Le litofane stampate in 3D possono aiutare gli scienziati con problemi di vista a "vedere" i dati, ad esempio dai gel di separazione delle proteine, con la punta delle dita. Credito:Elizabeth Shaw
Un gruppo di ricerca guidato dai chimici della Baylor University ha compiuto un passo avanti rivoluzionario nell'eliminare l'esclusione delle persone con cecità dall'istruzione e dalle esperienze di chimica. In un articolo pubblicato oggi su Science Advances , i ricercatori descrivono in dettaglio come hanno utilizzato la litofania, una forma d'arte vecchio stile, e la stampa 3D per trasformare i dati scientifici in grafici tattili che brillano con una risoluzione simile a un video, consentendo la visualizzazione universale dello stesso pezzo di dati sia da parte di persone cieche che vedenti.
Sebbene la litofania sia un mezzo artistico antico, non è mai stata utilizzata, fino ad ora, per rappresentare dati scientifici e immagini in modo quantitativo e controllato per la visualizzazione tattile e l'integrazione tattile.
Lo studio Baylor, intitolato "Dati per tutti:grafica tattile che si illumina con una risoluzione perfetta per le immagini", ha confrontato il modo in cui le persone non vedenti e vedenti interpretavano i dati della litofania al tatto o alla vista. Le coorti di partecipanti hanno testato le cinque forme di litofane - elettroferogrammi su gel, micrografie, spettri elettronici e di massa e illustrazioni di libri di testo - interpretando tutti e cinque i litofani mediante il rilevamento tattile o la vista con una precisione complessiva del 79%, secondo lo studio.
I ricercatori si sono concentrati sulla creazione e il test di litofane di dati trovati nelle scienze chimiche a causa dell'esclusione esplicita e sistematica degli studenti con cecità dalla chimica, che i ricercatori hanno notato "può essere vista come una virtù da educatori, genitori, coetanei o se stessi, su le basi della sicurezza del laboratorio e la natura "visiva" della chimica."
"Questa ricerca è un esempio di arte che rende la scienza più accessibile e inclusiva. L'arte sta salvando la scienza da se stessa", ha affermato Bryan Shaw, Ph.D., professore di chimica e biochimica, che guida lo Shaw Research Group a Baylor ed è autore corrispondente sull'articolo di giornale. "I dati e le immagini della scienza, ad esempio le straordinarie immagini che escono dal nuovo telescopio Webb, sono inaccessibili alle persone non vedenti. Mostriamo, tuttavia, che una sottile grafica tattile traslucida, chiamata litofane, può creare tutte queste immagini accessibile a tutti indipendentemente dalla vista. Come ci piace dire, 'dati per tutti'".
Nuovo uso per la vecchia forma d'arte
Probabilmente create in Cina già nel VI secolo e rese popolari in Europa nel 1800, le litofane sono sottili incisioni realizzate con materiali traslucidi (prima porcellana e cera, ora plastica) e inizialmente appaiono opache alla luce ambientale. Tuttavia, quando è retroilluminato da qualsiasi fonte di luce, da una plafoniera alla luce solare, una litofania brilla come un'immagine digitale, con la dispersione della luce attraverso il materiale traslucido che fa apparire le regioni più sottili più luminose e le regioni più spesse più scure. Utilizzando un software online gratuito per convertire un'immagine bidimensionale in una topografia 3D, gli scienziati in questo studio hanno utilizzato la stampa 3D per le litofane.
"L'idea delle litofane era un concetto con cui il dottor Shaw aveva giocato e ho pensato che fosse una straordinaria opportunità per aiutare un gruppo di individui che sono stati stigmatizzati nel campo della chimica", ha detto il co-autore principale Jordan Koone, un dottorando in chimica alla Baylor e membro del laboratorio di Shaw. "È stato fantastico vedere persone cieche, a cui è stato detto per tutta la vita che non potevano eccellere nei campi della scienza, interpretare i dati con la stessa facilità di una persona vedente."
Le coorti partecipanti includevano studenti vedenti con o senza bende e cinque persone con cecità che hanno sperimentato cecità totale o ipovisione fin dall'infanzia o dall'adolescenza. Quattro di questi individui con cecità hanno conseguito il dottorato di ricerca. lauree in chimica prima del test e la quinta persona è uno studente universitario della Baylor che ha subito una completa perdita della vista durante l'ultimo anno delle superiori. Queste persone non vedenti sono coautori di questo studio ma non hanno partecipato alla progettazione dei set di dati specifici.
"Prima di lavorare al progetto litofane, credevo che la ricerca fosse limitata agli esperimenti condotti in un ambiente di laboratorio", ha detto il co-autore principale Chad Dashnaw, un dottorando in chimica alla Baylor anche nel laboratorio di Shaw. "Ma la ricerca sta solo cercando di rispondere a domande senza risposta e il nostro lavoro qui sta rispondendo a una molto importante:le persone non vedenti possono far parte di STEM? Le litofane forniscono un formato di dati che può essere universalmente condiviso tra persone vedenti e non vedenti rendendo le STEM più accessibili a coloro che in precedenza sono stati trascurati."
Lo studio ha rilevato che l'accuratezza media del test per tutti e cinque i litofani era:
I partecipanti vedenti sono stati in grado di interpretare accuratamente le immagini digitali sullo schermo di un computer all'88,4% della vista. Per l'80% delle domande, l'accuratezza tattile dei chimici ciechi era uguale o superiore all'interpretazione visiva delle litofane, suggerendo che le litofane potevano funzionare come un formato di dati condivisibile. In effetti, Shaw ha affermato che alcuni dei chimici ciechi nello studio hanno una tale sensibilità tattile che potrebbero sentire le caratteristiche tattili dei dati che le persone vedenti potrebbero a malapena vedere se stesse.
Vedere i set di dati per la prima volta
Il coautore dello studio Hoby B. Wedler, Ph.D., imprenditore, chimico e CEO del Wedland Group di Petaluma, in California, ha interpretato per la prima volta i dati sulla litofania durante una chiamata Zoom con Shaw. Per i suoi coautori di studio e colleghi chimici, questo è stato un momento molto significativo in quanto Wedler, che è nato cieco ma ha conseguito un dottorato di ricerca. in chimica teorica, ha visto i dati per la prima volta toccando grafici tattili ad alta risoluzione.
"Puoi guardare questo, e sembra esattamente quello che provo", ha detto Wedler. "Non ho mai sentito una specifica di massa. Non avrei mai pensato che sarei stato in grado di parlare attraverso un set di dati analitici come questo. Il cielo è il limite qui."
"Erano così entusiasti di vedere finalmente i dati e le immagini di cui avevano sentito parlare per così tanto tempo. E hanno visto questi dati. Perché vedi con la tua mente, non con i tuoi occhi", ha detto Shaw.
Uno dei coautori più importanti dello studio è stato lo studente universitario e ricercatore di Baylor, Noah Cook. Cook ha terminato il suo primo semestre al Baylor la scorsa primavera, nonostante abbia perso tutta la sua vista durante l'ultimo anno delle superiori.
"I cinque coautori ciechi di questo progetto sono alcune delle persone più interessanti e laboriose con cui abbia mai avuto il piacere di lavorare", ha detto Dashnaw. "Per anni hanno sentito parlare di cose come SDS-PAGE o spettri di massa. ma non avevano mai avuto l'opportunità di osservarne uno da soli, per non parlare di interpretarlo. Le litofane hanno dato loro questa opportunità. Sono stati in grado di spiegare in dettaglio esattamente cosa si sentivano e corrispondeva perfettamente a ciò che stavamo vedendo."
Aprire la chimica alle classi K-12
Questo ultimo studio che coinvolge il gruppo di Shaw estende la ricerca Baylor per rimuovere le barriere allo studio e alla disciplina della chimica per gli studenti K-12 con cecità o ipovisione.
Shaw ha recentemente ricevuto una sovvenzione di 1,3 milioni di dollari dal National Institutes of Health (NIH) per un progetto di intervento precoce unico nel suo genere che apre il lavoro di laboratorio e fornisce materiali e attrezzature per l'educazione alla chimica tattile. Combinando approcci high-tech e low-tech, il progetto fonde robotica e tecnologia con materiali didattici e "hack di laboratorio" che consentono agli studenti con cecità e ipovisione di prendere parte agli stessi ruoli e routine delle loro controparti vedenti, compreso l'uso di litofane.
"La cosa bella della grafica tattile che si illumina con una risoluzione perfetta per le immagini è che tutto ciò che posso vedere con i miei occhi, un'altra persona non vedente può sentire con le dita. Quindi rende accessibili tutte le immagini e i dati ad alta risoluzione e condivisibile, indipendentemente dalla vista. Possiamo sederci con chiunque, non vedente o vedente, e parlare dello stesso identico dato o immagine", ha affermato Shaw.
Shaw e i suoi collaboratori stanno concentrando il loro progetto inizialmente sugli studenti delle scuole superiori sviluppando un programma pilota per 150 studenti TSBVI per partecipare all'istruzione e al curriculum e formarsi sui materiali sia nel campus scolastico che all'interno del laboratorio di Shaw a Baylor. Il lancio del progetto pilota è previsto in autunno, con il programma completo che dovrebbe iniziare nella primavera del 2023 fino al 2027. In futuro, il team spera di ampliare il programma per includere risorse per i bambini che hanno appena iniziato lo studio delle scienze.
Al di là della chimica
Il formato dei dati in litofania o LDF, e i dati per tutti i movimenti, vanno oltre la chimica o la scienza e possono essere utilizzati per qualsiasi argomento, dall'arte, alla storia, alla filosofia e ovunque vengano utilizzate immagini o grafica, ha affermato Shaw. Con quest'ultima ricerca, il percorso verso dati condivisibili e accessibili è disponibile per chiunque abbia i sensi tattili.
Per i dottorandi Koone e Dashnaw, la ricerca mette in evidenza uno dei valori fondamentali di Baylor:facilitare la scoperta di nuove conoscenze e ricerche per il miglioramento dell'umanità.
"La maggior parte delle ricerche che faccio quotidianamente non avranno un impatto significativo sulla comunità scientifica. Tuttavia, il progetto litofane consente un vero cambiamento in tempo reale", ha affermato Dashnaw. "Stiamo rendendo le STEM più accessibili alle persone con problemi di vista e richiamando l'attenzione sulla loro esclusione sistemica". + Esplora ulteriormente
