Ny undersøgelse kombinerer litofan og 3D-print for at gøre det muligt for enkeltpersoner at se data uanset synsniveau

Et forskerhold ledet af Baylor University kemikere har taget et banebrydende skridt fremad i at eliminere udelukkelsen af ​​personer med blindhed fra kemiuddannelse og -erfaringer. I en artikel offentliggjort i dag i Science Advances , beskriver forskerne, hvordan de brugte litofan – en gammeldags kunstform – og 3D-print til at omdanne videnskabelige data til taktil grafik, der lyser med videolignende opløsning, hvilket muliggør universel visualisering af det samme stykke data af både blinde og seende personer.

Selvom litofan er et gammelt kunstnerisk medium, er det aldrig blevet brugt – indtil nu – til at repræsentere videnskabelige data og billeder på en kvantitativ, kontrolleret måde til taktil visualisering og taktil integration.

Baylor-undersøgelsen, med titlen "Data for alle:Taktil grafik, der lyser op med billed-perfekt opløsning," sammenlignede, hvordan blinde og seende mennesker fortolkede litofandata ved berøring eller syn. Deltagerkohorterne testede de fem litofanformer – gelelektroferogrammer, mikrografier, elektroniske og massespektre og lærebogsillustrationer – og fortolkede alle fem litofaner ved taktil sansning eller syn med en samlet nøjagtighed på 79 % ifølge undersøgelsen.

Forskerne fokuserede på at skabe og teste litofaner af data fundet i de kemiske videnskaber på grund af den eksplicitte og systematiske udelukkelse af elever med blindhed fra kemi, som forskerne bemærkede "kan ses som en dyd af undervisere, forældre, jævnaldrende eller selv, på grundlaget for laboratoriesikkerhed og kemiens 'visuelle' natur."

"Denne forskning er et eksempel på, at kunst gør videnskaben mere tilgængelig og inkluderende. Kunst redder videnskaben fra sig selv," siger Bryan Shaw, Ph.D., professor i kemi og biokemi, som leder Shaw Research Group i Baylor og er tilsvarende forfatter. på tidsskriftsartiklen. "Videnskabens data og billeder - for eksempel de fantastiske billeder, der kommer ud fra det nye Webb-teleskop - er utilgængelige for folk, der er blinde. Vi viser dog, at tynd gennemskinnelig taktil grafik, kaldet litofaner, kan lave alle disse billeder tilgængelig for alle uanset syn. Som vi gerne vil sige, 'data for alle'."

Ny anvendelse af gammel kunstform

Formentlig skabt i Kina så tidligt som i det sjette århundrede og populært i Europa i 1800-tallet, litofaner er tynde indgraveringer lavet af gennemskinnelige materialer (først porcelæn og voks, nu plastik) og virker oprindeligt uigennemsigtige i omgivende lys. Men når det er baggrundsbelyst af en lyskilde - fra loftslys til sollys - lyser en litofan som et digitalt billede, hvor lysspredningen gennem det gennemskinnelige materiale får tyndere områder til at se lysere ud og tykkere områder til at se mørkere ud. Ved at bruge gratis onlinesoftware til at konvertere et todimensionelt billede til en 3D-topograf, brugte forskere i denne undersøgelse 3D-print til litofanerne.

"Idéen med litofaner var et koncept, Dr. Shaw havde leget med, og jeg troede, det var en fantastisk mulighed for at hjælpe en gruppe af individer, der er blevet stigmatiseret inden for kemi," sagde medforfatter Jordan Koone. en doktorgradskandidat i kemi ved Baylor og medlem af Shaws laboratorium. "Det har været fantastisk at se blinde mennesker, som hele deres liv har fået at vide, at de ikke kunne udmærke sig inden for videnskab, fortolke data lige så let som en seende."

Deltagerkohorterne omfattede seende elever med eller uden bind for øjnene og fem personer med blindhed, som har oplevet total blindhed eller nedsat syn siden barndommen eller ungdommen. Fire af disse personer med blindhed har opnået ph.d. grader i kemi før testning, og den femte person er en bachelorstuderende på Baylor, som oplevede fuldstændigt synstab som senior i gymnasiet. Disse blinde personer er medforfattere af denne undersøgelse, men deltog ikke i designet af de specifikke datasæt.

"Før jeg arbejdede på litofanprojektet, troede jeg, at forskning var begrænset til eksperimenter udført i laboratoriemiljøer," sagde medforfatter Chad Dashnaw, en doktorgradskandidat i kemi ved Baylor også i Shaws laboratorium. "Men forskning forsøger bare at besvare ubesvarede spørgsmål, og vores arbejde her besvarer et meget vigtigt spørgsmål:Kan blinde personer være en del af STEM? Lithophanes giver et dataformat, der kan deles universelt mellem seende og blinde individer, hvilket gør STEM mere tilgængeligt. til dem, der tidligere er blevet overset."

Undersøgelsen viste, at den gennemsnitlige testnøjagtighed for alle fem litofaner var:

• 96,7 % for blind taktil fortolkning,
• 92,2 % for seende fortolkning af baggrundsbelyste litofaner, og
• 79,8 % for taktil fortolkning med bind for øjnene.

Seende deltagere var i stand til nøjagtigt at fortolke digitale billeder på en computerskærm ved 88,4 % af synet. For 80 % af spørgsmålene var de blinde kemikeres taktile nøjagtighed lig med eller bedre end visuel fortolkning af litofaner, hvilket tyder på, at litofaner kunne fungere som et dataformat, der kan deles. Faktisk sagde Shaw, at nogle af de blinde kemikere i undersøgelsen har en så taktil følsomhed, at de kunne føle taktile træk ved dataene, som seende personer næsten ikke kunne se sig selv.

'Ser' datasæt for første gang

Studiets medforfatter Hoby B. Wedler, Ph.D., en iværksætter, kemiker og administrerende direktør for Wedland Group i Petaluma, Californien, fortolkede først litofandata under et Zoom-opkald med Shaw. For hans studiemedforfattere og andre kemikere var dette et meget meningsfuldt øjeblik, da Wedler, der blev født blind, men opnåede en ph.d. i teoretisk kemi, så data for første gang ved at røre ved højopløsnings taktil grafik.

"Du kan se på det her, og det ser præcis ud, som jeg føler," sagde Wedler. "Jeg har aldrig følt en massespecifikation. Jeg troede aldrig, jeg ville være i stand til at tale gennem et analytisk datasæt som dette. Himlen er grænsen her."

"De var så begejstrede for endelig at se de data og billeder, som de havde hørt om så længe. Og de så disse data. Fordi du ser med dit sind, ikke dine øjne," sagde Shaw.

En af de mest bemærkelsesværdige medforfattere til undersøgelsen var Baylor bachelorstuderende og forsker, Noah Cook. Cook afsluttede sit første semester på Baylor sidste forår, på trods af at han mistede hele sit syn i løbet af sit sidste år på gymnasiet.

"De fem blinde medforfattere på dette projekt er nogle af de mest interessante og hårdtarbejdende personer, jeg nogensinde har haft fornøjelsen at arbejde med," sagde Dashnaw. "I årevis har de hørt om ting som SDS-PAGE eller massespektre. men de havde aldrig haft mulighed for selv at observere et, endsige fortolke det. Lithophanerne gav dem den mulighed. De var i stand til i detaljer at forklare præcis, hvad de følte, og det passede perfekt med det, vi så."

Åbning af kemi til klassetrin K-12

Denne seneste undersøgelse, der involverer Shaws gruppe, udvider Baylor-forskningen for at fjerne barrierer for studiet og disciplinen af ​​kemi for K-12-studerende med blindhed eller svagt syn.

Shaw blev for nylig tildelt et tilskud på 1,3 millioner dollars fra National Institutes of Health (NIH) til et første af sin slags tidlige interventionsprojekt, der åbner laboratoriearbejde og leverer undervisningsmaterialer og udstyr i taktilt kemi. Ved at kombinere højteknologiske og lavteknologiske tilgange blander projektet robotteknologi og teknologi med undervisningsmaterialer og "lab hacks", der gør det muligt for studerende med blindhed og svagsynet at deltage i de samme roller og rutiner som deres seende modparter, herunder brugen af litofaner.

"Det smarte ved den taktile grafik, der lyser op med billed-perfekt opløsning, er, at alt, hvad jeg kan se med mine øjne, kan en anden person, der er blind, mærke med fingrene. Så det gør alle billeder og data i høj opløsning tilgængelige og kan deles, uanset synet. Vi kan sidde sammen med alle, blinde eller seende, og tale om nøjagtig samme data eller billede," sagde Shaw.

Shaw og hans samarbejdspartnere fokuserer deres projekt i første omgang på gymnasieelever ved at udvikle et pilotprogram for 150 TSBVI-elever til at deltage i uddannelse og læseplaner og træne i materialer på både skolens campus og i Shaws laboratorium i Baylor. Piloten forventes at blive lanceret til efteråret, og det fulde program forventes at begynde i foråret 2023 til og med 2027. I fremtiden håber teamet at skalere programmet til at inkludere ressourcer til børn, der lige er begyndt at studere naturvidenskab.

Ud over kemi

Litofandataformatet eller LDF, og dataene for al bevægelse, går ud over kemi eller videnskab og kan bruges til ethvert emne, lige fra kunst, historie, filosofi og hvor end billeder eller grafik bruges, sagde Shaw. Med denne seneste forskning er vejen til delbare og tilgængelige data tilgængelig for alle med taktile sanser.

For ph.d.-kandidaterne Koone og Dashnaw fremhæver forskningen en af ​​Baylors kerneværdier:at lette opdagelsen af ​​ny viden og forskning, der er til gavn for menneskeheden.

"Det meste af den forskning, jeg laver på daglig basis, vil ikke have en væsentlig indvirkning på det videnskabelige samfund. Lithophanprojektet giver dog mulighed for reel forandring i realtid," sagde Dashnaw. "Vi gør STEM mere tilgængelig for mennesker med synsnedsættelse og gør opmærksom på deres systemiske udelukkelse." + Udforsk yderligere

Study bruger sliklignende modeller til at gøre STEM tilgængelig for synshandicappede elever