The Equalizer: assistive technology and people with disabilities

What if...?

An ordinary computer user usually considers his/her way to work obvious - it is easy to miss the fact that our typical computer actually demands a lot from the human. But what if

• we cannot see, thus are unable to use the monitor?
• we just have one hand - or have none?
• our fingers would not flex?
• we control our movements so badly that even hitting the keyboard is difficult (not only individual keys)?
• we have insufficient muscle power to press the keys?

Actually, very many people with similar qualities are using computers today.

Ordinary or special?

Many computer users with disabilities are facing a dilemma - whether to go for a specially designed device or try to manage with a generic one? A special solution (e.g. a special keyboard) can be more fitting, but a generic one would typically give greater mobility - the person would not depend on the device. Special technology can also be problematic when the computer is used by several people in turn, some of which are with disabilities and some are not. It is a good idea to send accessibility-related feedback to the manufacturers of different devices - in an ideal case, special technology would not be needed at all, as all solutions are fully accessible. However, this is not the case yet.

Assistive IT solutions are most of all needed by two groups of disabilities - those with visual impairments (especially blind people) and those with mobility and/or motor control impairments. For comparison, people with hearing impairments need only some smaller changes (mostly related to certain content as videos which can be subtitled) as currently most of the vital information is transferred visually. In the cases of mental, developmental and behavioural disabilities, the stress would be on methodology and pedagogy rather than technology (still some hardware and software is also developed for these conditions).

Visual impairments

The technology used for this group of disabilities is relatively expensive and specific. The three main categories are

• screen magnification - used when the person is able to use some of his/her vision
• aural (sound) output - used when the remaining vision is very low (or is missing)
• tactile (touch) output - used typically by blind people who are well-versed in Braille alphabet

These systems can face several challenges, including

• being language-specific - most of the voice synthesis is done in a specific human language. E.g. English speech synthesizer is generally unusable for Polish or Estonian, due to different phonemes (sounds for letters) used.
• dependency on operating system and/or hardware - most systems are created for specific operating systems (e.g. MS Windows) and may demand hardware upgrades.
• dependence standards compliance in other hard- and software - while this should be obvious, many providers use non-standard solutions. Typically, blind users are the first to suffer.

Below, an overview of some assistive IT solutions are given

Screen reader

Mostly software (hardware readers exist too) that attempts to recognize screen content. The results are sent either to a speech synthesizer (sound output), a Braille display or a Braille printer.

Most of the systems are commercial, proprietary software (but in developed countries there is usually a compensation mechanism which would result in the user only paying a fraction of the otherwise significant price), one of the most common is JAWS. Of free and open-source solutions there are Emacspeak and Speakup. Microsoft Narrator on Windows systems is relatively simple, but the VoiceOver on OS X (since version 10.4) is a full-fledged screen reader. Therefore, Apple systems are somewhat better 'out of the box' for someone with a profound visual impairment - yet the price difference can also be a deciding factor.

Most newer Linux distributions can install Orca - it is designed for Linux but can also be ported to other systems. Orca is a combined access solution, containing a screen reader, a speech synthesizer, a Braille interface and a screen magnifier. However the support of different languages is still under development (different languages being usable in a different grade).

Fig 1. Orca on Linux

Speech synthesizer

A software which turns the input text to speech (it is often used in combination with a screen reader). Hardware devices also exist. In addition to people with visual impairments, it is a valuable tool for people with speech impairments (e.g. due to spasticity of throat muscles in some forms of cerebral palsy) - to the point that a guy in Estonia is doing own radio programme using one.

Screen magnification

In case of a more modest visual impairment, a 'virtual magnifying glass' is used - it enlarges a portion of screen under its window (mostly by factor of 2 to 16). Sometimes, it is paired with a screen reader to also dictate the screen content.

Problems that may occur:

• using a bigger factor, the screen can be hard to read due to enlarged pixels (screen elements)
• controlling the 'magnifying glass' can be difficult when some software tries to focus on some element on screen which does not suit the magnifier
• dependence on graphic drivers and other software following standards

Fig 2. The Orca magnifier on Ubuntu

Braille display

Used to display Braille text via sets of small tactile nuggets (Braille elements). The number of elements can vary typically from 18 to 80, 40-element displays are perhaps the most common. Compared to speech output, the Braille technology is more expensive and also more difficult to learn to use efficiently, but offers much bigger flexibility (e.g. for programming where maneuvering on the text is needed). Braille is also the only viable technology for computer users with both profound visual and hearing impairment (the deaf-blind people).

Fig 3. A Braille monitor

Braille printer

A device to output Braille to paper or other similar materials (sometimes, thin sheets of plastic are used). Newer printers can also print two-sided output. The printing can be rather noisy and older printer models needed special paper.

Braille keyboard

Braille keyboards are descendants of Perkins typewriters for Braille (see Fig 4). It is a chord keyboard (several keys are pressed simultaneously, like chords on a piano) with 6 or 8 main keys (depending on the type of Braille used) plus some control keys. Due to having less keys than ordinary keyboard, it can be smaller and more portable. Yet many blind people still use ordinary keyboards not to depend on a special solution.

Fig 4. BrailleWriter

Tactile mouse

These are mouse-like control devices which also give tactile feedback via vibration and/or tactile elements on the 'back' of the mouse. Several prototypes have been released, but the devices are not widespread yet.

Notebooks for blind people

The devices are used as laptops or notebooks. For output, they typically have either a hardware synthesizer or Braille display (or both), input is done via speech or an ordinary or Braille keyboard. Examples include GW Micro VoiceSense and BrailleNote.

Today, the borders between different devices are disappearing, as different devices obtain functions from others (e.g. smartphones vs handhelds vs tablets vs netbooks) and the mainstream products are slowly getting more accessible - thus it is possible that the need for special devices will decrease in the future.

Mobility and control impairments

A huge field

The spectrum of problems is extremely wide here - limited muscle power, limited movements, various control impairments (e.g. due to cerebral palsy), missing or non-functional limbs, grasping difficulties (due to arthritis) etc etc. Functional problems can occur with different media devices (CD/DVD, diskettes, USB sticks), operations demanding fast precise movements, but also with ordinary input devices which need good control (the mouse is the best example, but also key combinations on keyboard can be difficult). In this category, hardware plays a prominent part, but some problems can be alleviated with just in software as well.

The Rule Number One is: if the person controls any function on his/her body, it can be used to control a computer.

The Rule Number Two is: Be a MacGyver!

Adapting ordinary devices

In many cases, when the person cannot use his/her computer at its typical position, the solution can be in changing the position of keyboard/mouse and/or using suitable input devices. A simple example: some muscular disorders and CP can render the person unable to control his/her fingers or to stretch fingers enough to press the keys. The solution is a simple stick (or a pen) held in the fist and used to press the keys. In some cases, ergonomic keyboards like MS Natural Keyboard can help, but sometimes they are even worse.

Likewise, the keyboard does not need to be on the table. Some people can control their feet better than hands - for them, the proper place for a keyboard is on the floor (or on a small stool). Sometimes, a special keyboard is needed (e.g. in spastic conditions when the user can accidentally smash the keyboard with his/her feet). Also, the whole design of the workplace should be reconsidered in this case.

If using feet is not a solution, the keyboard can be placed at any part of the body. Special consoles can be used which are similar to the mountings of tabletop lamps (see http://www.inclusive.co.uk/catalogue/acatalog/universal_switch_mountings.html). But again, sometimes just the environment can be used. A simple but effective solution for someone only controlling his/her head is to place the keyboard vertically near the user's face, who then presses keys with a stick held in his/her mouth (it can also be attached to the head). There are special input sticks available (some can be used e.g. to pick up small items) but a simple pen may do well.

Peaga arvuti juhtimiseks on ka selliseid lahendusi nagu [L] siin kirjeldatud Tracker Pro, mis kasutab pealiigutuste registreerimiseks ja nende abil arvuti juhtimiseks otsaesisele kinnitatud markerpunkti.

Arvutihiir on tihti liikumispuudega arvutikasutaja üks peamisi komistuskive. Kui head koordinatsiooni hiire kasutamine tegelikult nõuab, selles võib veenduda üsna lihtsalt - võtame hiire vasakusse (vasakukäelised paremasse) kätte... Kuid ka hiire puhul võib vahel olla abi üsna lihtsatest kohandustest.

Asi algab hiire valikust - neid on erineva kuju ja nuppude arvuga, rattaga ja ilma, juhtmega ja ilma... Mõnel juhul on kasulik juhtmeta hiir tema kergema liikumise tõttu, vahel aga hoopis juhtmega variant. Näiteks võib hiire asetamine sobiva nurga all kaldpinnale olla suureks abiks, sel juhul aga aitab juhe vältida hiire mahalibisemist. Mõnel juhul tasuks vältida kõige odavamaid (~25kr) mudeleid, mille vastupidavus jätab tihti soovida - puudest tulenev täiendav koormus võib tekitada vajaduse iga kuu uus hiir osta.

Kindlasti tasuks uurida ka hiire lähisugulasi - kursorikuuli (trackball) ja mängukangi (joystick). Lisaks spetsiaalselt puudega inimestele mõeldud erimudelitele (mis on reeglina kordades kallimad!) võib piisata ka laiatarbemudelist. Kursorikuuli keerutamine on põhimõtteliselt võimalik ka sisestuspulgaga või mistahes kehaosaga (nina, küünarnukk) - sel juhul tuleb taas mängu läbimõeldud paigutus.

Et ka skannerist on tänaseks saanud üsna igapäevane tööriist (viimastel aastatel on ka Eestis levinud odavad kombineeritud seadmed, mis täidavad nii printeri, skanneri kui koopiamasina funktsioone), siis on üheks võimalikuks sisestusvahendiks "tavalise IT" vallast ka harilik skanner (eeldab arvutisse paigaldatud optilise tekstituvastuse tarkvara olemasolu), mis võimaldab vähendada vajadust näiteks referaadi kirjutamise korral raamatu teksti uuesti sisestada. Paraku aga ei ole eestikeelne tekstituvastus veel 100% toimiv nähtus, ka võib probleeme tekkida skanneri kasutamisel (raamatu skannerisse asetamine, leheküljevahetus jne). Tavaseadmete kohandamine

Inimestele, kes ei saa kasutada standardset klaviatuuri, piisab teinekord selle küllalt tühisest muutmisest. Enamik tänapäevaseid operatsioonisüsteeme sisaldab utiliite, mis lisavad klaviatuurile hulga väikesi, kuid tarvilikke lisandusi (algselt olid need saadaval eraldi lisapakettidena nagu AccessDOS ja Access Utilities for Windows, hiljem integreeriti need süsteemiga). Vaatleme mõningaid selliseid utiliite, mis on ühel või teisel kujul olemas nii tänases Windowsis, Linuxis kui MacOSis.

   StickyKeys võimaldab asendada klahvikombinatsioonid vastavate klahvide järjestikulise vajutamisega. Eriti vajalik arvutikasutajatele, kes töötavad vaid ühe käe või sõrmega, samuti sisestuspulga kasutajatele. StickyKeys-süsteemiga saab näiteks klahvikombinatsiooni Ctrl-H valida järjestikku, vajutades esmalt Ctrl-klahvile (mis n.ö. jääb peale) ja seejärel H.
   RepeatKeys muudab klaviatuuri reaktsiooniaega. Tavaklaviatuuri puhul on aeglase reaktsiooniga inimestel probleemiks soovimatute tähemärkide saamine (klahvi hoitakse liiga kaua all ja käivitub selle kordusmehhanism). RepeatKeys võimaldab ka tähtede kordusmehhanismi hoopis välja lülitada.
   SlowKeys kergendab klaviatuuri kasutamist koordinatsioonihäiretega inimestele, kellel on probleeme soovitud klahvide tabamisega. SlowKeys viivitab klahvide mõjumahakkamist, mistõttu tuleb iga klahvi hetkeks all hoida. Seega saab kasutaja valida neid klahve, mida ta soovis vajutada, kuna juhuslikult riivatud klahv ei jõua mõjuma hakata.
   MouseKeys võimaldab kasutajal juhtida hiirekursorit nooleklahvide abil. Kehvema koordinatsiooni korral on sellest üsna palju abi.

Klaviatuuriemulaator on tarkvara, mis kuvab ekraanile klaviatuuri ning võimaldab valida tähti ekraanilt - kas siis hiire või mõne muu seadmega osutades või mööda klaviatuuri liikuvat kursorit kasutades (lüliti abil - lülitina võib toimida ka tavaklaviatuuri mingi klahv või hiirenupp). See on aeglane sisestusviis, mis aga mõnel juhul võib osutuda ainuvõimalikuks (vt. lähemalt allpool). Pildil on vabatarkvaraline GOK ehk Gnome On-Screen Keyboard, mis on kasutusel mitmetes Linuxi variantides - samalaadsed rakendused on olemas ka Windowsi ja MacOS X süsteemides.

GOK, Ubuntu ja GEdit

Üheks riistvaraliseks abivahendiks, mida sageli kasutatakse koos eespoolkirjeldatud tarkvaraliste vahenditega, on klaviatuuriraam (keyguard). Tegemist on aukudega raamiga, mis kinnitatakse klaviatuuri peale nii, et klahve tuleb vajutada raami aukudes (vt näiteks [L] http://www.inclusive.co.uk/catalogue/acatalog/compact_and_guard.html). Augud aitavad ära hoida tahtmatutest liigutustest ja halvast koordinatsioonist tulenevaid valesid klahvivajutusi, kuid kümnesõrmesüsteemi pruukiva tavakasutaja jaoks muudavad töö tublisti aeglasemaks. Seetõttu on klaviatuuriraam väga sobiv sisestuspulga kasutajatele, kuid juhul kui arvutit kasutavad ka teised inimesed, peaks see olema kergesti eemaldatav (samas kui kasutajaid on ainult üks, tasub kaaluda külgeehitatud raamiga klaviatuuri hankimist). Erikujulised seadmed

Kui tavalised juhtseadmed ei sobi, tuleb pöörduda erivahendite poole. Mõned tähtsamad lahendused on järgmised:

   Membraanklaviatuur sarnaneb päikesepatareil töötavate taskukalkulaatorite klahvistikega. Mehaaniliste, pika käiguga klahvide asemel on seal sileda pealispinna all asuvad puutetundlikud klahvid, mille vajutamiseks on vaja väga vähe (kui üldse) jõudu. Selline klahvistik sobib vähese lihasjõuga (multiskleroos, lihasehaigused jm) kasutajale. Kui kaasneb koordinatsioonihäire, on võimalik kasutada klaviatuuriraami.
   Suurendatud e. maksiklaviatuur on abiks juhul, kui inimene töötab jalaga või on kehva koordinatsiooni tõttu raskendatud vajalike klahvide tabamine. Vähendatud e. miniklaviatuur sarnaneb taskukalkulaatori või elektronmärkmiku klahvistikuga ning sobib juhtudel, kui kasutaja liigutuste amplituud on piiratud (näiteks sõrmed küll liiguvad, kuid käsivars mitte) või tuleb hakkama saada vähese ruumiga.
   Akordklaviatuur on lisaks punktkirjale saadaval ka tavateksti sisestamiseks. Eriti hästi sobib see inimesele, kes saab kasutada vaid üht kätt ning vajab samas kiiret sisestamisvõimet. Miinuseks on suur erinevus tavaklaviatuurist, mistõttu tuleb enamasti oma eriseadet kaasas kanda ning see kasutatava arvutiga ühendada.

MicroWriter

Muud erikujulised klaviatuurid võivad olla näiteks tiheda klahvimaatriksi kujulised (ilma vahedeta; sobib eriti hästi sisestuspulga kasutajale), erineva klahvipaigutusega (näiteks ühe- või mõlemakäelised õõnesklaviatuurid) jpm.

Veel on variantideks

   Mõiste- ehk kontseptuaalklaviatuur (concept keyboard; vt näiteks [L] http://www.overlaykeyboard.com/) on eeskätt küll suunatud arengu- ja vaimupuuetega kasutajatele, kuid leiab kasutamist ka liikumispuuete korral. Tegemist on klaviatuuritüübiga, mille puhul iga klahv edastab mitte tähemärki, vaid terviklikku mõistet või sõna. Kui arvutiga tehtava töö iseloom on kindlalt piiritletud, võib sedalaadi klaviatuuri kasutamine suurendada oluliselt töökiirust.
   Puutekuvar (touchscreen, touch monitor) on tavakuvari eriliik, mille ekraan on kaetud puutetundliku materjaliga (varasematel aegadel kasutati ka eraldi paneeli, mis asetati tavakuvari ette) ning suudab hiire asemel juhtsignaale vastu võtta. Seega on tegu kombineeritud sisend-väljundseadmega, mis võimaldab eespoolkirjeldatud funktsioone ühitades luua mõne puude korral väga efektiivse töökeskkonna - muid seadmeid ei pruugigi vaja minna, kui kasutatakse näiteks tarkvaralist klaviatuuriemulatsiooni. Probleemiks võib olla aga pidev viibimine kuvari vahetus läheduses, mis võib pikapeale osutuda ebatervislikuks.
   Pedaalhiir on tavahiire suurem ja turskem variant, mis on mõeldud jalaga töötamiseks - tugevam konstruktsioon aitab tal paremini taluda "päheastumist" ja tugevamat survet. Vt näiteks üht huvitavat kodukootud varianti YouTube'i videos: [L] http://www.youtube.com/watch?v=If-jkWIa1mg .
   Kõnesisestus aitab juhul, kui inimese kõnemehhanism on kahjustamata, kuid muude seadmete kasutamine on puude tõttu ebaotstarbekas. Paraku on eesti keele tugi ka siin nõrgavõitu, kasutada tuleb muude keelte abi.

Eraldi teema moodustavad lülitisüsteemid, mida vaatleme lähemalt viimases alapeatükis. Lülitid - raske puudega inimese abilised

Termin "lüliti" manab meile ilmselt esimese hooga silma ette seinal oleva nupu, mis meie laelambi põneva paneb, või teleka küljes oleva samalaadse nublaka - igatahes ei taha see tavainimesel eriti haakuda IT-valdkonnaga. Samas on lülitisüsteemid mõnegi inimese jaoks ainus võimalus arvutit kasutada.

Ka klaviatuuri ja hiirenuppe võib mingis mõttes vaadelda lülititena - ka need käivitavad mingi konkreetse tegevuse. Arvuti juhtimiseks kasutatavad lülitid on reeglina aga lihtsad - tüüpilised on vaheldumisi käima/seisma -vajutustega nupplülitid. Raskema puude korral aga tulevad mängu kõikvõimalikud erikujulised lülitid - niikaua kui inimesel on säilinud mistahes tahtele alluv funktsioon, saab seda kasutada ka lülitite aktiveerimiseks. Lüliti võib paigutada kaenla alla, küünarliigesesse, jala alla...

Lüliti

Sageli kasutatakse lüliteid koos ekraanil oleva klaviatuuriemulaatoriga. Esmane lülitivajutus paneb kursori liikuma mööda klaviatuuriridu, järgmine fikseerib rea ja kursor hakkab hüppama mööda reas olevaid märke, kolmandaga valitakse konkreetne märk, mis saadetakse näiteks tekstitoimetisse. Selline tööviis on küll aeglane, kuid võimaldab ka üliraske puudega inimesel arvutiga toime tulla.

Ka hiire liikumist saab emuleerida lülitite abil - näiteks on eraldi lülitid kursori liigutamiseks ekraanil kõiki nelja suunda (käima-seisma), lisaks eraldi lülitid vasaku, keskmise ja parema hiirenupu jaoks ning lisaks veel topeltklõpsu ning hiirega lohistamise tarvis.

Väga asjalik abiline paljudele puudega inimestele on morsesisend. Morset võib arvutisse sisestada enam-vähem traditsioonilisel viisil morsevõtmega (mis sisuliselt on erikujuline lüliti), kuid sageli kasutatakse selleks ka puhumistoru (puff switch). Torusse puhutavad õhuimpulsid registreeritakse punktide ja kriipsudena vastavalt nende pikkusele ning transleeritakse sümboliteks. Tänapäevane kahepoolse toimega puhumistoru (sip-and-puff switch; vt näiteks [L] http://www.axistive.com/what-are--sip-n-puff--mouth-controlled-joysticks-.html) võimaldab oskajal inimesel sisestada teksti üsna arvestatava kiirusega.

Puhumistorusid saab kasutada ka teisiti - näiteks mingi kokkulepitud signaali edastamiseks süsteemile. Sarnaseid rakendusi on olemas näiteks ka vilele reageerivatena (eri kestuse ja kõrgusega vile tähistab erinevaid käske). Kokkuvõtteks

Nägemispuuetega inimestele mõeldud tugitehnoloogia on viimastel aastatel kiirelt arenenud. Mitmed lahendused (nagu eespool kirjeldatud elektronmärkmikud) võimaldavad pimedal inimesel tööturul edukalt võistelda nägijaga. Probleemiks on aga endiselt kõrge hind, Eestis ka kättesaadavus. Lähitulevikus tuleb Eestis kindlasti luua korralik tugitehnoloogia-alane seadusandlus - praegune võimaldab liiga vaba tõlgendamist vastavalt ametnike soovile.

Liikumispuudega inimestele on tugitehnoloogia vallas loodud äärmiselt palju erinevaid lahendusi. Ehkki paljudel juhtudel taandub probleem sobiva sisendseadme leidmisele, võib mõnel juhul olla tarvis ka eritarkvara. Mida raskem on puue või mida enam komponente on liitpuudel, seda rohkem tuleb sobivaima lahenduse leidmisel tööd teha. Seetõttu on see tänuväärt tööpõld kõigile tuleviku MacGyveritele... Viiteid

   Microsoft Accessibility Guides. [L] http://www.microsoft.com/enable/guides/default.aspx
   MacOS X Universal Access. [L] http://www.apple.com/macosx/features/universalaccess/
   Linux Accessibility HOWTO. [L] http://www.tldp.org/HOWTO/Accessibility-HOWTO/
   GNOME Accessibility Project. [L] http://developer.gnome.org/projects/gap/