En forskargrupp ledd av Baylor University kemister har tagit ett banbrytande steg framåt för att eliminera uteslutningen av individer med blindhet från kemiutbildning och erfarenheter. I en artikel publicerad idag i Science Advances , beskriver forskarna hur de använde litofan – en gammaldags konstform – och 3D-utskrift för att förvandla vetenskaplig data till taktil grafik som lyser med videoliknande upplösning, vilket möjliggör universell visualisering av samma datastycke av både blinda och seende individer.

Även om litofanen är ett urgammalt konstnärligt medium, har det aldrig använts – fram till nu – för att representera vetenskapliga data och bilder på ett kvantitativt, kontrollerat sätt för taktil visualisering och taktil integration.

Baylor-studien, med titeln "Data för alla:Taktil grafik som lyser upp med bildperfekt upplösning", jämförde hur blinda och seende människor tolkade litofandata genom beröring eller syn. Deltagarkohorterna testade de fem litofanformerna – gelelektroferogram, mikrofotografier, elektroniska och masspektra och läroboksillustrationer – och tolkade alla fem litofanerna genom taktil avkänning eller syn med 79 % total noggrannhet, enligt studien.

Forskarna fokuserade på att skapa och testa litofaner av data som finns inom de kemiska vetenskaperna på grund av den explicita och systematiska uteslutningen av elever med blindhet från kemi, vilket forskarna noterade "kan ses som en dygd av lärare, föräldrar, kamrater eller sig själv, på grunden för laboratoriesäkerhet och kemins "visuella" natur."

"Denna forskning är ett exempel på att konst gör vetenskapen mer tillgänglig och inkluderande. Konst räddar vetenskapen från sig själv", säger Bryan Shaw, Ph.D., professor i kemi och biokemi, som leder Shaw Research Group vid Baylor och är motsvarande författare på tidskriftsartikeln. "Vetenskapens data och bilder – till exempel de fantastiska bilderna som kommer ut från det nya Webb-teleskopet – är otillgängliga för människor som är blinda. Vi visar dock att tunn genomskinlig taktil grafik, kallad litofaner, kan göra alla dessa bilder. tillgänglig för alla oavsett syn. Som vi vill säga "data för alla."

Ny användning för gamla konstformer

Litofaner, troligen skapade i Kina redan på 500-talet och populära i Europa på 1800-talet, är tunna gravyrer gjorda av genomskinliga material (först porslin och vax, nu plast) och verkar initialt ogenomskinliga i omgivande ljus. Men när ljuskällan motljus av någon ljuskälla – från taklampa till solljus – lyser en litofan som en digital bild, med spridning av ljus genom det genomskinliga materialet som gör att tunnare områden ser ljusare ut och tjockare områden ser mörkare ut. Genom att använda gratis onlineprogramvara för att konvertera en tvådimensionell bild till en 3D-topograf använde forskare i denna studie 3D-utskrift för litofanerna.

"Idén med litofaner var ett koncept som Dr. Shaw hade lekt med, och jag tyckte att det var ett fantastiskt tillfälle att hjälpa en grupp individer som har stigmatiserats inom kemiområdet", säger medförfattaren Jordan Koone. doktorand i kemi vid Baylor och medlem av Shaws labb. "Det har varit häftigt att se blinda människor, som har fått höra hela sitt liv att de inte kunde utmärka sig inom vetenskapen, tolka data lika lätt som en seende person."

Deltagarkohorterna inkluderade seende elever med eller utan ögonbindel och fem personer med blindhet som har upplevt total blindhet eller nedsatt syn sedan barndomen eller tonåren. Fyra av dessa personer med blindhet har avlagt doktorsexamen. grader i kemi före testning, och den femte personen är en student vid Baylor som upplevde fullständig synförlust som senior i gymnasiet. Dessa blinda personer är medförfattare till denna studie men deltog inte i utformningen av de specifika datamängderna.

"Innan jag arbetade med litofanprojektet trodde jag att forskningen var begränsad till experiment gjorda i laboratoriemiljö", säger medförfattaren Chad Dashnaw, doktorand i kemi vid Baylor också i Shaws labb. "Men forskning försöker bara svara på obesvarade frågor, och vårt arbete här svarar på en mycket viktig fråga:Kan blinda personer vara en del av STEM? Litofaner tillhandahåller ett dataformat som kan delas universellt mellan seende och blinda individer, vilket gör STEM mer tillgängligt. till dem som tidigare har förbisetts."

Studien fann att den genomsnittliga testnoggrannheten för alla fem litofanerna var:

• 96,7 % för blind taktil tolkning,
• 92,2 % för seende tolkning av bakgrundsbelysta litofaner, och
• 79,8 % för taktil tolkning med ögonbindel.

Seende deltagare kunde korrekt tolka digitala bilder på en datorskärm med 88,4 % genom syn. För 80 % av frågorna var de blinda kemisternas taktila noggrannhet lika med eller överlägsen visuell tolkning av litofaner, vilket tyder på att litofaner kunde fungera som ett delbart dataformat. Faktum är att Shaw sa att några av de blinda kemisterna i studien har en sådan taktil känslighet att de kunde känna taktila egenskaper hos data som seende individer knappt kunde se sig själva.

'Ser' datauppsättningar för första gången

Studiens medförfattare Hoby B. Wedler, Ph.D., en entreprenör, kemist och VD för Wedland Group i Petaluma, Kalifornien, tolkade först litofandata under ett Zoomsamtal med Shaw. För hans studiemedförfattare och andra kemister var detta ett mycket meningsfullt ögonblick då Wedler, som föddes blind men tog en doktorsexamen. i teoretisk kemi, såg data för första gången genom att röra vid högupplöst taktil grafik.

"Du kan titta på det här, och det ser precis ut som jag känner," sa Wedler. "Jag har aldrig känt en massspecifikation. Jag trodde aldrig att jag skulle kunna prata igenom en sådan här analytisk datauppsättning. Himlen är gränsen här."

"De var så glada över att äntligen se data och bilder som de hade hört talas om så länge. Och de såg dessa data. Eftersom du ser med ditt sinne, inte dina ögon," sa Shaw.

En av de mest anmärkningsvärda medförfattarna till studien var Baylor-studenten och forskaren Noah Cook. Cook avslutade sin första termin på Baylor i våras, trots att han tappade all syn under sitt sista år på gymnasiet.

"De fem blinda medförfattarna till det här projektet är några av de mest intressanta och hårt arbetande individerna jag någonsin har haft nöjet att arbeta med," sa Dashnaw. "I åratal har de hört talas om saker som SDS-PAGE eller masspektra. men de hade aldrig haft möjlighet att observera ett själv, än mindre tolka det. Litofanerna gav dem den möjligheten. De kunde i detalj förklara exakt vad de kände, och det stämde perfekt med vad vi såg."

Öppning av kemi till årskurserna K-12

Den här senaste studien som involverar Shaws grupp utvidgar Baylor-forskningen för att ta bort hinder för studien och disciplinen av kemi för grund- och gymnasieelever med blindhet eller nedsatt syn.

Shaw tilldelades nyligen ett anslag på 1,3 miljoner dollar från National Institutes of Health (NIH) för ett första i sitt slag tidigt ingripandeprojekt som öppnar laboratoriearbete och tillhandahåller undervisningsmaterial och utrustning för taktil kemi. Genom att kombinera högteknologiska och lågteknologiska tillvägagångssätt, blandar projektet robotik och teknik med utbildningsmaterial och "labbhack" som gör det möjligt för elever med blindhet och nedsatt syn att ta del av samma roller och rutiner som sina seende motsvarigheter, inklusive användning av litofaner.

"Det snygga med den taktila grafiken som lyser upp med perfekt bildupplösning är att allt jag kan se med mina ögon kan en annan person som är blind känna med sina fingrar. Så det gör alla högupplösta bilder och data tillgängliga och kan delas, oavsett syn. Vi kan sitta med vem som helst, blind eller seende, och prata om exakt samma data eller bild", sa Shaw.

Shaw och hans medarbetare fokuserar sitt projekt initialt på gymnasieelever genom att utveckla ett pilotprogram för 150 TSBVI-elever att delta i utbildning och läroplan och träna på material både på skolans campus och inom Shaws labb i Baylor. Piloten förväntas lanseras i höst, och hela programmet förväntas börja våren 2023 till och med 2027. I framtiden hoppas teamet kunna skala programmet så att det inkluderar resurser för barn som precis har börjat studera naturvetenskap.

Utöver kemi

Litofandataformatet eller LDF, och data för all rörelse, går utöver kemi eller vetenskap och kan användas för alla ämnen, från konst, historia, filosofi och varhelst bilder eller grafik används, sa Shaw. Med denna senaste forskning är vägen till delbar och tillgänglig data tillgänglig för alla med taktila sinnen.

För doktoranderna Koone och Dashnaw belyser forskningen ett av Baylors kärnvärden:att underlätta upptäckten av ny kunskap och forskning som är till för mänsklighetens förbättring.

"Det mesta av den forskning jag gör på en daglig basis kommer inte att ha någon betydande inverkan på det vetenskapliga samfundet. Litofanprojektet tillåter dock verklig förändring i realtid," sa Dashnaw. "Vi gör STEM mer tillgängligt för personer med synnedsättning och uppmärksammar deras systemiska uteslutning." + Utforska vidare

Study använder godisliknande modeller för att göra STEM tillgängligt för synskadade elever