Cele doua sisteme vor comunica. Schema bloc a sistemului integrat de terapie este prezentata in figura 1

Sistemul inteligent dezvoltat pe calculatorul logopedului va cuprinde: o componenta de monitorizare a evolutiei copiilor, inclusiv cu exemplificari audio, si unsistem expert care va produce inferente luind in considerare datele audio si cronologice puse la dispozitie de sistemul de monitorizare

Figura 1. Schema bloc a sistemului integrat de terapie personalizata

In timpul sedinţelor conduse de logoped, instrucţiunile date copilului pentru imbunataţirea performanţelor pronunţiei sale necesita o serie de explicaţii detaliate privind miscarea tuturor componentelor implicate in vorbire. Terapia actuala presupune folosirea unor mulaje demonstrative rigide, statice care nu se apropie in nici un caz de posibilitaţile dinamice de vizualizare, explorare si interacţiune prezente intr-un mediu virtual, cu posibilitatea redarii acustice a pronunţarii funcţie de poziţionarea diverselor elemente implicate in pronunţie.

Trebuie subliniat ca dispozitivul mobil de terapie personalizata va realiza doua obiective principale:

1. utilizarea de catre copil pentru a realiza „temele de acasa".
2. preluarea esantioanelor de catre logoped sau alte persoane specializate, pentru a fi clasificate automat.

Prin conectarea la un calculator, aceste esantioane clasificate vor fi memorate intr-o baza de date care va fi utilizata pentru imbunataţirea ulterioara a sistemului de terapie.

Funcţiunile dispozitivului mobil pentru training asistat utilizat de copilul cu tulburari de pronunţie sunt:

- prezentarea exerciţiului pe care copilul trebuie sa-l efectueze individual
- interacţiunea personalizata cu subiectul uman (virsta, sex, diferenţe de accent) in timpul terapiei
- evaluarea si incurajarea progreselor obţinute de subiectul uman
- prelevare esantioanelor audio pentru invaţare si a exerciţiilor efectuate de copil
- comunicaţia cu calculatorul logopedului

In cadrul cercetarii, se propune dezvoltarea unui SoC dedicat care va va ingloba o serie de extensii privind prelucrare semnalelor audio prin realizarea unor funcţii firmware specifice.

4.2. Sistem inteligent de stabilire terapie personalizata

Sistemele informatice cu feedback in timp real dedicate tulburarilor patologice de vorbire sunt de ordin relativ recent in principal datorita necesitaţii unei puteri de calcul corespunzatoare. Progresele realizate in stiinţa si ingineria calculatoarelor fac ca proiectarea si implementarea unui astfel de sistem sa poata fi abordate cu un risc scazut.  Pronunţiile copiilor pot fi memorate pentru a fi utilizate la imbunataţirea sistemului.

Ghidul terapeutic este stabilit sub conducerea logopedului de catre modulul instalat pe calculatorul acestuia.

Avantajele specifice ale unui sistem expert de tratament al copiilor cu tulburari de vorbire constau in:

- rabdare, flexibilitatea si timp de lucru nelimitat in intervalele dorite de copil
- prezenţa mai apropiata – sunt mulţi copii care comunica foarte greu cu persoane in virsta, insa cu un dispozitiv  tip jucarie se simt mai degajaţi.
- explicaţii mai precise
- evaluare obiectiva a progresului care pentru un expert uman este foarte greu de realizat, sistemul in schimb este proiectat sa analizeze obiectiv evoluţia fiecarui caz in parte pe intervale mici de timp.

Sistemul automat de terapie personalizata pastreaza o evidenţa precisa a evoluţiei si, prin adaptarea cit mai exacta a exerciţiilor la nivelul la care a ajuns fiecare copil, construind un esafodaj complex ceva contribui la ameliorarea defectelor de pronunţie intr-un timp mai scurt.

Rezultatele experimentale de natura audio care vor fi colectate in etapa iniţiala a cercetarii, si analiza acestora asistata de specialisti de la Centrul Logopedic Interscolar Judeţean Suceava cumulate cu rezultatele cercetarilor existente in domeniu vor asigura un punct de start in estimarea unor modele care sa asigure un efect vizual pozitiv asupra pacientului.

4.3. Arhitectura sistemului inglobat mobil

Un sistem tip realitate virtuala care poate oferi un model fizic tridimensional al cavitaţii bucale cit si o versiune transparenta in care flexiunile limbii respectiv poziţionarea dinţilor si a pereţilor buco-faringieni pot fi observate in condiţii optime se dovedeste a fi de o valoare reala in domeniul logopedic [6,7].

Modelul virtual trebuie sa asigure o serie de cerinţe de ordin calitativ astfel incit sa ofere pacientului / specialistului logoped sentimentul experimentului reusit.

4.5. Gradul de noutate si complexitate al proiectului

• Utilizarea unui procedeu adjuvant in terapia logopedica specific limbii romane;
• Evidenţierea rezultatelor la finalul setului de exerciţii prin care copilul conştientizează progresele, precum şi erorile in timpul activităţii terapeutice.
• Simulatorul fono articulator prezinta un grad de noutate si complexitate care il situeaza printre cercetarile de virf la nivel european.

Realizarea unui sistem inglobat mobil destinat asistarii terapiei tulburarilor de pronuntie la copii, prezinta un grad ridicat de noutate atit din punctul de vedere al implementarii hardware cit si din punctul de vedere al interfaţarii software (referinţele bibliografice naţionale si internaţionale nu marcheaza existenţa unui astfel de dispozitiv).

Conceperea si realizarea sistemului inteligent de terapie personalizata va necesita cercetari in domeniul sistemelor expert cu autoinvatare, care pornind de la o baza initiala de cunostinte si metacunostinte privind invatarea, se va dezvolta continuu utilizand tehnici de data mining si recunoasterea formelor pentru a extrage cunostinte din eviolutia copilului si a stabili traseul terapeutic optim.

Privind modul de realizare a dispozitivului inglobat mobil, s-a avut in vedere unul din domeniile stiinţei calculatoarelor care au cistigat tot mai mult teren in ultima perioada de timp si anume dezvoltarea de System on Chip (SoC).  Dintre motivele succesului acestui tip de circuit se pot aminti funcţionalitaţile multiple, costuri finale scazute, numar redus de componente folosite, integrarea mai multor componente electronice in una singura precum si o mai mare siguranţa in ceea ce priveste atacurile de tip reverse engineering.

Cercetarea Cercetarea psiho-terapeutica va parcurge trei etape:

- o etapă experimentală vizând aplicarea metodologiei de cercetare de tip pre-test – post-test (prin evaluare iniţială şi finala) pentru a analiza comparativ eficienţa demersurilor terapeutice clasice si asistate;
- o etapă diagnostică presupunând o cunoaştere a atitudinii cadrelor didactice şi a părinţilor faţă utilizarea dispozitiv inglobat mobil în terapia dislaliei;
- o etapa integrativa constând în identificarea unor principii si metodologii de proiectare a terapiei asistate rezultate în urma celor doua etape anterioare.

Din punctul de vedere al metodologiilor si tehnici utilizate in prelucrarea semnalelor audio sunt de evidenţiat:

- tehnici de inregistrare vocala, de esantionare si compresie a semnalelor audio folosind algoritmii ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) si MP3.
- tehnici de comunicaţie dispozitiv <-> PC folosind interfaţa UART (port serial) si Ethernet (TCP/IP).

Ghidul terapeutic inregistrat in baza de cunostinte va cuprinde

- metode pentru dezvoltarea musculaturii aparatului fono-articulator
- metode pentru reglarea ritmului dintre inspiraţie-expiraţie;
- metode pentru dezvoltarea auzului fonematic( pronunţarea de onomatopee, exerciţii de pronunţare ritmică, pronunţarea unor serii de silabe opuse etc.)
- tehnici pentru impostarea si consolidarea sunetului
- tehnici pentru automatizarea sunetului in vorbirea libera : introducerea sunetului in propoziţii, texte scurte, povestiri, ghicitori; folosirea unor dictări şi povestiri după imagini etc.

Designul experimental pentru validarea sistemului

Calculatoare, aparatura de inregistrare audio, platforma hardware de dezvoltare a prototipului de dispozitiv inglobat mobil (un kit de dezvoltare cu FPGA Xilinx (Spartan 3 sau Virtex)).

    Software

Instrumentele software necesare pentru realizarea SoC sunt Xilinx ISE  / Xilinx Embedded Development Kit / sistem de operare ucLinux / Compilator c: gcc pentru microprocesor Microblaze / Xilinx System Generator for DSP.

Contribuţia fiecărui partener