Исследовательская группа во главе с химиками из Университета Бэйлора сделала новаторский шаг вперед, устранив исключение людей со слепотой из химического образования и опыта. В статье, опубликованной сегодня в журнале Science Advances , исследователи подробно описывают, как они использовали литофан — старомодный вид искусства — и 3D-печать, чтобы превратить научные данные в тактильную графику, которая светится с разрешением, подобным видео, обеспечивая универсальную визуализацию одного и того же фрагмента данных как слепых, так и зрячих людей.

Хотя литофан является древним художественным средством, он никогда не использовался — до сих пор — для представления научных данных и образов в количественной контролируемой манере для тактильной визуализации и тактильной интеграции.

В исследовании Бэйлора под названием «Данные для всех: тактильная графика, которая светится с идеальным разрешением», сравнивалось, как слепые и зрячие люди интерпретировали данные литофана на ощупь или зрением. Согласно исследованию, группы участников протестировали пять форм литофана — гель-электрофореграммы, микрофотографии, электронные и масс-спектры и иллюстрации в учебниках — интерпретируя все пять литофанов с помощью тактильного восприятия или зрения с общей точностью 79%.

Исследователи сосредоточились на создании и тестировании литофанов данных, найденных в химических науках, из-за явного и систематического исключения слепых учеников из химии, что, как отметили исследователи, «может рассматриваться педагогами, родителями, сверстниками или самим собой как добродетель». основа лабораторной безопасности и «визуальная» природа химии».

«Это исследование является примером того, как искусство делает науку более доступной и инклюзивной. Искусство спасает науку от самой себя», — сказал Брайан Шоу, доктор философии, профессор химии и биохимии, который возглавляет Исследовательскую группу Шоу в Бэйлоре и является соответствующим автором. на журнальную статью. «Данные и образы науки — например, ошеломляющие изображения, полученные с нового телескопа Уэбба, — недоступны для слепых людей. доступны каждому независимо от зрения. Как мы любим говорить, «данные для всех».

Новое применение старой форме искусства

Вероятно, созданные в Китае еще в шестом веке и популяризированные в Европе в 1800-х годах, литофаны представляют собой тонкие гравюры , сделанные из полупрозрачных материалов (сначала фарфора и воска, а теперь пластика) и изначально кажутся непрозрачными в окружающем свете . Однако при контровом освещении любым источником света — от потолочного освещения до солнечного света — литофан светится, как цифровое изображение, при этом рассеяние света через полупрозрачный материал приводит к тому, что более тонкие области кажутся ярче, а более толстые — темнее. Используя бесплатное онлайн-программное обеспечение для преобразования двухмерного изображения в трехмерную топографию, ученые в этом исследовании использовали трехмерную печать для литофанов.

«Идея литофанов была концепцией, с которой экспериментировал доктор Шоу, и я подумал, что это прекрасная возможность помочь группе людей, которые были заклеймены в области химии», — сказал соавтор Джордан Кун. докторант по химии в Бэйлоре и член лаборатории Шоу. «Было потрясающе видеть , как слепые люди , которым всю жизнь говорили, что они не могут преуспеть в областях науки, интерпретируют данные так же легко, как и зрячие».

В когорты участников входили зрячие учащиеся с повязками на глазах или без них и пять слепых людей, у которых с детства или подросткового возраста наблюдалась полная слепота или слабое зрение . Четверо из этих слепых людей получили докторскую степень. степени по химии перед тестированием, а пятый человек — студент бакалавриата Бейлора, который полностью потерял зрение в старшей школе. Эти слепые люди являются соавторами этого исследования, но не участвовали в разработке конкретных наборов данных.

«До работы над литофановым проектом я считал, что исследования ограничиваются экспериментами, проводимыми в лабораторных условиях», — сказал соавтор Чад Дашнау, кандидат химических наук в Бэйлоре, также работающий в лаборатории Шоу. «Но исследования просто пытаются ответить на вопросы, оставшиеся без ответа, и наша работа здесь отвечает на очень важный вопрос: могут ли слепые люди быть частью STEM? тем, кого раньше не замечали».

Исследование показало, что средняя точность теста для всех пяти литофанов составила:

• 96,7% для слепой тактильной интерпретации,
• 92,2% для визуальной интерпретации литофанов с контровым светом и
• 79,8% за тактильную интерпретацию с завязанными глазами.

Зрячие участники смогли точно интерпретировать цифровые изображения на экране компьютера на уровне зрения 88,4%. В 80% вопросов тактильная точность слепых химиков была равна или превосходила визуальную интерпретацию литофанов, что позволяет предположить, что литофаны могут функционировать в качестве общего формата данных. На самом деле, Шоу сказал, что некоторые из слепых химиков, участвовавших в исследовании, обладают такой тактильной чувствительностью, что могут чувствовать тактильные особенности данных, которые зрячие люди едва ли могут видеть сами.

«Вижу» наборы данных впервые

Соавтор исследования Хоби Б. Ведлер, доктор философии, предприниматель, химик и генеральный директор Wedland Group в Петалуме, Калифорния, впервые интерпретировал данные о литофане во время разговора с Шоу через Zoom. Для соавторов его исследования и коллег-химиков это был самый значимый момент, поскольку Ведлер, который родился слепым, но получил докторскую степень. по теоретической химии впервые увидел данные, прикоснувшись к тактильной графике высокого разрешения.

«Вы можете посмотреть на это, и это выглядит именно так, как я чувствую», — сказал Ведлер. «Я никогда не чувствовал масс-спектрометр. Никогда не думал, что смогу говорить с помощью такого набора аналитических данных. Здесь нет предела».

«Они были так взволнованы, наконец, увидев данные и изображения, о которых они так долго слышали. И они действительно увидели эти данные. Потому что вы видите своим разумом, а не глазами», — сказал Шоу.

Одним из самых известных соавторов исследования был студент бакалавриата Бэйлора и исследователь Ной Кук. Прошлой весной Кук закончил свой первый семестр в Бэйлоре, несмотря на то, что полностью потерял зрение в старшем классе средней школы.

«Пять слепых соавторов этого проекта — одни из самых интересных и трудолюбивых людей, с которыми я когда-либо имел удовольствие работать», — сказал Дашнау. «В течение многих лет они слышали о таких вещах, как SDS-PAGE или масс-спектры, но у них никогда не было возможности наблюдать их самостоятельно, не говоря уже о том, чтобы интерпретировать их. Литофаны дали им такую ​​возможность. они чувствовали, и это идеально совпадало с тем, что мы видели».

Открытие химии для классов К-12

Это последнее исследование с участием группы Шоу расширяет исследования Бэйлора, чтобы устранить барьеры для изучения и дисциплины химии для учеников K-12 со слепотой или слабым зрением.

Шоу недавно получил грант в размере 1,3 миллиона долларов от Национального института здравоохранения (NIH) на первый в своем роде проект раннего вмешательства, который открывает лабораторные работы и предоставляет материалы и оборудование для обучения тактильной химии. Сочетая высокотехнологичные и низкотехнологичные подходы, проект объединяет робототехнику и технологии с учебными материалами и «лабораторными приемами», которые позволяют слепым и слабовидящим учащимся выполнять те же роли и выполнять те же действия, что и их зрячие коллеги, включая использование литофаны.

«Преимущество тактильной графики, которая светится с идеальным разрешением, заключается в том, что все, что я могу видеть своими глазами, другой слепой человек может почувствовать пальцами. Таким образом, все изображения и данные с высоким разрешением становятся доступными. и доступным для всех, независимо от зрения. Мы можем сидеть с кем угодно, слепым или зрячим, и говорить об одном и том же фрагменте данных или изображении», — сказал Шоу.

Шоу и его сотрудники первоначально сосредоточили свой проект на старшеклассниках, разработав пилотную программу для 150 студентов TSBVI, чтобы они могли участвовать в образовании и учебной программе и обучаться материалам как в школьном кампусе, так и в лаборатории Шоу в Бэйлоре. Ожидается, что пилотный проект будет запущен этой осенью, а полная программа начнется с весны 2023 по 2027 год. В будущем команда надеется расширить программу, включив в нее ресурсы для детей, только начинающих изучать науку.

Помимо химии

По словам Шоу, формат данных lithophane или LDF и данные для всех движений выходят за рамки химии или науки и могут использоваться для любого предмета, от искусства, истории, философии и везде, где используются изображения или графика. Благодаря этому последнему исследованию путь к общедоступным и общедоступным данным открыт для всех, у кого есть тактильные ощущения.

Для докторантов Куна и Дашнау исследование подчеркивает одну из основных ценностей Бэйлора: способствовать открытию новых знаний и исследований, направленных на улучшение человечества.

«Большинство исследований, которые я провожу ежедневно, не окажут существенного влияния на научное сообщество. Однако проект литофана позволяет вносить реальные изменения в режиме реального времени», — сказал Дашнау. «Мы делаем STEM более доступными для людей с нарушением зрения и обращаем внимание на их системное исключение».