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这项新的研究结合了立德芬和3D打印技术,使个人无论视力水平如何都能“看到”数据
2022年08月21日    新闻来源:中国化工网 okmart.com    |  投稿

贝勒大学化学家领导的一个研究小组在消除将盲人排除在化学教育和经验之外方面迈出了开创性的一步。在今天发表在《科学进步》上的一篇文章中,研究人员详细介绍了他们是如何使用立德芬的鈥攁n老式艺术形式鈥攁nd 3D打印将科学数据转化为触觉图形,以视频般的分辨率发光,使盲人和有视力的人都能对同一段数据进行通用可视化。

虽然石粉是一种古老的艺术媒介,但从未被使用过鈥攗直到现在鈥攖o以定量、受控的方式表示科学数据和图像,以实现触觉可视化和触觉集成。

贝勒的研究题为“所有人的数据:以完美的图像分辨率发光的触觉图形”,比较了盲人和视力正常的人如何通过触摸或视力来解释石粉数据。参与者队列测试了五种利托芬形式鈥攇el电泳图、显微照片、电子和质谱图以及教科书插图鈥攊根据该研究,通过触觉感知或视力以79%的总准确率解读所有五种石斑纸。

研究人员专注于创建和测试化学科学中发现的数据的石印图,因为明确和系统地将失明学生排除在化学之外,研究人员指出,“基于实验室安全和化学的“视觉”性质,这可以被教育者、家长、同龄人或自己视为一种美德。”

化学和生物化学教授布莱恩·肖博士(Bryan Shaw)说:“这项研究是艺术使科学更容易获得和更具包容性的一个例子。艺术是将科学从自身中拯救出来的。”他是贝勒肖研究小组的负责人,也是该杂志文章的通讯作者。“科学的数据和图像鈥攆例如,新韦伯望远镜拍摄的令人惊叹的图像鈥攁盲人无法接近你。然而,我们发现,薄的半透明触觉图形,称为石粉,可以让所有人都可以访问所有这些图像,而不管视力如何。正如我们常说的,“数据为所有人服务。”

旧艺术形式的新用途

石版画很可能早在六世纪就在中国诞生,并于19世纪在欧洲普及。石版画是由半透明材料(最初是瓷器和蜡,现在是塑料)制成的薄雕刻品,最初在环境光下显得不透明。然而当由任何光源背光时鈥攆从顶灯到阳光鈥攁 石粉像数字图像一样发光,光线通过半透明材料的散射使较薄的区域看起来更亮,较厚的区域看起来更深。通过使用免费的在线软件将二维图像转换为三维地形图,本研究中的科学家使用了三维打印技术。

“利托芬的想法是肖博士一直在玩弄的一个概念,我认为这是一个非常好的机会,可以帮助一群在化学领域受到污名化的人,”联合首席作者乔丹·库恩(Jordan Koone)说,贝勒化学博士候选人、肖氏实验室成员。“看到盲人像盲人一样轻松地解释数据,真是太棒了。他们一生都被告知自己无法在科学领域出类拔萃。”

参与者队列包括戴或不戴眼罩的有视力的学生和五名自童年或青春期以来经历过完全失明或低视力的盲人。其中四名盲人在测试前获得了化学博士学位,第五名是贝勒大学的本科生,高中四年级时视力完全丧失。这些盲人是本研究的共同作者,但没有参与特定数据集的设计。

“在参与立德芬项目之前,我认为研究仅限于实验室环境中进行的实验,”联合首席作者查德·达什诺(Chad Dashnaw)说,贝勒化学博士候选人也在肖的实验室。“但研究只是试图回答未回答的问题,我们在这里的工作是回答一个非常重要的问题:盲人可以成为STEM的一部分吗?石粉提供了一种数据格式,可以在视力正常的人和盲人之间普遍共享,使STEM更容易被以前被忽视的人访问。”

研究发现,所有五种立德芬的平均测试精度为:

视力正常的参与者能够以88.4%的视力准确地解释计算机屏幕上的数字图像。对于80%的问题,盲人化学家的触觉准确度等同于或优于对石粉的视觉解释,这表明石粉可以作为一种可共享的数据格式。事实上,肖说,研究中的一些盲人化学家具有触觉敏感性,他们可以感觉到数据的触觉特征,而视力正常的人几乎看不到自己。

第一次“看到”数据集

该研究的合著者霍比·B·韦德勒博士(Hoby B.Wedler,Ph.D.)是一位企业家、化学家,也是加利福尼亚州佩塔卢马市韦德兰集团的首席执行官。他在与肖的一次Zoom通话中首次解释了利托芬数据。对于他的研究合著者和其他化学家来说,这是一个最有意义的时刻,因为韦德勒出生时是盲人,但获得了理论化学博士学位,他第一次通过触摸高分辨率的触觉图形看到了数据。

“你可以看看这个,它看起来正是我的感受,”韦德勒说。“我从未体验过大规模规格。我从未想过我能够通过这样的分析数据集进行交流。天空是这里的极限。”

肖说:“他们非常激动,终于看到了他们听了这么久的数据和图像。他们确实看到了这些数据。因为你是用你的大脑,而不是用你的眼睛看的。”。

这项研究最著名的合著者之一是贝勒大学本科生兼研究员诺亚·库克。今年春天,库克完成了在贝勒的第一个学期,尽管他在高中四年级失去了所有的视力。

达什瑙说:“这个项目的五位盲人合著者是我有幸共事过的最有趣、最勤奋的人之一。”。“多年来,他们听说过SDS-PAGE或质谱等东西。但他们从来没有机会亲自观察,更不用说解释了。利托芬给了他们这个机会。他们能够详细解释自己的感受,这与我们看到的完全吻合。”

开放化学课程至K-12年级

这项涉及肖氏团队的最新研究扩展了贝勒研究,为失明或低视力的K-12学生消除了化学学习和学科的障碍。

Shaw最近获得了美国国立卫生研究院(NIH)130万美元的赠款,用于开展第一个早期干预项目,该项目开放实验室工作,并提供触觉化学教学材料和设备。结合高科技和低技术方法,该项目将机器人和技术与教育材料和“实验室黑客”相结合,使失明和低视力的学生能够参与与有视力的学生相同的角色和日常活动,包括使用石粉。

“触觉图形以完美的分辨率发光的好处在于,我用眼睛看到的一切,另一个盲人可以用手指感觉到。因此,无论视力如何,所有高分辨率图像和数据都可以访问和共享。我们可以与任何人坐在一起,无论是盲人还是盲人,谈论完全相同的数据或图像。”肖说。

Shaw和他的合作者最初将项目重点放在高中生身上,为150名TSBVI学生开发了一个试点项目,让他们在学校校园和Shaw贝勒实验室内参与教育和课程,并进行材料培训。该试点项目预计将于今年秋天启动,整个项目预计将在2023年春至2027年开始。未来,该团队希望扩大该项目的规模,为刚刚开始科学研究的儿童提供资源。

超越化学

肖说,利托芬数据格式或LDF,以及所有运动的数据,超出了化学或科学的范畴,可以用于任何主题,从艺术、历史、哲学到任何使用图像或图形的地方。通过这项最新研究,任何有触觉的人都可以获得可共享和可访问的数据。

对于博士候选人Koone和Dashnaw来说,这项研究突出了贝勒的核心价值之一:促进新知识的发现和研究,以改善人类。

Dashnaw说:“我每天所做的大部分研究不会对科学界产生重大影响。然而,lithophane项目允许实时发生真正的变化。”。“我们正在让视力受损的人更容易接触STEM,并提请注意他们的系统排斥。”

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