Siegfried Kreutzer
Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien
für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB
ISBN: 978-3-8428-2392-1
Herstellung: Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2012
Zugl. UMIT - Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik
und Technik, Hall in Tirol, Österreich, Magisterarbeit, 2011
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http://www.diplomica.de, Hamburg 2012
Kurzfassung
Einschränkungen in Mobilität und Ausdrucksmöglichkeit sind für körperbehinderte
Menschen ein Bestandteil des täglichen Lebens. Für diese Menschen ist der Compu-
ter vielfach die einzige Möglichkeit sich ihrer Umwelt mitzuteilen. Die Benutzung ei-
nes Computers ist meist nur mit entsprechenden Hilfsmitteln, sogenannten Assistie-
renden Technologien, und deren individueller Anpassung möglich. Bis dato war dies
zumeist ein langwieriger Anpassungsprozess, welcher sich über Monate hinziehen
konnte. In einer Arbeit von Frydyada de Piotrowski wurde 2008 die theoretische Ba-
sis geschaffen, um einen strukturierten und effektiven Anpassungsprozess zu ermög-
lichen. Dabei wurden die notwendigen Daten für ein Userprofil ermittelt, Mindestan-
forderungen an Assistierende Technologien festgelegt, sowie Regeln und Heuristiken
geschaffen um diesen Anpassungsprozess zu beschleunigen. Praktikabel kann die
Arbeit von Frydyada de Piotrowski jedoch nur eingesetzt werden, wenn sie automa-
tionsunterstützt erfolgt.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prototyp eines Expertensystems entwickelt, der
die Voraussetzungen schafft, um Frydyada de Piotrowskis theoretische Basis zu
überprüfen und in praktikabler Form einzusetzen. Die Entwicklung des Expertensys-
tems erfolgte mittels der Expertensystem-Shell d3web. Ein semantisches Wiki na-
mens KnowWE wurde benutzt um die Wissensbasis zu entwickeln, wodurch ein
webbasiertes Expertensystem für Assistierende Technologien (ESAT) entstand.
Durch die Verwendung von Continuous-Integration (CI) konnte eine dauerhafte
Überprüfung der Wissensbasis auch bei Regeländerungen etabliert werden. Retro-
spektive Tests und eine Zeitmessung ermöglichen es, Aussagen in Bezug auf Rich-
tigkeit der Heuristiken, Praktikabilität und Effizienz zu treffen. Die Darstellung der Er-
gebnisse, eine kritische Diskussion und ein Ausblick über mögliche weiterführende
Tätigkeiten runden diese Arbeit ab.
Schlüsselwörter: d3web, Expertensystem, Assistierende Technologien,
Künstliche Intelligenz, continuous integration
Abstract
Limitations in mobility and the handicaps to express themselves are for disabled
people a part of everyday life. For these people the computer is often the only way to
communicate with their environment. Usually the appropriate use of a computer is
only possible with customized "assistive technologies". Until today this was usually a
long process of adjustment which could take months. In a study in 2008 by Frydyada
de Piotrowski, the theoretical basis has been created to allow a structured and effec-
tive process of adjustment. In his research the necessary data for a user profile have
been obtained, a set of minimum requirements for assistive technologies have been
determinated, and rules and heuristics have been created to support and accelerate
this process of adjustment. But the practical use of Frydyada de Piotrowskis work
can only be transposed if it is supported by automation.
In this work a prototype of an expert system has been developed which creates the
conditions to check Frydyada de Piotrowskis theoretical basis to use it in a practical
way. The development of the expert system was carried out using the expert system
shell d3web. A semantic wiki called KnowWE was used to develop the knowledge
base. The result was a web-based expert system for assistive technologies (ESAT).
The use of continuous integration (CI) enables a permanent checking of the know-
ledge base, even if someone would maintain the rules. Retrospective testing and
measuring the time allows to give statements regarding accuracy of the heuristics,
practicality and efficiency. The presentation of the results, a critical discussion, and
an outlook on possible further activities will finish this work.
keywords: d3web, expert system, assistive technologies, artificial intelligence,
continuous integration
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 UML Use-Case-Diagramm eines ersten groben Ablaufs des Expertensystems ESAT ... 4
Abbildung 2 Braille-Tastatur ,,Braillkey" der Firma Sensotec ... 19
Abbildung 3 Großfeldtastatur mit Abdeckplatte zur Fingerführung ... 20
Abbildung 4 Kleinfeldtastatur (Linkshänder) mit separatem Nummernblock ... 20
Abbildung 5 ,,WordQ" in einem Microsoft Word-Dokument (Mair [11], S. 17) ... 22
Abbildung 6 Bildschirmtastatur ,,WiVik" mit Sprachausgabe (Mair [11], S. 18) ... 22
Abbildung 7 Unterschiedlichste Sensoren und Taster (Frydyada de Piotrowski [1], S. 133) ... 24
Abbildung 8 Hardwarebasierter Mausscanner ,,MauSi Scan" ... 25
Abbildung 9 Trackball (optional mit externen Tasten) ... 26
Abbildung 10 Joystickmaus mit einstellbarer Grundgeschwindigkeit ... 27
Abbildung 11 Mundjoystick ,,Integramouse" (Frydyada de Piotrowski [1], S. 154)... 28
Abbildung 12 Tastenmaus ,,Jumbomaus" ... 29
Abbildung 13 Bildschirmlupen mit und ohne Kantenglättung (Frydyada de Piotrowski [1], S. 175) 30
Abbildung 14 Große 8-Punkt-Braillezeile (Frydyada de Piotrowski [1], S. 182)... 31
Abbildung 15 Der Turing Test ... 34
Abbildung 16 Vorgehen bei einer Problemlösung (Lämmel und Cleve [6], S. 31) ... 38
Abbildung 17 Struktur eines Expertensystems (Lämmel und Cleve [6], S. 31) ... 39
Abbildung 18 Ein einfaches semantisches Netz (Cawsey [4], S. 29) ... 41
Abbildung 19 Zugehörigkeitsfunktion für groß (Lämmel und Cleve [6], S. 100) ... 48
Abbildung 20 Breiten- und Tiefensuche (vgl. Lämmel und Cleve [6], S. 123) ... 50
Abbildung 21 Expertensystemarchitektur (Cawsey [4], S. 64) ... 53
Abbildung 22 Regelverarbeitung mit Vorwärtsverkettung (Lämmel und Cleve [6], S. 72) ... 56
Abbildung 23 Monitorfläche vs. Sichtfläche (Frydyada de Piotrowski [1], S. 84) ... 100
Abbildung 24 Ausschnitt aus der Startseite von ESAT ... 114
Abbildung 25 Hierarchische Anordnung der ESAT-Seiten (1. Teil) ... 115
Abbildung 26 Hierarchische Anordnung der ESAT-Seiten (2. Teil) ... 116
Abbildung 27 Parameterdefinition des Sehsinns von ESAT ... 117
Abbildung 28 Teil des ESAT Frageformulars mit den Rubriken Sehsinn und Gehörsinn ... 119
Abbildung 29 Definition der Diagnose "Augensteuerung" in ESAT... 120
Abbildung 30 Definition der Tastaturvariationen in ESAT ... 121
Abbildung 31 Die Definition der Heuristiken H01 und H11 von ESAT ... 123
Abbildung 32 Heuristik H03 in ESAT (Berechnung von Sehfläche und Quotienten) ... 124
Abbildung 33 Heuristik H03 in ESAT (Regeln für den Monitor 19") ... 125
Abbildung 34 ESAT CI-Dashboard ... 130
Abbildung 35 Testfälle für Technologien zur Ausgabe für den Sehsinn ... 132
Abbildung 36 Manuelle Ausführmöglichkeit der Testfälle ... 132
Abbildung 37 Ergebnis der manuellen Ausführung der Testfälle ... 133
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1 Aussagenlogisches Beispiel ... 42
Tabelle 2 Aussagenlogische Verknüpfungen (Lämmel und Cleve [6], S. 36) ... 43
Tabelle 3 Wahrheitswerttabelle aussagenlogischer Verknüpfungen (Lämmel und Cleve [6], S. 36) 43
Tabelle 4 Definition der Zustände von aussagelogischen Formeln (Lämmel und Cleve [6], S. 39) .. 44
Tabelle 5 Modus ponens und Modus tollens (Lämmel und Cleve [6], S. 43ff) ... 44
Tabelle 6 Schlussfolgerung mittels aussagelogischer Formeln ... 45
Tabelle 7 Zusammenfassung der Anforderungen an die Expertensystem-Shell ... 61
Tabelle 8 Bewertung der Entwicklungs-Tools zu den Anforderungen ... 68
Tabelle 9 Parameter für Anatomie und Motorik ... 72
Tabelle 10 Parameter für den Sehsinn ... 76
Tabelle 11 Parameter für den Gehörsinn ... 78
Tabelle 12 Parameter für die haptische Wahrnehmung ... 78
Tabelle 13 Parameter für Fertigkeiten und Vorlieben ... 79
Tabelle 14 AT-Objekt ,,standardtastatur" ... 82
Tabelle 15 AT-Objekt ,,grossfeldtastatur" ... 82
Tabelle 16 AT-Objekt ,,akkordtastatur" ... 83
Tabelle 17 AT-Objekt ,,half_qwerty_tastatur"... 83
Tabelle 18 AT-Objekt ,,brailletastatur" ... 84
Tabelle 19 AT-Objekte ,,Miniaturtastaturen" ... 84
Tabelle 20 AT-Objekte ,,Tastaturvariationen" ... 85
Tabelle 21 AT-Objekt ,,spracherkennung" ... 86
Tabelle 22 AT-Objekt ,,bildschirmtastatur" ... 87
Tabelle 23 AT-Objekt ,,einrastfunktion" ... 87
Tabelle 24 AT-Objekt ,,einrastfunktion" neu definiert ... 88
Tabelle 25 AT-Objekt ,,tastatur-wiederholparameter" ... 88
Tabelle 26 AT-Objekt ,,bmb_sensor" ... 89
Tabelle 27 AT-Objekt ,,daumen_grifftaster" ... 90
Tabelle 28 AT-Objekte ,,Drucktaster" ... 90
Tabelle 29 AT-Objekt ,,noisesensor" ... 91
Tabelle 30 AT-Objekt ,,kopf_kinntaster" ... 91
Tabelle 31 AT-Objekt ,,saug_blassensor" ... 92
Tabelle 32 AT-Objekt ,,scansystem" ... 92
Tabelle 33 AT-Objekte ,,Joysticks" ... 93
Tabelle 34 AT-Objekte ,,Mäuse" ... 94
Tabelle 35 AT-Objekte ,,Kopfjoystick" ... 95
Tabelle 36 AT-Objekte ,,Tastenmäuse" ... 96
Tabelle 37 AT-Objekte ,,Trackballs" ... 97
Tabelle 38 AT-Objekt ,,augensteuerung" ... 98
Tabelle 39 AT-Objekt ,,kopfsteuerung" ... 98
Tabelle 40 Heuristik H 02 ... 99
Tabelle 41 Hilfsmittel zur Ausgabe für den Sehsinn ... 100
Tabelle 42 Hilfsmittel zur Ausgabe für den Gehörsinn ... 102
Tabelle 43 AT-Objekte ,,Braillezeilen" ... 104
Tabelle 44 Heuristik H 01 ... 107
Tabelle 45 Eingabeparameter für das Userprofil von Herrn Huber ... 134
Tabelle 46 Eingabeparameter für das Userprofil von Frau Mayr ... 136
Abkürzungsverzeichnis
API
Application
Programming
Interface
AT
Assistierende
Technologien
BMB-Sensor Bewegungs-,
Muskelspannungs-
und
berührungsempfindlicher
Sensor
bzw.
beziehungsweise
CDSS
clinical decision support system
CI
Continuous
Integration
CLIPS
C Language Integrated Production System
d.h.
das
heißt
DMD
Duchenne
Muskeldystrophie
ESAT
Expertensystem
für
Assistierende
Technologien
ESS
Expert
System
Shell
etc.
Et
cetera
FAB
Verein zur Förderung von Arbeit und Beschäftigung
GUI
Graphical
User
Interface
i.d.R.
in
der
Regel
IKT
Informations-
und
Kommunikationstechnologie
ITS
Integriertes Therapiesystem
JESS
Java Expert System Shell
KAT
knowledge
acquisition
tool
KB
knowledge
base
KI
Künstliche
Intelligenz
o.ä.
oder
ähnliches
SchwbG Schwerbehindertengesetz
usw.
und
so
weiter
v.a.
vor
allem
vs.
Versus
WHO
World
Health
Organization
WR
Wissensrepräsentation
WV
Wissensverarbeitung
z.B.
zum
Beispiel
zit.
zitiert
Inhaltsverzeichnis
1
Einleitung ... 1
1.1
Das Virtual Office des FAB ... 1
1.2
Relevanz der Thematik ... 2
1.3
Problemstellung ... 3
1.4
Ziele und Teilziele ... 4
1.4.1
Programmierung ... 5
1.4.2
Wartung ... 5
1.4.3
Reihenfolge von Vorschlägen ... 6
1.4.4
Begründete Auswahl und Erklärungssystem ... 6
1.4.5
Abspeichern von Falldaten ... 6
1.5
Aufbau der Arbeit ... 7
2
Hintergrund ... 9
2.1
Einschränkungen durch Krankheit und Behinderung ... 9
2.1.1
Was ist eine Behinderung ... 9
2.1.2
Welche Auswirkungen haben Behinderungen ... 10
2.1.3
Behinderungen von Klienten im Virtual Office ... 12
2.1.3.1
Körperliche Beeinträchtigungen im Virtual Office ... 13
2.1.3.2
Geistige Beeinträchtigung im Virtual Office ... 15
2.2
Assistierende Technologien ... 17
2.2.1
Technologien zur Zeicheneingabe... 19
2.2.2
Sensoren ... 23
2.2.3
Technologien zur Positionseingabe ... 26
2.2.4
Technologien zur Ausgabe ... 29
2.2.5
Förderung kognitiver Fähigkeiten ... 32
2.3
Künstliche Intelligenz ... 33
2.3.1
Definition des Begriffs ,,Künstliche Intelligenz (KI)"... 35
2.3.2
Wissensrepräsentation und Verarbeitung von Wissen ... 37
2.3.2.1
Wissensdarstellung durch Logik ... 42
2.3.2.2
Darstellung von vagem Wissen ... 46
2.3.3
Suchstrategien zur Problemlösung ... 48
2.4
Expertensysteme ... 52
2.4.1
Regelbasierte Wissensdarstellung ... 55
2.4.1.1
Vorwärtsverkettung ... 56
2.4.1.2
Rückwärtsverkettung ... 57
2.4.1.3
Vorwärts- oder Rückwärtsverkettung ... 57
2.4.2
Beispiele von Expertensystemen... 58
2.4.3
Auswahl einer Expertensystem-Shell ... 60
2.4.3.1
Zusammenfassung der Anforderungen ... 60
2.4.3.2
Welche Expertensystem-Shells wurden geprüft ... 61
2.4.3.3
Begründung für die Auswahl ... 67
2.5
Forschungsfrage ... 69
3
Methoden ... 70
3.1
Parameter für das Userprofil (Symptome) ... 71
3.1.1
Anatomie und Motorik ... 72
3.1.2
Sehsinn ... 76
3.1.3
Gehörsinn ... 77
3.1.4
Haptik ... 78
3.1.5
Fertigkeiten, Vorlieben und Hilfsparameter ... 79
3.2
Parameter für Mindestanforderungen von ATs (Diagnosen) ... 80
3.2.1
Eingabe ... 81
3.2.1.1
Technologien zur Zeicheneingabe ... 81
3.2.1.2
Sensoren ... 89
3.2.1.3
Technologien zur Positionseingabe ... 92
3.2.2
Ausgabe ... 98
3.2.2.1
Sehsinn ... 99
3.2.2.2
Gehörsinn ... 102
3.2.2.3
Haptische Wahrnehmung... 103
3.3
Regeln, Heuristiken und Metaheuristiken ... 105
3.3.1
Heuristiken ... 106
3.3.2
Metaheuristiken... 107
3.3.2.1
Erfassen des Userprofils ... 107
3.3.2.2
Auswählen der Ausgabemöglichkeit ... 108
3.3.2.3
Auswählen der Eingabemöglichkeit ... 109
4
Implementierung ... 113
4.1
Implementierung der Symptome ... 116
4.2
Implementierung der Diagnosen ... 119
4.3
Implementierung der Heuristiken ... 122
5
Test und Validierung ... 127
5.1
Test auf Funktionalität ... 128
5.2
Test auf Praktikabilität der Heuristiken ... 133
5.2.1
Fall 1 Herr Huber ... 133
5.2.2
Fall 2 Frau Mayr ... 135
5.3
Test des Handlings und der Zeit ... 138
6
Ergebnis ... 139
6.1
Ergebnis Fall 1 Herr Huber ... 139
6.2
Ergebnis Fall 2 Frau Mayr ... 139
6.3
Ergebnis des Handlings und der Zeitmessung ... 140
6.4
Ergebnis der Forschungsfrage ... 140
7
Diskussion ... 142
7.1
Ergebnisinterpretation der retrospektiven Testfälle ... 142
7.2
Ergebnisinterpretation von Zeitmessung und Handling ... 142
7.3
Diskussion über die erreichten Ziele und Teilziele ... 143
7.3.1
Programmierung ... 143
7.3.2
Wartung ... 143
7.3.3
Reihenfolge der Vorschläge ... 144
7.3.4
Erklärungssystem ... 144
7.3.5
Abspeichern von Fällen ... 145
7.4
Diskussion über die Entwicklung ... 145
7.4.1
Gründe für die Verwendung von d3web als Shell ... 145
7.4.2
Gründe gegen die Verwendung von d3web als Shell... 146
7.4.3
Auswahl der Methoden ... 146
7.4.4
Test des Prototyps ... 147
7.5
Allgemeine Diskussion der Arbeit ... 147
8
Ausblick ... 148
9
Literaturverzeichnis ... 149
1 Einleitung
1
1 Einleitung
Bei der 4. Tagung des Österreichischen Arbeitskreises für Transpersonale Psy-
chologie und Psychotherapie (ÖATP) "Von Herz zu Herz", hielt Leo Prothmann
einen Vortrag mit dem Thema ,,Leben heißt sich mitteilen". Dieser Titel sei Inspira-
tion, um darüber nachzudenken, dass es ein wichtiges Bedürfnis des Menschen
ist, sich mitzuteilen. Körperbehinderten Menschen ist dies durch ihre oftmals mul-
tiplen Einschränkungen nicht möglich. Einerseits sind sie vielfach in ihrer Mobilität
beschränkt und können in den seltensten Fällen selbständig weite Distanzen mit-
tels Auto oder Zug zurücklegen, um Freunde zu treffen oder neue Kulturen kennen
zu lernen. Andererseits sind nicht selten nur mangelhafte Ausdrucksmöglichkeiten
durch sprachliche Behinderung oder Einschränkung der Gestik gegeben.
Moderne Kommunikationsmittel wie Computer und Internet sind daher häufig die
einzige Möglichkeit für diese Menschen, sich aktiv ihrer Umwelt mitzuteilen. Spe-
zielle Hilfsmittel, sogenannte ,,Assistierende Technologien" (AT), helfen diesen
Menschen bei der Bedienung des Computers. Das Virtual Office des Vereins zur
Förderung von Arbeit und Beschäftigung (FAB) ist eine Einrichtung für körperbe-
hinderte Jugendliche, welche den Schwerpunkt auf Computerarbeit legt und in
Kapitel 1.1 vorgestellt wird.
1.1 Das Virtual Office des FAB
1
Im Virtual Office des FAB werden Jugendliche mit mehrfachen Beeinträchtigungen
im Umgang mit dem Computer geschult. Mit dem Einsatz individuell angepasster
Hilfsmittel erhalten die Jugendlichen im IT-Bereich eine weitere schulische Förde-
rung und eine berufliche Qualifizierung. Das Ziel der dreijährigen Ausbildung ist
es, die Jugendlichen auf den ersten Arbeitsmarkt vorzubereiten und nach Mög-
lichkeit auch eine geeignete Arbeitsstelle zu finden. Den Jugendlichen eröffnen
sich neue Möglichkeiten, ihre Gedanken und Ideen zu konkretisieren, umzusetzen
1
Als inhaltliche Grundlage dienten:
Das Curriculum des Virtual Office [12], ein Gespräch mit dem Leiter des Virtual Office, Harald Bjelik
sowie die Webseiten des FAB und des Virtual Office
http://www.fab.at/Arbeit_Beschaeftigung_Geschaeftsfelder_ProWork_1257.htm
http://www.vo-fab.at/
1 Einleitung
2
und mit anderen zu kommunizieren. Mit dem Computer können Potentiale ge-
weckt und gefördert werden, weshalb Computer und Assistierende Technologien
zentrale Werkzeuge darstellen. Im Virtual Office stehen 24 Ausbildungsplätze so-
wie drei weitere Plätze für Jugendliche aus anderen Bundesländern zur Verfü-
gung. Derzeit betreuen zehn hauptberufliche Mitarbeiter, sowie ca. acht nebenbe-
rufliche Trainer die Jugendlichen. Das Ausbildungsspektrum umfasst
x fachliche Schwerpunkte wie
o
Textverarbeitung,
Präsentationen,
Tabellenkalkulation
o
Bild-,
Audio-
und
Videobearbeitung
o
Internet
o
Erstellen
von
Websites
o
Digitalisierung
von
Dokumenten
o
Bürotätigkeiten
x allgemeinbildende Schwerpunkte wie
o
Alltagsmathematik
o
Deutsch
und
Schriftverkehr
o
Kulturtechniken
x individuelle Förderungen im Bereich
o
Selbstkompetenz
o
Soziale
Kompetenz
o
Teamfähigkeit
o
Kognitiver
Leistung
Die Finanzierung wird durch die Sozialabteilung des Landes Oberösterreich si-
chergestellt.
1.2 Relevanz der Thematik
Die Anpassung und Auswahl von Assistierenden Technologien an Menschen mit
körperlichen Einschränkungen ist ein langwieriger Prozess. Eine Vielzahl von Ge-
rätschaften muss am Klienten ,,erprobt" werden. Dieser iterative Prozess aus Ver-
such und Irrtum kann sich über Monate des Beobachtens hinziehen und benötigt
viel Erfahrung [1]. Es wäre daher im Interesse aller Betroffenen diesen Prozess zu
1 Einleitung
3
beschleunigen und damit nicht nur Geld und Zeit zu sparen, sondern vor allem die
Nerven der beteiligten Personen zu schonen. Die Notwendigkeit eines solchen
Systems wäre nicht nur für das Virtual Office gegeben, sondern auch für alle Or-
ganisationen die sich mit dem Problemfeld körperbehinderter Menschen und IT
beschäftigen. Die Recherchen des Autors ergaben, dass eine geeignete Möglich-
keit, diesen Prozess automationsunterstützt zu beschleunigen, derzeit nicht exis-
tiert.
1.3 Problemstellung
Die Ende 2008 erstellte Diplomarbeit von Arkadiusz Marcin Frydyada de Piotrows-
ki mit dem Titel ,,Heuristik zur Anpassung der Ein- und Ausgabeschnittstellen für
Menschen mit Einschränkungen" [1] stellt den theoretischen Hintergrund für die
aktuelle Arbeit dar.
Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt in seiner Arbeit, wie die Fähigkeiten und
Unfähigkeiten betroffener Personen die Mensch-Computer-Interaktion beeinflus-
sen. Die Einschränkungen der Betroffenen reichen ,,[...] von Behinderungen der
Sinnesorgane oder der Motorik über kognitive und psychologische Einschränkun-
gen bis hin zu Sprachbehinderungen" [1]. Einschränkungen weisen unterschiedli-
che Ausprägungen und Schweregrade auf und die Auswahl einer guten Kombina-
tion an Assistierenden Technologien ist oft ein langwieriger Prozess des Beobach-
tens und Probierens [1]. Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt nicht nur die ein-
zelnen Ausprägungen von Behinderungen und die Mindestanforderungen von As-
sistierenden Technologien, sondern auch Heuristiken zur Verwendung dieser
Technologien für körperbehinderte Menschen mit bestimmten Fähigkeiten, basie-
rend auf systematischen Beobachtungen, Forschungsergebnissen und Befragun-
gen von Experten. Er hat zudem einen Entscheidungsprozess entwickelt, welcher
zu einem auf den Benutzer zugeschnittenen Vorschlag von Assistierenden Tech-
nologien führt [1]. Mit diesem Entscheidungsprozess soll es gelingen, die oft lang-
wierigen Anpassungen, welche Erfahrung und Expertise voraussetzt, zu verkürzen
und eine systematische Vorgehensweise zu etablieren. Profile, Mindestanforde-
1 Einleitung
4
rungen, Regeln und Heuristiken wurden von Frydyada de Piotrowski theoretisch
beschrieben, jedoch keine Informationstechnologische Umsetzung durchgeführt.
1.4 Ziele und Teilziele
Ziel dieser Arbeit ist, den in Kapitel 1.3 beschriebenen Gap zwischen theoretischer
Beschreibung und automatisierter Anwendung zu schließen und aufbauend auf
Frydyada de Piotrowskis Arbeit [1] eine informationstechnologische Umsetzung in
Form eines Expertensystems zu entwickeln. Dieses Expertensystem soll die Mit-
arbeiter des Virtual Office bei der Auswahl von ATs für betroffene Klienten unter-
stützen.
UML Use-Case-Diagramme dienen als Visualisierungstechnik in der Systemana-
lyse und wurden Anfang der 90er Jahre von Ivar Jacobson eingeführt (vgl. [2]).
Einen ersten groben Ablauf des Expertensystems skizziert nachfolgendes Use-
Case-Diagramm:
Abbildung 1 UML Use-Case-Diagramm eines ersten groben Ablaufs des Expertensystems ESAT
1 Einleitung
5
Die erste Notwendigkeit ist, eine geeignete Expertensystem-Shell auszuwählen,
welche die Umsetzung nach den in folgenden Kapiteln beschriebenen Teilzielen
unterstützt.
1.4.1 Programmierung
Der Autor besitzt zwar eine fundierte Programmierausbildung, jedoch hat eine Ab-
schätzung des Aufwandes ergeben, dass eine Programmierung von Grund auf
den vorgegebenen Zeitrahmen drastisch sprengen würde. Neben dem Program-
mieren gibt es am Markt verfügbare Baukastensysteme und Expertensystem-
Shells, welche in der Art der Benutzung mit einem Wiki, Content-Management-
System (CMS) oder Autoren-System verglichen werden können. Dabei wird in ei-
ner Arbeitsumgebung (Shell) ein Expertensystem ohne programmieren, sondern
durch die zur Verfügung gestellten Werkzeuge, wie z.B. einem grafischen Regel-
editor für den Aufbau der Wissensbasis, erstellt. Auch bei Wikis, Lernmanage-
ment-Systemen (LMS), CMS oder Autorenwerkzeugen ist das Ziel eine rasche
Umsetzung der gewünschten Anforderungen, ohne Programmierkenntnisse zu
erreichen [3]. Cawsey [4] schreibt dazu, dass die Verwendung von Shells zum
Erstellen von Expertensystemen im Allgemeinen die Kosten und die Zeit für die
Entwicklung, im Vergleich zu herkömmlicher Programmierung, reduziert. Zudem
beherbergen Individualentwicklungen anfänglich meist mehr Fehler als bewährte
Standardsoftware [5]. Standardsoftware aber auch Baukastensysteme oder Shells
haben häufig durch zahlreiche Anwendungen und Installationen bereits Praxis-
tauglichkeit bewiesen. Deshalb soll nach einem Werkzeug gesucht werden, das
die Umsetzung ohne vertiefte Programmierkenntnisse ermöglicht.
1.4.2 Wartung
Änderungen der Wissensbasis durch Regelanpassungen sowie Erweiterung der
Wissensbasis durch Hinzufügen von neuen ATs sollen durch Mitarbeiter des Vir-
tual Office ebenfalls ohne Programmierkenntnisse möglich sein. Dadurch soll der
Einsatz und der Lebenszyklus des Expertensystems verlängert werden, da ein
Experte, der Änderungen und Wartungen durchführt, nicht immer verfügbar sein
1 Einleitung
6
kann und die Akzeptanz des Expertensystems stark von der Aktualität der Wis-
sensbasis abhängig ist.
1.4.3 Reihenfolge von Vorschlägen
Wenn mehrere Hilfsmittel eingesetzt werden können, soll das Expertensystem
eine Anzahl an ATs in entsprechender Reihenfolge liefern. Dazu ist es notwendig
die Hilfsmittel zu bewerten und Heuristiken zu implementieren, welche eine Rei-
henfolge festlegen. Als Beispiel sei an dieser Stelle angeführt, dass ein Klient eher
mit den Fingern eine Tastatur bedienen wird als mit einem Kopfstab, auch wenn er
sowohl Extremitäten als auch den Kopf benutzen kann. Daher wäre es sinnvoll,
eine Tastatur für die Bedienung mit den Fingern vor eine Eingabemöglichkeit mit
dem Kopf zu reihen.
1.4.4 Begründete Auswahl und Erklärungssystem
Nicht nur die Reihenfolge soll festgelegt werden. Wichtig ist, eine nachvollziehbare
Begründung für Vorschläge von ATs zu erhalten. Dazu enthalten die meisten Ex-
pertensystem-Shells sogenannte Erklärungskomponenten, welche eine Folgerung
begründen (vgl. [4]). Vor allem bei vagem Wissen ist eine Erklärung nötig, um die
Folgerungen für den Benutzer nachvollziehbar zu machen. Vages Wissen unter-
scheidet sich von der klassischen zweiwertigen Logik, in welcher es nur wahr und
falsch gibt, dadurch, dass ,,[...] deren Wahrheitswert nicht klar zu bestimmen ist
oder deren Wahrheitswert noch nicht bekannt ist" [6]. Eine nähere Erläuterung
über vages Wissen ist in Kapitel 2.3.2.2 zu finden.
1.4.5 Abspeichern von Falldaten
Es scheint sinnvoll, die Daten eines Falles abzuspeichern. Sollte sich die Behinde-
rung eines Klienten ändern (verbessern oder verschlechtern), wäre es durch La-
den des Falles und Anpassung weniger Parameter möglich, neue Vorschläge für
einzusetzende ATs zu generieren. Es soll also nach einer Expertensystem-Shell
1 Einleitung
7
gesucht werden, welche ein Abspeichern und erneutes Laden von Falldaten er-
möglicht.
1.5 Aufbau
der
Arbeit
Bei der Arbeit handelt es sich um die Entwicklung eines Expertensystems nach
den in Kapitel 1.4 beschriebenen Anforderungen. In der Arbeit von Frydyada de
Piotrowski [1] sind bereits die theoretischen Grundlagen für die funktionale Prob-
lemstellung abgedeckt. Darin sind alle relevanten Parameter für die Bildung eines
Userprofils (Fall) beschrieben. Eine Vielzahl von ATs wurde bereits von Frydyada
de Piotrowski mit den zu erfüllenden Voraussetzungen erfasst. Darüber hinaus
sind durch Tests, Messungen, Heuristiken und Best Practice zu verschiedenen
Einschränkungen und Krankheitsbildern sowie Parametern des Userprofils Regeln
aufgestellt worden, welche eine Zuordnung der ATs erlauben.
Die Problemstellung bzw. Aufgabe beschäftigt sich daher nicht mehr damit, he-
rauszufinden welche ATs für welchen Benutzer mit welchen Symptomen bzw. Fer-
tigkeiten geeignet sind, sondern vielmehr mit der Implementierung eines Exper-
tensystems, welches den Benutzer aktiv bei der Auswahl von ATs unterstützt.
In Kapitel 2 wird dazu der theoretische Hintergrund geliefert. Es werden Krankhei-
ten und Behinderungen sowie exemplarisch Assistierende Technologien zur Un-
terstützung beschrieben. Expertensysteme sind Teil der ,,Künstlichen Intelligenz"
(KI) um menschliche Argumentationen und gesammeltes Fachwissen in Entschei-
dungsprozessen zu imitieren [7]. Deshalb erfolgt eine theoretische Abhandlung
über KI ebenso in Kapitel 2. Es werden relevante Publikationen und weitere Ein-
flussfaktoren herangezogen, um eine passende Entwicklungsumgebung zu be-
gründen. Schlussendlich erfolgt die Formulierung der Forschungsfragen.
Kapitel 3 beschreibt die Methoden, wie die notwendigen Daten (Parameter des
Benutzerprofils und Diagnosen bzw. ATs) über Regeln und Heuristiken zusam-
mengeführt werden.
Kapitel 4 beschreibt die konkrete Implementierung in der ausgewählten Entwick-
lungsumgebung. Die große Herausforderung dabei ist, festzustellen, ob die ge-
1 Einleitung
8
wünschten Anforderungen auch tatsächlich mit den vorhandenen Mitteln umge-
setzt werden können. Hierbei soll mittels Werkzeugen der Expertensystem-Shell
die Entscheidungslogik als Wissensbasis implementiert werden. Die Implementie-
rung des Expertensystems kann grob in folgende Aufgaben gefasst werden:
x Erfassen und abbilden der notwendigen Parameter bzw. Fähigkeiten der
Klienten durch geeignete Fragestellungen
x Erfassen
der
ATs
x Abbilden einer Wissensbasis bestehend aus Regeln und Heuristiken die auf
den Ergebnissen der Arbeit von Frydyada de Piotrowski [1] beruht und eine
Zuordnung von ATs zu den jeweiligen Benutzerprofilen ermöglicht
In Kapitel 5 wird der fertige Prototyp auf Funktionsweise getestet und in Kapitel 6
das Ergebnis der Arbeit dargestellt sowie die Forschungsfrage beantwortet.
In Kapitel 7 wird die Arbeit im Allgemeinen diskutiert und Kapitel 8 gibt schließlich
einen Ausblick über Weiterentwicklung und Einsatz des Prototyps sowie über Fra-
gestellungen, welche in weiterführenden Arbeiten abzuhandeln wären.
Aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung sind alle Aussagen in diesem Do-
kument als geschlechtsneutral zu verstehen.
Es werden eingetragene Warenzeichen, Handelsnamen und Gebrauchsnamen
verwendet. Auch wenn diese nicht als solche gekennzeichnet sind, gelten die ent-
sprechenden Schutzbestimmungen.
2 Hintergrund
9
2 Hintergrund
2.1 Einschränkungen durch Krankheit und Behinderung
Buchhas [8] schreibt, dass Menschen in allen Lebensphasen vor Entwicklungs-
aufgaben stehen. Menschen müssen, nach Oerter und Montada [9], bestimmte
Aufgaben im Laufe ihres Lebens bewältigen, um glücklich zu sein. Dabei unter-
scheiden Oerter und Montada [9] zwischen Entwicklungsaufgaben welche obliga-
torisch zu erfüllen sind und kritische Lebensereignisse, welche optional Chancen
bieten aber auch Traumata und Störungen verursachen können. In unserer Ge-
sellschaft ist es für Jugendliche mit körperlichen Beeinträchtigungen zum Teil
schwer, diese Entwicklungsaufgaben zu bearbeiten [8]. Einen Grund dafür sieht
Buchhas [8] darin, dass ihnen die Teilhabe an der alltäglichen sozialen Welt we-
gen ihrer eingeschränkten Mobilität oft nur erschwert möglich ist.
2.1.1 Was ist eine Behinderung
Der Begriff ,,Behinderung" im Sinne von ,,anormal" wird in der Heilpädagogik seit
fast 50 Jahren verwendet [8].
,,Eine Person gilt als behindert, wenn sie wegen einer Schädigung im
körperlichen, geistigen oder seelischen Bereich soweit eingeschränkt
ist, dass die Teilhabe am Leben der Gesellschaft oder die Entwick-
lung zur selbstständigen Lebensführung erschwert wird" (Schmutzler,
2002 zit. aus Buchhas [8], S. 105).
Nach Goll [10] werden unter dem Begriff ,,Behinderung" in der amtlichen Statistik
Deutschlands eine Vielzahl unterschiedlichster Beeinträchtigungen, wie dauerhaf-
te körperliche, geistige und seelische Schädigungen, zusammengefasst.
,,Als Schwerbehinderte werden Personen mit einem gemäß Schwer-
behindertengesetz (SchwbG) anerkannten Grad der Behinderung
von mindestens 50 % ausgewiesen. Am Ende des Jahres 1993 leb-
ten in Deutschland ca. 6,4 Millionen Schwerbehinderte, das waren
2 Hintergrund
10
8,3 % der Gesamtbevölkerung. Knapp die Hälfte dieses Personen-
kreises, insgesamt ca. drei Millionen Personen, befand sich im er-
werbsfähigen Alter" (Goll et al. [10], S. 12).
In der Pressemitteilung
2
Nr. 325 des Statistischen Bundesamtes Deutschland vom
14. September 2010 waren zum Jahresende 2009 in Deutschland 7,1 Millionen
Menschen, das sind 8,7 % der Gesamtbevölkerung Deutschlands, schwerbehin-
dert (2,7 % mehr als zum Jahresende 2007). Anhand dieser Zahlen lässt sich ab-
leiten, dass diese Bevölkerungsgruppe nicht nur einen wichtigen Faktor in der Ge-
sellschaft darstellt, sondern auch wächst. Für eine detailliertere Ausdifferenzierung
und mögliche Gründe dieser Entwicklung verweist der Autor auf die entsprechen-
de Literatur z.B. vom Statistischen Bundesamt.
2.1.2 Welche Auswirkungen haben Behinderungen
Im Speziellen soll auf Behinderungen, die sich körperlich auswirken, eingegangen
werden. Körperbehinderungen haben immer eine motorische Einschränkung zur
Folge, da diese motorischen Fähigkeiten nur teilweise ausgebildet sind [11]. Mair
[11] betont, dass gerade bei Körperbehinderungen die Ausbildung am Computer
eine essentielle Rolle spielt, da aufgrund der fehlenden feinmotorischen Fähigkei-
ten die Ausübung handwerklicher Berufe fast nicht möglich ist. Im Gegenzug wei-
sen Tauber et al. [12] darauf hin, dass die Menschen, abhängig von der Art der
Einschränkung, Probleme bei der Interaktion mit dem Computer haben. Diese
Einschränkungen erschweren die Bedienung der Geräte und damit die Erledigung
gewisser Aufgaben im Rahmen einer Beschäftigung oder machen diese gar un-
möglich [12].
Goll et al. [10] führen eine Reihe an Beispielen von möglicherweise problemati-
schen Tätigkeiten an:
x Lesen von gedrucktem Material
x Wahrnehmen akustischer Signale
2
URL: http://www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/DE/Presse/pm/2010/09/
PD10__325__227.psml
2 Hintergrund
11
x Verstehen von auditiven Informationen
x Nutzung
des
Telefons
x Umgang mit (Hand-)Büchern
x Betätigung von Schaltern
x Bedienung der Tastatur, des Druckers, Faxgeräts
x Einschieben von Disketten, CD-Roms etc.
x Bedienung graphischer Oberflächen
Menschen mit Sehbehinderungen haben bei der Eingabe zwar meist keine
Schwierigkeiten, jedoch ist für sie der Bildschirm als zentrales Ausgabemedium oft
nur eingeschränkt oder gar nicht zu benutzen [10]. Gehörlose und schwerhörige
Personen können mit dem Computer weitgehend problemlos arbeiten, abgesehen
von Sprach- und Telefonkommunikation [10]. Bei Körperbehinderten führen Ein-
schränkungen im Arm- und Handbereich sowie Koordinationsschwächen zu
Schwierigkeiten bei der Eingabe [10]. Goll et al. [10] weisen darauf hin, dass je
nach Art und Intensität dieser Einschränkungen eine Vielzahl von Hilfsmitteln zur
Verfügung stehen, die das Arbeiten mit Tastatur und Maus unterstützen oder dem
Körperbehinderten andere Formen der Kommunikation mit dem Computer eröff-
nen. Allerdings erfordert die Bedienung dieser Hilfsmittel ein spezielles Training,
sie können aber bei entsprechender Einarbeitung schnell bedient werden und bie-
ten somit eine besondere Chance für diese Menschen [10].
Im Regelfall weisen betroffene Personen eine Mehrfachbehinderung auf [8]. Dabei
treffen mehrere Behinderungen zusammen, wie z.B. eine Beeinträchtigung der
Sprache in Folge von Gehörlosigkeit oder eine Leseschwäche in Folge einer Seh-
beeinträchtigung [8]. Behinderungen sind subjektiv und werden von den Men-
schen unterschiedlich wahrgenommen. Für Betroffene ist es von Bedeutung, mit
der Behinderung umgehen zu lernen [8]. Goll et al. [10] sehen Behinderungen als
das Ergebnis des Zusammentreffens von Funktionsbeeinträchtigungen und Anfor-
derungssituationen. Ob z.B. Computertastaturen benutzt werden können, ist nicht
allein von der der Art und Intensität der Beeinträchtigung abhängig, sondern auch
davon, wie entsprechende Computertastaturen gestaltet sind. Größe, Anordnung
der Tasten und deren Druckwiderstand seien als Beispiel dafür aufgezählt [10].
2 Hintergrund
12
2.1.3 Behinderungen von Klienten im Virtual Office
Welche Behinderungen sind nun vornehmlich bei Klienten des Virtual Office anzu-
treffen? Tauber et al. [12] und Frydyada de Piotrowski [1] sprechen dabei von Be-
hinderungen aus dem spastischen Formenkreis, aber auch Menschen welche an
Muskeldystrophie leiden oder Menschen mit genetisch bedingten neurologischen
Störungen, die sich in motorischen Einschränkungen äußern, zählen dazu. Ein-
gangsvoraussetzung für die Maßnahme Virtual Office sind Beeinträchtigungen,
welche eine Beschäftigung unmöglich machen, in der manuelle Fertigkeiten erwar-
tet werden [8]. Die auftretenden Einschränkungen sind in ihrem Schweregrad äu-
ßerst unterschiedlich und reichen von leichten bis schweren Einschränkungen in
den Bereichen Motorik, Wahrnehmung und Kognition [8, 12]. Defizite im kognitiven
Bereich werden bereits beim Aufnahmegespräch (Screening) identifiziert, während
der dreimonatigen Orientierungsphase im Detail festgestellt und in einem ersten
Profil festgehalten [12]. Tauber et al. [12] weisen darauf hin, dass die Klienten im
Virtual Office Entwicklungsverzögerungen verschiedenen Grades aufweisen und
z.B. signifikante Sehbehinderungen eine Barriere darstellen, die schwer zu über-
winden ist. Massive Lese- und Rechtschreibschwächen sind nur eine von vielen
möglichen Folgeerscheinungen [12].
Buchhas [8] führt in ihrer Arbeit viele Beispiele von Klienten des Virtual Office an.
Diese sind zumeist Elektro-Rollstuhlfahrer oder haben einen mechanischen Roll-
stuhl, weisen Bewegungsstörungen der Arme und Beine auf, besitzen zum Teil
eine Fehlstellung der Augen oder haben Schwierigkeiten sich sprachlich auszu-
drücken [8]. Außerdem weist sie auf Querschnittlähmung nach Unfällen, verlang-
samte Motorik, Einschränkung der Feinmotorik oder eine deformierte Wirbelsäule
hin [8].
Mair [11] beschreibt im Detail die wichtigsten Krankheitsbilder, welche bei Klienten
im Virtual Office vorkommen. Nachfolgend sind einige dieser Krankheitsbilder zu-
sammengefasst.
2 Hintergrund
13
2.1.3.1 Körperliche Beeinträchtigungen im Virtual Office
Da vor allem körperliche Beeinträchtigungen den Umgang mit dem Computer be-
einflussen, soll zunächst auf die Krankheitsbilder, welche sich auf den Körper
auswirken, eingegangen werden.
x Infantile Zerebralparese ist die allgemeine Bezeichnung für Folgen eines
frühkindlichen Hirnschadens (Pschyrembel, zit. aus Mair [11], S. 5). Ihre
Merkmale sind ungewöhnliche Muskelspannungen, eine gestörte Koordina-
tion von Bewegungsabläufen, Lähmungen und Sprachstörungen [11]. Auf
den Seiten der Charité Universitätsmedizin Berlin
3
ist zu entnehmen, dass
hierbei auch die Bezeichnung ,,Spastiker" verwendet wird. Der Zusatz ,,in-
fantil" bedeutet eine Schädigung zwischen Schwangerschaftsbeginn und
dem zweiten Lebensjahr, wobei auch im späteren Lebensalter Zerebralpa-
resen, z.B. durch Schädel-Hirn-Traumata oder Schlaganfälle, erworben
werden können [11]. Die Prävalenz gibt Mair [11] mit ein bis drei Fällen pro
1000 Neugeborene an. Kallenbach (Kallenbach, 2002 zit. aus Mair [11],
S. 5) unterscheidet bei der Zerebralparese drei Störungsbilder:
o
Spastizität
(erhöhte
Muskelspannung)
o
Athetose (schwankende Muskelspannung)
o
Ataxie (niedrige Muskelspannung, Gleichgewichtsstörung)
Durch krankhafte Bewegungsabläufe und unwillkürliche Zuckungen sind
Arbeiten, die Feinmotorik voraussetzen, fast nicht durchführbar [11]. So
können Eingaben über die Tastatur nur erschwert durchgeführt werden
[11].
x Spastische Tetraparese ist die häufigst vorkommende Form der Parese
im Virtual Office. Sie ist eine Erscheinungsform der Infantilen Zerebralpare-
se, bei der die Patienten unter einer Störung der Muskelspannung und Be-
wegung leiden [11]. Mair [11] weist darauf hin, dass diese Körperbehinde-
rung nicht selten auch Seh- und Hörschädigungen zur Folge hat. Mair [11]
sieht auch einen problematischen Zusammenhang mit der kognitiven Ent-
wicklung und den Entwicklungsaufgaben. Dadurch, dass es bereits in der
3
URL: http://kinderneurochirurgie.charite.de/patienten/krankheitsbilder/spastik/
selektive_dorsale_rhizotomie/
2 Hintergrund
14
frühen Kindheit zu erheblichen Bewegungsbeeinträchtigungen kommt, kön-
nen viele (Bewegungs-) Erfahrungen nicht gemacht werden, welche aber
zur geistigen Entwicklung beitragen [11].
x Spina bifida ist ein mangelhafter Verschluss des Rückenmarkkanals, der
bereits im ersten Schwangerschaftsmonat auftritt [11]. Steinbrück et al. [13]
unterscheiden zwischen ,,Spina bifida occulta", bei der der Rückenmarks-
kanal von außen nicht zu sehen ist, da er mit Haut bedeckt ist und ,,Spina
bifida aperta", bei der die Rückenmarkshäute herausquellen. Diese
schwerste Form dieser Krankheit erfordert eine umgehende Operation, da-
mit es nicht zu Entzündungen des Gehirns oder anderen Komplikationen
kommt [11]. Trotz einer Operation kann es zu Lähmungen der Beine sowie
des Blasen- und Darmbereichs kommen, sowie zu unterschiedlichsten Ein-
schränkungen des Bewegungsapparates, was eine ständige orthopädische
und krankengymnastische Behandlung erfordert [11]. Die Prävalenz gibt
Mair [11] mit einem Fall pro 1000 bis 2000 Kindern an. Mair [11] betont je-
doch, dass bei Kindern die an dieser Krankheit leiden, alle Intelligenzgrade
vorkommen können und der Computer für sie als echte Chance zu sehen
ist. Eine gestörte Bewegungskoordination und Feinmotorik lässt diese Kin-
der kaum handwerkliche Arbeiten verrichten aber die Bedienung eines
Computers ist mit den entsprechenden Hilfsmitteln sehr häufig möglich [11].
x Skoliose ist eine seitliche Krümmung der Wirbelsäule, welche nach
Steinbrück et al. [13] immer anormal ist. Steffers (Steffers, 2002 zit. aus
Mair [11], S. 7) unterscheidet je nach Erkrankungsbeginn folgende Typen:
o
Infantile Skoliosen (bis 4 Jahre)
o
Juvenile Skoliosen (bis 10 Jahre)
o
Adoleszente
Skoliosen
Mair [11] beschreibt mehrere Probleme, welche sich dadurch für Patienten
ergeben:
o
Durch Fehlstellung werden weitere degenerative Prozesse der Wir-
belsäule begünstigt.
o
Es kann zu einer Einschränkung der Herz- und Lungentätigkeit
kommen, wenn die Deformität den Brustkorb beeinträchtigt.
2 Hintergrund
15
o
Die sitzende Arbeit am Computer wird erschwert durch einen Schul-
terhochstand und einen Beckentiefstand.
o
Konzentrationsstörungen und länger andauernde Pausen können die
Folge sein.
x Duchenne Muskeldystrophie (DMD) ist eine schwere Form des Muskel-
schwundes und äußert sich im Abbau der Skelettmuskulatur (Ortmann,
2006 zit. aus Mair [11], S. 8). Die Prävalenz liegt bei einem Fall pro 3000
Neugeborenen [11]. Mair [11] spricht von einer schleichenden Krankheit,
bei der die Kinder im Alter von 8 bis 12 Jahren gehunfähig werden und fort-
an auf den Rollstuhl angewiesen sind. Im weiteren Verlauf kommt es zum
Abbau der Muskulatur an Schultergürtel und Rumpf bis schlussendlich ein
Abbau der Atem- und Herzmuskulatur zum Tode führt [11]. Die durch-
schnittliche Lebenserwartung eines Menschen mit Duchenne Muskeldys-
trophie gibt Mair [11] mit ca. 20 Jahren an. Da sich die Krankheit erst zwi-
schen 3 und 6 Jahren manifestiert, können sich sensomotorische Fähigkei-
ten, sprachliche und soziale Verhaltensweisen normal ausbilden [11]. Auch
die normale Intelligenz bleibt während der Krankheit erhalten, aber der zu-
nehmende Muskelabbau schwächt die Menschen körperlich und führt dazu,
dass sie keine anstrengenden Arbeiten ausführen können [11]. Die Feinmo-
torik bleibt während des gesamten Krankheitsverlaufs erhalten und lässt
somit die Bedienung eines Computers ohne große Schwierigkeiten zu [11].
2.1.3.2 Geistige Beeinträchtigung im Virtual Office
Geistige Defizite können selbstverständlich auch ohne körperliche Einschränkun-
gen auftreten, aber laut Mair [11] wird in der Literatur vielfach darauf hingewiesen,
dass Körperbehinderungen eine enorme Auswirkung auf die kognitiven Fähigkei-
ten, Wahrnehmung und Intelligenz haben können.
Eine geistige Behinderung kann während der Embryonalzeit durch schädigende
Einflüsse von biologischer, physikalischer oder chemischer Natur sein [11]. Auch
eine genetische Vorbelastung oder ein Sauerstoffmangel während der Geburt
kann eine geistige Einschränkung bewirken [11]. Leyendecker (Leyendecker, 2006
2 Hintergrund
16
zit. aus Mair [11], S. 9) beschreibt den Zusammenhang zwischen körperlichen und
geistigen Einschränkungen sinngemäß wie folgt:
Körperliche Einschränkungen können den Erfahrungsraum und die
Möglichkeit, Dinge zu erforschen, einschränken. Durch Spastizität
bzw. Bewegungseinschränkung können diese Menschen Dinge nur
schwer anfassen, nur bedingt ihr Gewicht erfassen, sie können nicht
so viel Krabbeln und dadurch Entfernungen und Höhenunterschiede
schlechter beurteilen. Dadurch fällt ihnen später die Aufnahme und
Integration von neuen Erfahrungen schwerer.
Neumann, Schmidt und Piaget (Neumann, 1977, Schmidt, 1976, Piaget, 1973 zit.
aus Mair [11], S. 9ff) sprechen von Wahrnehmungseinschränkungen, welche in
Folge auch die kognitiven Fähigkeiten einschränken. Mair [11] weist darauf hin wie
wichtig Bewegung ist, um kognitive Reife zu erlangen. Diese Erkenntnisse lassen
nicht den Schluss zu, dass alle Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen
auch gleichzeitig kognitive Defizite und Einschränkungen ihrer Intelligenz aufwei-
sen (Leyendecker, 2005 zit. aus Mair [11], S. 10). Es gibt verschiedene Theorien
wie die Entwicklungs- und Defekt- bzw. Differenztheorie, welche folgendes sinn-
gemäß besagen (Kirstein, 2007 zit. aus Mair [11], S. 11):
x Die Entwicklungstheorie geht davon aus, dass geistig beeinträchtigte Kin-
der die gleichen Entwicklungsschritte durchlaufen, wie völlig gesunde Kin-
der, nur eben viel langsamer. Das bedeutet, dass geistig beeinträchtigte
Kinder die gleichen Verhaltensweisen zeigen wie gesunde Kinder, wenn sie
sich im gleichen ,,Intelligenzalter", welches nicht dem gleichen Lebensalter
entsprechen muss, befinden.
x Die Defekttheorie hingegen besagt, dass gewisse Entwicklungsschritte
nicht durchlaufen werden und somit Defizite in der geistigen Entwicklung
entstehen.
Welche dieser Theorien in welchem Ausmaß zutrifft, ist nach Mair [11], wegen der
hohen Komplexität der menschlichen Entwicklung, noch nicht näher erforscht.
2 Hintergrund
17
2.2 Assistierende
Technologien
Die Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) ist für viele Bereiche der
heutigen Arbeitswelt bestimmend [11]. Mair schreibt hierzu:
,,In vielen Bereichen entlasten neue Technologien, wie Roboter und
Automaten, den Menschen. Die Tendenz geht weg von anstrengen-
der körperlicher Arbeit, hin zu geistiger, kommunikativer, vernetzter,
wissensbasierter und vor allem virtueller Arbeit" ([11], S. 11).
Um behinderten Menschen den Umgang mit einer sie eigentlich ausschließenden
Umwelt zu ermöglichen, gibt es verschiedenste technische Hilfen und Anpassun-
gen des Arbeitsplatzes [10]. Für all diese Personen eröffnet der Computer Chan-
cen, die sie aufgrund ihrer Einschränkungen sonst nicht hätten [12]. Tauber et al.
[12] schreiben hierzu, dass Personen die nicht mit der Hand schreiben können
oder bei denen die Sprechmotorik versagt, den Computer als kognitives Werkzeug
zum Ausdrücken von Gedanken und zur Kommunikation mit ihrer Umwelt verwen-
den können. Somit erhöht der Computer nicht nur die Lebensqualität, sondern be-
fähigt diese Menschen zu einer sinnvollen Beschäftigung [12].
Die Voraussetzung, um mit dem Computer arbeiten zu können ist einerseits die
Anpassung des Arbeitsplatzes und andererseits die Versorgung mit Hilfsmitteln
bzw. Assistierenden Technologien, welche je nach Einschränkung individuell an-
gepasst werden müssen (vgl. [1, 11, 12]). Die Auswahl und Einrichtung dieser
Hilfsmittel ist ein individueller und iterativer Anpassungsprozess, welcher durch
laufende Beobachtung, Feedback, Beratung und Dokumentation optimale Ergeb-
nisse erzielen soll [1, 10]. Dabei soll nach Goll et al. [10] der beeinträchtigte Ar-
beitnehmer mit seinen persönlichen Anforderungen, aber auch Vorlieben, im Zent-
rum stehen: Welche Einschränkungen sind zu kompensieren? Falls es mehrere
Hilfsmittel mit gleicher Funktion gibt, welches wird individuell bevorzugt? Welche
Kenntnisse am Computer sind vorhanden und welcher Schulungsbedarf ist not-
wendig? Spezielle Hilfsmittel werden sowohl von Personen benötigt, die im Arm-
und Handbereich motorisch eingeschränkt sind, als auch von blinden und sehbe-
hinderten Personen [10]. Auch Mair [11] weist darauf hin, dass Defizite in der
2 Hintergrund
18
Feinmotorik zu einem großen Teil durch Assistierende Technologien kompensiert
werden können. Goll et al. [10] betonen zwar, dass auch schwerhörige und taube
Menschen Hilfsmittel benötigen, diese jedoch meist keine Schwierigkeiten mit der
Benutzung von Computern haben.
Im Virtual Office werden bei einem Zielfindungs- bzw. Zielvereinbarungsprozess
die notwendigen unterstützenden Maßnahmen mit den Teilnehmern vereinbart,
fortlaufend evaluiert und entsprechend angepasst [12]. Ein- und Ausgabekanäle
können behinderungsspezifisch durch entsprechende technologische Hilfsmittel
unterstützt werden [12]. Einen wesentlichen Bestandteil der Ausbildung im Virtual
Office stellt auch die Versorgung der Klienten mit Assistierenden Technologien dar
[12]. Hilfsmittel können bei Einschränkungen der Motorik unterstützend eingreifen
und Texteingabe oder Maussteuerung unterstützen [11, 12]. Wortvorhersagepro-
gramme und Bildschirmvergrößerungen können z.B. bei Sehbeeinträchtigungen
helfen [11]. Tauber et al. [12] weisen darauf hin, dass der optimale Umgang mit
den Hilfsmitteln nicht nur einer sorgfältigen Einschulung der Teilnehmer bedarf,
sondern auch ein umfassendes Wissen der Trainer über die Art der Einschrän-
kungen und der zur Verfügung stehenden Hilfsmittel erfordert.
Wie wichtig das Thema Assistierende Technologien ist, zeigt sich auch daran,
dass es an der Uni Linz einen eigenen 4-semestrigen Universitätslehrgang
4
zu
diesem Thema gibt.
Frydyada de Piotrowski [1] stellt in seiner Arbeit sehr detailliert die verschiedenen
Assistierenden Technologien vor. Dabei unterscheidet er zwischen direkter und
indirekter Eingabe, absoluter und relativer Positionierung sowie mechanischer,
optischer oder akustischer Sensorik [1]. Im Speziellen beschreibt er die Fähigkei-
ten, welche ein Benutzer als Mindestanforderungen mitbringen muss, um mit dem
entsprechenden Hilfsmittel adäquat umzugehen [1]. Für eine ausführliche Be-
schreibung der unterschiedlichsten Assistierenden Technologien verweist der Au-
tor auf die Arbeit von Frydyada de Piotrowski [1]. An dieser Stelle soll ein Über-
blick über die wichtigsten im Virtual Office verwendeten Hilfsmitteln, angelehnt an
Mair [11], beschrieben werden.
4
URL: http://www.assistec.at/
2 Hintergrund
19
2.2.1 Technologien zur Zeicheneingabe
Zur Zeicheneingabe kommen vor allem Tastaturen in unterschiedlichen Größen,
mit unterschiedlichen Tastenabständen und unterschiedlichem Layout zum Ein-
satz (vgl. [1, 11]). Auch der Tastenwiderstand und eine optionale Fingerführung
spielen eine große Rolle (vgl. [1]). Goll et al. [10] weisen darauf hin, dass z.B. eine
Tastatur für sehbehinderte Nutzer einen deutlich spürbaren Druckpunkt besitzen
soll, um Mehrfachauslösungen zu vermeiden. Außerdem sollten einige Tasten
über tastbare Orientierungspunkte verfügen [10].
Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt unter anderem ,,Braille-Tastaturen", welche
die Punkte der Blindenschrift simulieren und damit besonders für sehbehinderte
oder blinde Personen geeignet sind. Jede der sechs oder acht Tasten entspricht
einem Punkt eines Braille-Zeichens, wobei ein Zeichen durch gleichzeitiges Drü-
cken einer Tastenkombination geschrieben wird [1]. Abbildung 2 zeigt eine Braille-
Tastatur.
Abbildung 2 Braille-Tastatur ,,Braillkey" der Firma Sensotec
5
Die ,,Großfeldtastatur" zeichnet sich durch eine größere Tastaturfläche aus und
eignet sich für Personen mit stark gestörter Feinmotorik und Menschen mit Seh-
störungen [11]. Sie besitzt eine spezielle Tastenanordnung, welche die häufigsten
Tasten in der Mitte der Tastatur anordnet [11]. Dies verkürzt, nach Mair [11], die
Wege der Finger beim Schreiben und erhöht das Schreibtempo. Zusätzliche
Farbmarkierungen und eine optionale Abdeckplatte erleichtern die Orientierung
5
Bildquelle: http://www.barrierefrei-kommunizieren.de/datenbank/
2 Hintergrund
20
und verhindern das Abrutschen der Finger [11]. Abbildung 3 zeigt eine Großfeld-
tastatur mit einer Abdeckplatte zur Fingerführung.
Abbildung 3 Großfeldtastatur mit Abdeckplatte zur Fingerführung
6
Die ,,Kleinfeldtastatur" besitzt eine engere Anordnung der Tasten als bei normalen
Tastaturen [11]. Der Nummernblock ist meist separat um eine individuelle Positio-
nierung zu ermöglichen. Zielgruppe für Kleinfeldtastaturen sind Menschen mit ge-
ringem Bewegungsradius, Lähmungen oder Muskelschwäche [11]. Abbildung 4
zeigt eine Kleinfeldtastatur mit separatem Nummernblock.
Abbildung 4 Kleinfeldtastatur (Linkshänder) mit separatem Nummernblock
7
Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt unterschiedliche Tastaturlayouts wie z.B.
,,QWERTY"-, ,,alphabetisches"-, ,,DVORAK"- und ,,Akkord"-Layout. Das bekanntes-
te und am weitest verbreitete Layout ist das QWERTY, da alle normalen Tastatu-
ren dieses Layout besitzen. Die Bezeichnung QWERTY leitet sich aus den ersten
6
Bildquelle: http://www.barrierefrei-kommunizieren.de/datenbank/
7
Bildquelle: http://www.barrierefrei-kommunizieren.de/datenbank/
2 Hintergrund
21
sechs Buchstaben der obersten Buchstabenreihe ab (im Englischen im Deut-
schen wäre es QWERTZ) [1]. All diese Layouts haben Stärken und Schwächen.
Praktikabilität und Performance wurden wissenschaftlich untersucht und unter-
schiedlichen Anforderungen und Krankheitsbildern bzw. Fähigkeiten zugeordnet
(vgl. [1]).
Daneben gibt es noch weitere spezielle Tastaturen, wie z.B. einhändige Akkord-
tastaturen oder Half-QWERTY-Tastaturen [1]. Goll et al. [10] erwähnen darüber
hinaus noch ,,Fußtastaturen" und Vorrichtungen, welche diese Tastaturen mit
Mund-, Kopf- oder Stirnstäben bedienen lassen.
Die Zeicheneingabe kann, je nach Vorliebe oder Fähigkeit des Benutzers, über die
Software individuell unterstützt werden. Wiederholfrequenz, Wiederholverzöge-
rungszeit und Anschlagdauer seien hier genannt (vgl. [1]). Das gleichzeitige Betä-
tigen mehrerer Tasten kann z.B. durch drücken der Tasten hintereinander erfolgen
[10]. Eine programmgesteuerte Verzögerung der Tastaturreaktion ermöglicht
Spastikern deren Bedienung, da es diesen Menschen häufig nicht möglich ist, die
Tasten auf Anhieb ,,eindeutig" zu betätigen [10].
Sollte die Bedienung einer Tastatur zur Gänze ausgeschlossen sein, können
,,Bildschirmtastaturen" helfen. Dabei wird die Tastatur im Bildschirm eingeblendet
und kann entweder mit einem Zeigegerät oder einem Drucktaster bedient werden
(vgl. [1, 10, 11]). Im sogenannten ,,Scan-Modus" werden die Tasten nacheinander
markiert und können anschließend durch drücken eines Tasters ins Textfeld über-
nommen werden [1]. Das Layout und die Größe der Tasten können individuell an-
gepasst werden und in Kombination mit einem Wortvorhersageprogramm ergibt
sich die Möglichkeit eines effizienten Einsatzes (vgl. [1, 11]). Ein ,,Wortvorhersa-
geprogramm" ist eine Eingabehilfe, welche nachdem der erste Buchstabe einge-
geben wurde, eine Reihe von wahrscheinlichen Vorschlägen an zu schreibenden
Wörtern liefert [1, 11]. Diese Wörter sind nach einem Häufigkeitsalgorithmus sor-
tiert und können durch drücken einer vorangestellten Nummer (1-9) ins Textfeld
übernommen werden [11]. Die Technologie ist auch als T9 bei den Mobiltelefonen
bekannt [1].
2 Hintergrund
22
Abbildung 5 ,,WordQ" in einem Microsoft Word-Dokument (Mair [11], S. 17)
Abbildung 6 Bildschirmtastatur ,,WiVik" mit Sprachausgabe (Mair [11], S. 18)
2 Hintergrund
23
Abbildung 5 zeigt ,,WordQ" ein Wortvorhersageprogramm und Abbildung 6 zeigt
die Bildschirmtastatur ,,WiVik".
2.2.2 Sensoren
Im Kontext von Assistierenden Technologien sind mit Sensoren akustische, opti-
sche und berührungsempfindliche Bauelemente, sowie alle Formen von Tastern
gemeint, welche einen Maus- oder Tastaturklick auslösen können [1]. Frydyada de
Piotrowski ([1], S. 132) bezeichnet Sensoren als ,,[...] letzten Rettungsanker [...],
um Computereingaben tätigen zu können [...]" und sieht deren Verwendung vor
allem dann indiziert, ,,[...] wenn Mausklicks bei Technologien zur Positionseingabe
nicht ausgelöst werden können oder wenn kein sonstiges Eingabegerät bedient
werden kann". Frydyada de Piotrowski [1] klassifiziert Sensoren vor allem nach
deren Größe, mit welchem Körperteil sie bedient und wo sie montiert werden. Tas-
ter werden üblicherweise auf der Arbeitsfläche montiert und differieren nicht nur
stark in ihrer Größe, sondern auch in ihrer Druckempfindlichkeit [1]. Taster werden
vor allem dann eingesetzt, wenn Reichweite, Zielgenauigkeit oder Kraft nicht aus-
reichen um andere Geräte zu bedienen [1].
Frydyada de Piotrowski [1] beschreibt das Bewegungs-, Muskelspannungs- und
berührungsempfindliche Sensoren nur minimalste Anforderungen an die motori-
sche Leistung stellen:
x ,,Bewegungssensoren" arbeiten völlig berührungslos und reagieren auf
kleinste Bewegungen wie z.B. einen Liedschlag [1].
x ,,Berührungsempfindliche Sensoren" lösen bei Kontakt aus und erfordern,
dass sich entsprechende Körperteile zumindest ein paar Millimeter bewe-
gen können [1].
x ,,Muskelspannungssensoren" werden zum Unterschied zu berührungsemp-
findlichen Sensoren direkt auf die Haut aufgebracht und sind sehr druck-
empfindlich [1].
Von links oben nach rechts unten sind in Abbildung 7 Muskelspannungssensor,
Daumentaster, Wobble Switch, Zugtaster, Grifftaster und Blatttaster abgebildet.
2 Hintergrund
24
Abbildung 7 Unterschiedlichste Sensoren und Taster (Frydyada de Piotrowski [1], S. 133)
,,Daumen- und Grifftaster" sind griffförmige Geräte, welche durch Drücken eines
Tasters am Ende des Griffs oder durch Handballen betätigt werden [1]. Sie sind
nur für die Bedienung mit den Händen gedacht und benötigen keine Reichweite
der Extremitäten [1].
Neben allen Arten von ,,Drucktastern", welche auf der Arbeitsfläche aufgestellt
werden, gibt es noch Geräuschsensoren, Kopf-/Kinntaster, sowie Saug- und
Blassensoren [1]:
x ,,Geräuschsensoren" werden durch definierbare Laute oder Töne aller Art
aktiviert und sind vor allem für Personen geeignet, die andere Sensoren
nicht effizient bedienen können, aber dennoch eine geeignete Lautartikula-
tion zustande bringen [1].
x ,,Kopf-/Kinntaster" reagieren auf kleinste Berührungen mittels Kopf oder
Kinn und werden entweder auf einem Stativ oder an der Kleidung befestigt
[1].
Ende der Leseprobe aus 164 Seiten
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Details
- Arbeit zitieren
- , 2011, Entwicklung eines Expertensystems zur Zuordnung von Assistierenden Technologien für körperbehinderte Jugendliche im Virtual Office des FAB, Hamburg, Bedey Media GmbH, https://www.diplom.de/document/228744
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