brille comme une image numérique, la diffusion de la lumière à travers le matériau translucide faisant apparaître les régions plus minces plus lumineuses et les régions plus épaisses plus sombres. À l'aide d'un logiciel en ligne gratuit pour convertir une image bidimensionnelle en un topographe 3D, les scientifiques de cette étude ont utilisé l'impression 3D pour les lithophanes.

"L'idée des lithophanes était un concept avec lequel le Dr Shaw avait joué, et j'ai pensé que c'était une opportunité incroyable d'aider un groupe d'individus qui ont été stigmatisés dans le domaine de la chimie", a déclaré le co-auteur principal Jordan Koone, doctorant en chimie à Baylor et membre du laboratoire de Shaw. "C'était génial de voir des personnes aveugles, à qui on a dit toute leur vie qu'elles ne pouvaient pas exceller dans les domaines scientifiques, interpréter les données aussi facilement qu'une personne voyante."

Les cohortes de participants comprenaient des étudiants voyants avec ou sans bandeaux et cinq personnes aveugles qui ont connu une cécité totale ou une basse vision depuis l'enfance ou l'adolescence. Quatre de ces personnes atteintes de cécité ont obtenu un doctorat. diplômes en chimie avant les tests, et la cinquième personne est un étudiant de premier cycle à Baylor qui a subi une perte de vision complète en tant que senior au lycée. Ces personnes aveugles sont co-auteurs de cette étude mais n'ont pas participé à la conception des ensembles de données spécifiques.

"Avant de travailler sur le projet de lithophane, je pensais que la recherche se limitait aux expériences réalisées en laboratoire", a déclaré le co-auteur principal Chad Dashnaw, candidat au doctorat en chimie à Baylor, également dans le laboratoire de Shaw. "Mais la recherche essaie simplement de répondre à des questions sans réponse, et notre travail ici répond à une question très importante :les personnes aveugles peuvent-elles faire partie des STEM ? Les lithophanes fournissent un format de données qui peut être universellement partagé entre les personnes voyantes et aveugles, rendant les STEM plus accessibles. à ceux qui ont été précédemment négligés."

L'étude a révélé que la précision moyenne des tests pour les cinq lithophanes était :

• 96,7 % pour l'interprétation tactile à l'aveugle,
• 92,2 % pour l'interprétation visuelle des lithophanes rétro-éclairés, et
• 79,8 % pour l'interprétation tactile avec les yeux bandés.

Les participants voyants ont pu interpréter avec précision les images numériques sur un écran d'ordinateur à 88,4 % par la vue. Pour 80 % des questions, la précision tactile des chimistes aveugles était égale ou supérieure à l'interprétation visuelle des lithophanes, ce qui suggère que les lithophanes pourraient fonctionner comme un format de données partageable. En fait, Shaw a déclaré que certains des chimistes aveugles de l'étude avaient une telle sensibilité tactile qu'ils pouvaient ressentir les caractéristiques tactiles des données que les personnes voyantes pouvaient à peine se voir.

« Voir » les ensembles de données pour la première fois

Le co-auteur de l'étude, Hoby B. Wedler, Ph.D., entrepreneur, chimiste et PDG du groupe Wedland à Petaluma, en Californie, a interprété pour la première fois les données du lithophane lors d'un appel Zoom avec Shaw. Pour les co-auteurs de son étude et ses collègues chimistes, ce fut un moment des plus significatifs en tant que Wedler, qui est né aveugle mais a obtenu un doctorat. en chimie théorique, j'ai vu des données pour la première fois en touchant des graphiques tactiles haute résolution.

"Vous pouvez regarder ça, et ça ressemble exactement à ce que je ressens", a déclaré Wedler. "Je n'ai jamais ressenti de spectrométrie de masse. Je n'aurais jamais pensé pouvoir parler d'un ensemble de données analytiques comme celui-ci. Le ciel est la limite ici."

"Ils étaient tellement excités de voir enfin les données et les images dont ils entendaient parler depuis si longtemps. Et ils ont vu ces données. Parce que vous voyez avec votre esprit, pas avec vos yeux", a déclaré Shaw.

L'un des co-auteurs les plus notables de l'étude était l'étudiant de premier cycle et chercheur de Baylor, Noah Cook. Cook a terminé son premier semestre à Baylor au printemps dernier, bien qu'il ait perdu toute sa vision au cours de sa dernière année au lycée.

"Les cinq co-auteurs aveugles de ce projet sont parmi les personnes les plus intéressantes et les plus travailleuses avec lesquelles j'ai eu le plaisir de travailler", a déclaré Dashnaw. "Pendant des années, ils ont entendu parler de choses comme SDS-PAGE ou spectres de masse. mais ils n'avaient jamais eu l'occasion d'en observer un par eux-mêmes, encore moins de l'interpréter. Les lithophanes leur ont donné cette opportunité. Ils ont pu expliquer en détail exactement ce que qu'ils ressentaient, et cela correspondait parfaitement à ce que nous voyions."

Ouverture de la chimie aux grades K-12

Cette dernière étude impliquant le groupe de Shaw étend la recherche de Baylor pour éliminer les obstacles à l'étude et à la discipline de la chimie pour les élèves de la maternelle à la 12e année atteints de cécité ou de basse vision.

Shaw a récemment reçu une subvention de 1,3 million de dollars des National Institutes of Health (NIH) pour un projet d'intervention précoce unique en son genre qui ouvre des travaux de laboratoire et fournit du matériel et de l'équipement d'enseignement de la chimie tactile. Combinant des approches high-tech et low-tech, le projet associe la robotique et la technologie à du matériel pédagogique et à des "hacks de laboratoire" qui permettent aux étudiants aveugles et malvoyants de participer aux mêmes rôles et routines que leurs homologues voyants, y compris l'utilisation de lithophanes.

"Ce qui est intéressant avec les graphiques tactiles qui s'illuminent avec une résolution parfaite, c'est que tout ce que je peux voir avec mes yeux, une autre personne aveugle peut le sentir avec ses doigts. Ainsi, toutes les images et données haute résolution sont accessibles. et partageable, quelle que soit la vue. Nous pouvons nous asseoir avec n'importe qui, aveugle ou voyant, et parler exactement de la même donnée ou de la même image", a déclaré Shaw.

Shaw et ses collaborateurs concentrent d'abord leur projet sur les élèves du secondaire en développant un programme pilote permettant à 150 élèves du TSBVI de participer à l'éducation et au programme et de se former sur les matériaux à la fois sur le campus de l'école et dans le laboratoire de Shaw à Baylor. Le projet pilote devrait être lancé cet automne, et le programme complet devrait commencer au printemps 2023 jusqu'en 2027. À l'avenir, l'équipe espère étendre le programme pour inclure des ressources pour les enfants qui commencent tout juste à étudier les sciences.

Au-delà de la chimie

Le format de données lithophane ou LDF, et les données de tous les mouvements, vont au-delà de la chimie ou de la science et peuvent être utilisés pour n'importe quel sujet, de l'art, de l'histoire, de la philosophie et partout où des images ou des graphiques sont utilisés, a déclaré Shaw. Grâce à ces dernières recherches, la voie vers des données partageables et accessibles est accessible à toute personne ayant des sens tactiles.

Pour les doctorants Koone et Dashnaw, la recherche met en lumière l'une des valeurs fondamentales de Baylor :faciliter la découverte de nouvelles connaissances et la recherche pour le bien de l'humanité.

"La plupart des recherches que je fais au quotidien n'auront pas d'impact significatif sur la communauté scientifique. Cependant, le projet lithophane permet un réel changement en temps réel", a déclaré Dashnaw. "Nous rendons les STEM plus accessibles aux personnes ayant une déficience visuelle et attirons l'attention sur leur exclusion systémique." + Explorer plus loin

L'étude utilise des modèles ressemblant à des bonbons pour rendre les STEM accessibles aux étudiants malvoyants