أوبتاكون

جهاز أوبتاكون (محول بصري إلى لمسي) ^{[ 1 ]} هو جهاز كهروميكانيكي يمكّن المكفوفين من قراءة المواد المطبوعة غير المكتوبة بطريقة برايل . يتكون الجهاز من جزأين: ماسح ضوئي يمرره المستخدم فوق المادة المراد قراءتها، ولوحة أصابع تترجم الكلمات إلى اهتزازات محسوسة على أطراف الأصابع. ابتكر أوبتاكون جون لينفيل ، أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد ، وطُوّر بالتعاون مع باحثين في معهد ستانفورد للأبحاث (الذي يُعرف الآن باسم SRI International ). قامت شركة تيليسنسوري سيستمز بتصنيع الجهاز من عام 1971 حتى توقف إنتاجه عام 1996. ورغم فعاليته بعد إتقان استخدامه، إلا أنه كان مكلفًا ويتطلب ساعات طويلة من التدريب للوصول إلى الكفاءة المطلوبة. في عام 2005، أغلقت شركة تيليسنسوري سيستمز أبوابها فجأة، ما أدى إلى تسريح الموظفين وفقدانهم إجازاتهم المتراكمة وتأمينهم الصحي وجميع مزاياهم. كما لم يتمكن العملاء من شراء أجهزة جديدة أو إصلاح الأجهزة الموجودة. أُنجزت بعض الأعمال من قِبل شركات أخرى، ولكن لم يُطوَّر أي جهاز يتمتع بتعدد استخدامات جهاز أوبتاكون حتى عام ٢٠٠٧. ولا يزال العديد من المكفوفين يستخدمون أجهزة أوبتاكون الخاصة بهم حتى اليوم. يوفر أوبتاكون إمكانيات لا يوفرها أي جهاز آخر، بما في ذلك القدرة على رؤية الصفحة المطبوعة أو شاشة الكمبيوتر كما تظهر تمامًا، بما في ذلك الرسومات وأنواع الخطوط وتنسيقات النصوص المتخصصة.

يتكون جهاز Optacon من وحدة إلكترونية رئيسية بحجم مسجل أشرطة محمول متصلة بكابل رفيع بوحدة كاميرا بحجم سكين الجيب (انظر الشكل 1).

تحتوي الوحدة الإلكترونية الرئيسية على "مصفوفة لمسية" يضع عليها الشخص الكفيف إصبعه السبابة. يُحرّك مستخدم جهاز Optacon وحدة الكاميرا على طول سطر من النص المطبوع، فتُرسل صورة لمنطقة بحجم حرف تقريبًا عبر كابل التوصيل إلى الوحدة الإلكترونية الرئيسية. تتكون المصفوفة اللمسية في الوحدة الإلكترونية الرئيسية من مصفوفة 24×6 من قضبان معدنية دقيقة، يمكن اهتزاز كل منها بشكل مستقل بواسطة ريشة كهرضغطية متصلة بها. تهتز القضبان التي تُقابل الأجزاء السوداء من الصورة، مُشكّلةً بذلك صورة لمسية للحرف الذي تُشاهده وحدة الكاميرا. أثناء تحريك المستخدم لوحدة العدسة على طول سطر النص المطبوع، يشعر بصور لمسية لأحرف مطبوعة تتحرك عبر مصفوفة القضبان تحت إصبعه. يحتوي جهاز Optacon على مقبض لضبط شدة اهتزاز قضبان المصفوفة اللمسية، ومقبض لضبط عتبة الصورة بين الأبيض والأسود اللازمة لتشغيل اهتزاز القضبان في المصفوفة اللمسية، ومفتاح يحدد ما إذا كان سيتم تفسير الصور على أنها طباعة داكنة على خلفية فاتحة أو على أنها طباعة فاتحة على خلفية داكنة.

لخص لايل ثوم، وهو مستخدم لجهاز أوبتاكون ومدير خدمات إعادة تأهيل المكفوفين في معهد إعادة التأهيل في ديترويت، جهاز أوبتاكون بهذه الطريقة في عام 1973: "إنه يفتح عالماً جديداً تماماً أمام المكفوفين. لم يعودوا مقيدين بقراءة المواد المكتوبة بطريقة برايل." ^{[ 2 ]}

طُوِّر جهاز أوبتاكون على يد جون لينفيل ، أستاذ الهندسة الكهربائية في جامعة ستانفورد ، والذي أصبح لاحقًا رئيسًا لقسم الهندسة الكهربائية. وقد طُوِّر الجهاز بالتعاون مع باحثين في معهد ستانفورد للأبحاث (الذي يُعرف الآن باسم SRI International ). كان لينفيل أحد مؤسسي شركة تيليسنسوري ورئيس مجلس إدارتها. وكانت ابنة لينفيل، كاندي (مواليد 1952، كفيفة منذ سن الثالثة)، هي الدافع الأولي لتطوير جهاز أوبتاكون. وبفضل استخدام الجهاز، تخرجت كاندي من جامعة ستانفورد وحصلت على درجة الدكتوراه. ومنذ ذلك الحين، تعمل كأخصائية نفسية سريرية، ولذلك، وكما هو الحال مع والدها، يُشار إليها غالبًا في الصحافة باسم "الدكتورة لينفيل".

في عام ١٩٦٢، خلال إجازة تفرغ علمي في سويسرا، زار لينفيل مختبرًا لشركة آي بي إم في ألمانيا، حيث شاهد طابعة فائقة السرعة تستخدم مجموعة من الدبابيس الصغيرة - أشبه بالمطارق - لطباعة الحروف على شرائط من الورق. فكر قائلًا: "لو استطعتَ أن تشعر بالمطارق بطرف إصبعك، لتمكنتَ بالتأكيد من تمييز الصورة". لذا، عند عودتنا إلى زيورخ، أخبرتُ زوجتي وابني وابنتي، كاندي الكفيفة: "يا رفاق، لديّ فكرة رائعة. سنصنع شيئًا يمكّن كاندي من قراءة المواد المطبوعة العادية". ورغم أن عائلته سخرت من هذه الفكرة، قائلةً: "أوه، هذا لن ينجح أبدًا!"، إلا أن فكرة جهاز أوبتاكون قد وُلدت.

بعد عودته إلى جامعة ستانفورد، قام لينفيل، بالتعاون مع طالبي الدراسات العليا جي جي ألونسو وجون هيل، بتطوير الفكرة بدعم من مكتب البحوث البحرية . تمثل أحد الجوانب الرئيسية لفكرة لينفيل في استخدام ريش كهرضغطية مهتزة، تُسمى ثنائيات الشكل ، لتحريك الدبابيس في مصفوفة ثنائية الأبعاد لإنتاج صور ملموسة. ^{[ 3 ]} كانت فكرة استخدام ثنائيات الشكل المهتزة بالغة الأهمية لعدة أسباب:

• إن كفاءة الطاقة العالية للثنائيات الكهروإجهادية جعلت من الممكن صنع آلة قراءة تعمل بالبطارية.
• كان صغر حجم ووزن الدروع ثنائية الشكل ضروريًا أيضًا لسهولة حملها.
• كشفت التجارب النفسية الفيزيائية اللاحقة أن الاهتزاز حول رنين الأشكال الثنائية ذات الحجم المناسب كان الأمثل لحاسة اللمس.

في عام 1964 تقدم لينفيل بطلب للحصول على براءة اختراع، وتم منح براءة الاختراع الأمريكية رقم 3,229,387 في يناير 1966.

بشكلٍ مثير للدهشة، في عام ١٩١٣، قام إدموند إدوارد فورنييه دالب في إنجلترا بصنع آلة قراءة للمكفوفين، تُسمى " أوبتوفون" . استخدمت هذه الآلة مستشعرات ضوئية من السيلينيوم للكشف عن الكتابة السوداء وتحويلها إلى صوت مسموع يمكن للمكفوفين فهمه. تم تصنيع عدد قليل منها، وكانت القراءة بطيئة للغاية بالنسبة لمعظم الناس. يمكن تتبع فكرة جهاز المسح الضوئي اللمسي إلى عام ١٩١٥، كما ذُكر (وتم رفضه) في كتاب فورنييه دالب الصادر عام ١٩٢٤ بعنوان "عنصر القمر". ^{[ ٤ ]} وُصف الجهاز بأنه يستخدم دبابيس حديدية تُحفزها مغناطيسات كهربائية لنقل الظلام والضوء بطريقة لمسية، وقد أثيرت تساؤلات حول جدوى هذا الجهاز، بل وحتى حول وجوده أصلاً في ذلك الوقت.

جدير بالذكر أنه في عام ١٩٤٣، وجّه فانيفار بوش وكاريل هاسكينز، من مكتب البحث والتطوير العلمي في زمن الحرب ، الموارد نحو تطوير تقنيات لمساعدة المحاربين القدامى الجرحى. وتمّ تمويل معهد باتيل لتطوير جهاز أوبتوفون مُحسّن، كما مُوّلت مختبرات هاسكينز لإجراء أبحاث حول آلة قراءة الكلام الاصطناعي. إلا أن هذه المجموعة تراجعت عن نهج الأوبتوفون بعد أن خلصت إلى أن القراءة ستكون بطيئة للغاية.

في عام ١٩٥٧، بدأت إدارة شؤون المحاربين القدامى الأمريكية ، ممثلةً بخدمة الأطراف الاصطناعية والمعينات الحسية (PSAS)، تحت إشراف الدكتور يوجين مورفي، بتمويل تطوير جهاز قراءة للمكفوفين. وكان الباحث الرئيسي في هذا المشروع هو هانز ماوخ ، وهو عالم ألماني جُلب إلى الولايات المتحدة بعد الحرب العالمية الثانية . (خلال الحرب العالمية الثانية، عمل ماوخ في وزارة الطيران الألمانية ضمن فريق تطوير صاروخ V-1 الألماني).

عمل ماوتش على تطوير آلات قراءة ذات مخرجات صوتية "شبيهة بالأوبتوفون"، ومخرجات صوتية "شبيهة بالكلام"، ومخرجات صوتية اصطناعية . وكان جهاز ستيريوتونر، وهو نسخة محسّنة من الأوبتوفون، الوحيد من بين هذه الأجهزة الذي نافس تطوير أوبتاكون. وتقوم فكرة تصميم ستيريوتونر على تحريك المستخدم لمجموعة عمودية من المستشعرات الضوئية على طول سطر من النص. يرسل كل مستشعر ضوئي إشارته إلى مذبذب صوتي مضبوط على تردد مختلف، حيث يُصدر المستشعر العلوي أعلى تردد، بينما يُصدر المستشعر السفلي أدنى تردد. وبذلك، يسمع المستخدم نغمات وأوتارًا يمكن من خلالها تحديد الأحرف.

في البداية، لم يكن لينفيل على دراية بأن جهاز أوبتاكون لم يكن جهاز القراءة الوحيد قيد التطوير للمكفوفين. مع ذلك، في عام ١٩٦١، عاد جيمس بليس إلى معهد ستانفورد للأبحاث (SRI) من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) حيث أنجز أطروحة الدكتوراه ضمن فريق بحثي يعمل على تطبيق التكنولوجيا لحل مشاكل المكفوفين. كان بليس مهتمًا بالبحوث الأساسية حول حاسة اللمس ، لفهم كيفية استخدامها كبديل لفقدان البصر. خلال فترة وجوده في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، اطلع بليس على الأبحاث والتطويرات القائمة في مجال أجهزة القراءة للمكفوفين، بالإضافة إلى الباحثين والجهات المانحة. في معهد ستانفورد للأبحاث، حصل بليس على تمويل لأبحاثه في مجال حاسة اللمس من وزارة الدفاع ووكالة ناسا ، اللتين كانتا مهتمتين بشاشات اللمس للطيارين ورواد الفضاء. مكّنه هذا من الحصول على حاسوب صغير وتطوير برمجيات لتشغيل مئات من أجهزة تحفيز اللمس التي كان قد طورها لأغراض البحث. كانت هذه المحفزات اللمسية عبارة عن نفاثات هواء صغيرة، مثالية للبحث العلمي نظرًا لإمكانية تغيير ترتيبها والمسافة بينها بسهولة، مع ضمان التلامس الدائم مع الجلد. كان بليس يدرس مدى قدرة المشاركين على تمييز الأنماط الديناميكية المعروضة على مجموعة محفزات نفاثات الهواء الخاصة به. ^{[ 5 ]}

بعد أن قرر لينفيل وبليس توحيد جهودهما لتحقيق رؤية لينفيل لآلة قراءة، اتضح لهما ضرورة الحصول على تمويل لهذا الهدف، بدلاً من الاعتماد على وزارة الدفاع ووكالة ناسا اللتين كانتا توفران التمويل حتى ذلك الحين. كبداية، اقترح بليس زيارة الدكتور مورفي في إدارة شؤون المحاربين القدامى، كونه المصدر الحكومي الوحيد النشط آنذاك لتمويل آلات القراءة. مع ذلك، كان بليس يعلم أن الأبحاث حول آلات القراءة الشبيهة بجهاز "أوبتوفون" قد أثارت استياءً من هذا النهج القائم على "الترجمة المباشرة" بسبب بطء سرعة القراءة. ولمواجهة هذا الاستياء، برمج بليس حاسوبًا من معهد ستانفورد للأبحاث لعرض النص على شاشة متحركة، شبيهة بتلك الموجودة في ميدان تايمز سكوير بمدينة نيويورك، وذلك على كلٍ من مصفوفة محفزات نفاثات الهواء الخاصة به ومصفوفة ستانفورد ثنائية الشكل. ثم خضعت كاندي، ابنة لينفيل الكفيفة، لمحاولة تعلم قراءة النص المعروض بهذه الطريقة. بعد عدة ساعات من التدريب والممارسة، أصبحت كاندي تقرأ أكثر من 30 كلمة في الدقيقة . رأى بليس ولينفيل أن هذا الاختبار المحوسب يُحاكي بدقة آلة القراءة التي اقترحا تطويرها. واعتقدا أن سرعة قراءة كاندي التي بلغت 30 كلمة في الدقيقة خلال فترة وجيزة تُثبت أن تطوير آلة قراءة كهذه سيكون مفيدًا. لم يكونا على دراية بالحد الأقصى لسرعة القراءة، لكنهما كانا يأملان في الوصول إلى 100 كلمة في الدقيقة، نظرًا لأن هذه السرعة تُعدّ نموذجية لقراءة برايل.

بعد هذه النتيجة، حدد بليس ولينفيل موعدًا لزيارة الدكتور مورفي في واشنطن العاصمة. في البداية، سار الاجتماع على ما يرام، وبدا الدكتور مورفي متفائلًا جدًا بشأن إمكانية تمويل المشروع. ثم ذكر مورفي أن على لينفيل التنازل عن براءة اختراعه لإدارة شؤون المحاربين القدامى. رفض لينفيل ذلك، وانتهى الاجتماع فجأة.

تبين لاحقًا أن هذا الرفض كان في صالحهم. كان مكتب التعليم يُدار من قِبل زميل للينفيل من أيام عمله في مختبرات بيل. وكان تطوير أداة مساعدة للقراءة للمكفوفين ذا صلة وثيقة بمهمتهم، إذ كان توفير المواد التعليمية للطلاب المكفوفين المدمجين في المدارس العادية يُمثل تحديًا كبيرًا. عرض لينفيل فكرة أوبتاكون على مكتب التعليم، ولاقت استحسانًا كبيرًا. وقد أدى ذلك إلى تمويل أكبر (أكثر من 1.8 مليون دولار من قيمة عام 1970 على مدى أربع سنوات) مما كان متوقعًا من إدارة شؤون المحاربين القدامى.

كان هذا المستوى الأعلى من التمويل ضروريًا لتطوير الدوائر المتكاملة المصممة خصيصًا والتي مكّنت من صغر حجم جهاز أوبتاكون، وهو ما كان عاملًا حاسمًا في نجاحه. كما ساعد مشروع أوبتاكون جامعة ستانفورد في إنشاء مرافقها الخاصة بالدوائر المتكاملة، ما دفع عميد كلية الهندسة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى القول بأن ستانفورد قد تبوأت الصدارة في أبحاث الدوائر المتكاملة بفضل أوبتاكون.

بعد تأمين التمويل، انضم بليس إلى هيئة التدريس بجامعة ستانفورد بدوام جزئي، بينما أمضى النصف الآخر في معهد ستانفورد للأبحاث (SRI). في معهد ستانفورد للأبحاث، أُجريت تجارب على القراءة اللمسية لزيادة معدلات القراءة الممكنة باستخدام جهاز أوبتاكون، بالإضافة إلى تطوير مصفوفة اللمس ثنائية الشكل والبصريات الخاصة بالكاميرا. في ستانفورد، طُوّرت دوائر متكاملة مخصصة، بما في ذلك شبكية العين السيليكونية ومحركات ثنائيات الشكل، نظرًا لأنها كانت تتطلب جهدًا أعلى من المعتاد في دوائر الحالة الصلبة في ذلك الوقت.

كان التحدي التقني الأول في تطوير جهاز القراءة هو كيفية بناء "شاشة لمسية" قادرة على إنشاء صورة لمسية ديناميكية يمكن للمستخدم إدراكها، وبمعدل تحديث سريع بما يكفي لسرعات قراءة فعالة. أشارت أعمال لينفيل الأولية مع طلاب الدراسات العليا ألونسو وهيل إلى أن ثنائي الطبقات الكهروإجهادي قد يكون مناسبًا كمحول لتحويل الإشارة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية. وتتمثل مزايا ثنائي الطبقات في كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية (وهو أمر بالغ الأهمية لتشغيل البطارية)، وصغر الحجم، وسرعة الاستجابة، والتكلفة المنخفضة نسبيًا.

 توصل ألونسو إلى أن سعة الاهتزاز اللازمة للكشف عند ترددات اهتزازية تقارب 300 هرتز أقل بكثير من تلك اللازمة عند ترددات تقارب 60  هرتز. علاوة على ذلك، يتطلب معدل قراءة 100 كلمة في الدقيقة معدلات اهتزاز لا تقل عن 200  هرتز. وقد حسب لينفيل طول وعرض وسماكة قصبة ثنائية الشكل اللازمة لتردد رنين 200  هرتز، والذي يمكنه توليد طاقة ميكانيكية كافية لتحفيز طرف الإصبع فوق عتبة حاسة اللمس.

استنادًا إلى هذه الحسابات، تم إنشاء مصفوفة من الشاشات ثنائية الشكل لاختبار سرعة القراءة باستخدام محاكاة حاسوبية في معهد ستانفورد للأبحاث (SRI). عرضت المحاكاة صورًا ملموسة لأحرف متناسقة تمامًا في سلسلة تتحرك عبر مصفوفة الشاشات ثنائية الشكل. تعلمت كاندي لينفيل ومشاركون مكفوفون آخرون قراءة النصوص المعروضة بهذه الطريقة، وحققوا نتائج مشجعة. مع ذلك، اختلفت هذه المحاكاة عن الظروف التي سيواجهها المستخدم مع جهاز Optacon في الواقع. إذ ستتوفر مجموعة واسعة من أنواع الخطوط وجودة الطباعة، بالإضافة إلى أن المستخدم سيضطر إلى تحريك الكاميرا فوق النص بدلًا من أن يقوم الحاسوب بتحريك النص عبر الشاشة اللمسية بسرعة ثابتة. لم يكن معروفًا مدى تأثير الجهد الذهني المبذول في التحكم بالكاميرا على سرعة القراءة.

عند دراسة الانتقال من عرض النص بواسطة الحاسوب إلى تحريك المستخدم للكاميرا على صفحة مطبوعة، أدرك بليس وجود خلل جوهري في تصميم جهاز الطباعة الضوئية المجسمة التابع لإدارة شؤون المحاربين القدامى. بما أن الأحرف الأبجدية الإنجليزية يمكن عرضها بشكل كافٍ باستخدام 12 بكسلًا رأسيًا، فقد افترض مصمم الجهاز أن 12 خلية ضوئية فقط ستكون كافية في الكاميرا. إلا أن هذا يفترض محاذاة مثالية بين الكاميرا والنص المطبوع، وهو أمر غير ممكن مع الكاميرات المحمولة. فعندما تكون المحاذاة عشوائية، كما هو الحال مع الكاميرات المحمولة، تنص نظرية هندسية معروفة على ضرورة مضاعفة عدد البكسلات. ^{[ 6 ]} لذلك، صُمم جهاز أوبتاكون بـ 24 بكسلًا رأسيًا بدلًا من 12. ولا تنطبق هذه النظرية على البعد الأفقي، لذا قد تكون المسافة بين الأعمدة في مصفوفة ثنائية الأبعاد ضعف المسافة بين الصفوف.

عند مسح سطر نصي بعمود واحد مكون من 24 بكسل، تُجمع جميع المعلومات. مع ذلك، يستطيع الإنسان، بفضل حاسة اللمس، إدراك الصور ثنائية الأبعاد. تساءل بليس عما إذا كان معدل القراءة سيرتفع عند استخدام أكثر من عمود واحد من 24 بكسل، وإذا كان الأمر كذلك، فما هو العدد الأمثل للأعمدة؟ أظهرت التجارب التي أُجريت باستخدام محاكاة حاسوبية أن معدل القراءة ازداد بشكل ملحوظ حتى 6 أعمدة، وهو ما يعادل عرض نافذة يبلغ مسافة حرف واحد تقريبًا، وهو الحد الأقصى لعدد الأعمدة التي يمكن وضعها على إصبع واحد. أجرى جون تاينزر، أحد طلاب بليس في جامعة ستانفورد، تجارب قراءة بصرية على نفس المحاكاة الحاسوبية، وخلص إلى أن معدلات القراءة البصرية تستمر في الازدياد حتى عرض نافذة يبلغ مسافة 6 أحرف تقريبًا. أدى ذلك إلى إجراء عدد من التجارب لمحاولة زيادة معدل القراءة اللمسية عن طريق زيادة عدد الأعمدة في الشاشة اللمسية بحيث يظهر أكثر من حرف واحد في وقت واحد. بدلاً من تحريك النص على طرف إصبع السبابة فقط، أُجريت اختبارات على شاشة عريضة بما يكفي لاستخدام كل من السبابة والوسطى، ما يسمح باستشعار حرفين في آنٍ واحد. وفي تجربة أخرى، تم تحريك النص على طول الأصابع بدلاً من تحريكه عرضياً. وكان النهج الوحيد الذي أظهر أي بوادر لزيادة سرعة القراءة هو استخدام كلتا السبابتين، بدلاً من السبابة والوسطى المجاورة. إلا أن استخدام كلتا السبابتين لم يكن متوافقاً مع فكرة التصميم التي تعتمد على استخدام يد واحدة للتحكم بالكاميرا بينما تستشعر اليد الأخرى الشاشة اللمسية. ولذلك، استند تصميم Optacon إلى مصفوفة من 24×6 بكسل في كل من شبكية الكاميرا ومصفوفة ثنائية الشكل.

تعلقت أسئلة أخرى بالمسافة بين الدبابيس اللمسية في مصفوفة ثنائية الشكل وتردد اهتزازها. من المعروف من التجارب المنشورة في الأدبيات العلمية أن الأشخاص يستطيعون التمييز بين نقطتين ونقطة واحدة بإصبع السبابة عندما تكون المسافة بينهما ملليمترًا واحدًا. مع ذلك، لم تُجرَ هذه التجارب السابقة باستخدام دبابيس مهتزة. ما تأثير الاهتزاز، وهل يوجد تردد اهتزاز أمثل؟ أجابت التجارب التي أجراها تشارلز روجرز ^{[ 7 ]} ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة ستانفورد يعمل مع بليس، عن هذه الأسئلة.

بينما أشارت البيانات الفيزيولوجية العصبية إلى أن أصغر عتبات النقطتين ستكون عند ترددات اهتزاز أقل من 60 هرتز، أظهرت تجارب روجر أن عتبات النقطتين حول 200 هرتز كانت في الواقع أصغر. استضاف بليس مؤتمرًا في معهد ستانفورد للأبحاث ^{[ 8 ]،} ضمّ بعضًا من كبار علماء الفيزيولوجيا العصبية وعلماء النفس الفيزيائي، لمحاولة حل هذا التناقض، لكن لم يجد أحد تفسيرًا. من الناحية العملية، كانت نتيجة روجر موفقة للغاية، لأن الترددات الأعلى كانت ضرورية لمعدلات تحديث سريعة بما يكفي لقراءة ما يصل إلى 100 كلمة في الدقيقة، ولاستخدام وحدات ثنائية الشكل صغيرة بما يكفي لإنشاء مصفوفة 24×6 تناسب طرف الإصبع.

أثار التساؤل حول إمكانية التمييز المستقل بين 144 محفزًا لمسيًا على طرف الإصبع جدلًا حادًا في مؤتمر علمي بين بليس وفرانك جيلدارد، أستاذ جامعة فرجينيا . كان جيلدارد مؤلفًا بارزًا في مجال الحواس البشرية، وباحثًا رائدًا في استخدام حاسة اللمس لنقل المعلومات. عندما سُئل عن عدد المحفزات اللمسية الأمثل في شاشة عرض لمسية، أكد على ضرورة عدم تجاوز 8 محفزات قابلة للتمييز المستقل، وأن تكون موزعة على أجزاء متباعدة من الجسم. بدت بيانات بليس، التي تُظهر قراءة مفيدة باستخدام 144 محفزًا على طرف الإصبع، متعارضة مع بحث جيلدارد. يكمن الاختلاف في التواصل باستخدام صور لمسية ثنائية الأبعاد مقابل رمز مكون من 8 نقاط. أفاد كل من بليس وجيلدارد بمعدلات قراءة متقاربة، ولكن في زمن ما قبل تقنية التعرف الضوئي على الأحرف عالية الدقة، كان نهج أوبتاكون أكثر عملية.

حددت هذه التجارب معايير التصميم لواجهة الإنسان والآلة الخاصة بشركة Optacon: وهي عبارة عن مصفوفة 24 × 6 من المحفزات اللمسية، تهتز بين 250 و 300  هرتز، مع تباعد الصفوف بمقدار 1  مم وتباعد الأعمدة بمقدار 2  مم (انظر الشكل 2).

بالتوازي مع هذا البحث في العوامل البشرية، بُذلت جهود رائدة لتحقيق هذا التصميم في وحدة محمولة سهلة الاستخدام، وهو ما كان حاسماً لنجاحه. في يوليو 1972، اقترح هاري جارلاند تصميمًا جديدًا لجهاز أوبتاكون يجمع بين المستشعر ومصفوفة اللمس والإلكترونيات في وحدة واحدة محمولة باليد. قام روجر ميلين وماكس ماغينيس بتطوير نموذج أولي للوحدة، أطلقوا عليه اسم "أوبتاكون أحادي اليد"، في جامعة ستانفورد . ^{[ 9 ]}

في ستينيات القرن العشرين، عندما كان جهاز أوبتاكون قيد التطوير، كانت الدوائر المتكاملة في بداياتها، ولم تكن هناك مصفوفات مناسبة من كاشفات الضوء ذات الحالة الصلبة المتكاملة متوفرة. بُنيت أولى أجهزة المساعدة على القراءة الشبيهة بجهاز أوبتاكون في جامعة ستانفورد ومعهد ستانفورد للأبحاث (SRI) باستخدام نظام عدسات يركز الصور من الصفحة المطبوعة على حزمة من الألياف الضوئية ، حيث تتصل كل ليف ضوئي بترانزستور ضوئي منفصل. لم يكن هذا النظام كبيرًا وثقيلًا فحسب، بل كان مكلفًا وصعب التجميع أيضًا. بُذلت جهود لتطوير شبكية سيليكونية متجانسة مزودة بمصفوفة من 24 × 6 ترانزستور ضوئي بحجم حرف واحد تقريبًا، بحيث يمكن استخدام بصريات بسيطة بدون تكبير. كان لا بد من إجراء أبحاث أساسية في تكنولوجيا الدوائر المتكاملة المتاحة آنذاك، مما أسفر عن أطروحات دكتوراه لعدد من طلاب الدراسات العليا في جامعة ستانفورد، بمن فيهم جيه إس بروجلر، وجيه دي بلامر، وآر دي ميلين ، وبي سالزبوري. كان لا بد أن تكون الترانزستورات الضوئية حساسة بما يكفي، وسريعة بما يكفي لمعدل التحديث المطلوب، وأن يكون لها استجابة طيفية مناسبة للكشف عن الحبر على الورق، في مصفوفة مكتظة دون وجود نقاط عمياء، ومترابطة بحيث لا تكون هناك حاجة إلا إلى وصلات بالصفوف والأعمدة.

كان نجاح تصنيع شبكية العين المصنوعة من السيليكون بمثابة علامة فارقة رئيسية نحو جهاز أوبتاكون عملي.

أُنجز النموذج الأولي الأول لجهاز أوبتاكون باستخدام هذه الشبكية في الأول من سبتمبر عام ١٩٦٩. كان الجهاز محمولًا ومكتفيًا ذاتيًا تمامًا، إذ جمع بين مصفوفة المحفز والإلكترونيات والبطاريات والكاميرا في وحدة واحدة بأبعاد ١٣.٥ بوصة × ٨ بوصات × ٢.٢٥ بوصة. بلغ وزنه الإجمالي ٩ أرطال. كان تصميم الإلكترونيات منخفضة الطاقة في هذه الوحدة ثمرة جهد مشترك بين جيه إس بروجلر و دبليو تي يونغ، مما أتاح تشغيلًا متواصلًا لمدة ١٢ ساعة تقريبًا باستخدام البطاريات القابلة لإعادة الشحن. تضمنت هذه الوحدة نظامًا بصريًا وكاميرا مُحسّنين، بالإضافة إلى شاشة لمسية ثنائية الشكل، وكلاهما من تطوير جيمس باير وجون جيل في معهد ستانفورد للأبحاث.

مع تطور تقنية الدوائر المتكاملة، طُوّرت دائرة متكاملة أخرى مُخصصة في مختبرات ستانفورد. احتوت هذه الدائرة على 12 مُشغّلًا ثنائي الشكل، وربطت بين دائرة 5 فولت ودائرة 45 فولت اللازمة لتشغيل هذه المُشغّلات. مكّن دمج هذه الدائرة واستخدام مكونات ذات استهلاك طاقة أقل من تقليص حجم الجهاز إلى 8 بوصات × 6 بوصات × 2 بوصة، وخفض وزنه إلى أربعة أرطال. مرة أخرى، كان فريق بروجلر ويونغ وباير وجيل مسؤولًا عن تصميم الإلكترونيات والبصريات والتغليف. شكّل جهاز Optacon الأول الذي يضم هذه التطورات، وهو طراز S-15، علامة فارقة. فقد فاز بجائزة IR-100 كواحد من أفضل 100 منتج تصميمًا في عام 1971، وكان النموذج الأولي لجهاز Telesensory Optacon. وهو معروض الآن في متحف تاريخ الحاسوب في ماونتن فيو، كاليفورنيا .

مع توفر عدد من النماذج الأولية العاملة من أجهزة أوبتاكون، بُذلت جهود حثيثة لإتاحة استخدامها يوميًا من قِبل المكفوفين في المجتمع. كان المهندسون حريصين على معرفة مدى كفاءة مكونات أوبتاكون في بيئة واقعية، وما هي استخداماتها، ومدى انتشارها، وأهميتها في التعليم والتدريب المهني والحياة اليومية. تطوع عدد من المكفوفين في مجتمع بالو ألتو للمشاركة، وتم تعيين كارولين ويل لتنسيق هذا الجزء من المشروع وتدريب وتوثيقه.

كانت المشكلة الأولى هي: كيف يُعلَّم المكفوفون القراءة باستخدام جهاز أوبتاكون؟ فبعضهم لم يكن على دراية بأشكال الحروف، ومعظمهم لم يكن مُلِمًّا بأنواع الخطوط المختلفة. إضافةً إلى ذلك، لم تكن التهجئة نقطة قوة في الغالب، إذ كان تعليم الطلاب المكفوفين يتم غالبًا بطريقة برايل، التي تضم حوالي 180 اختصارًا. وبالطبع، لم يكن أي منهم مُلِمًّا بتمييز الصور اللمسية الاهتزازية للحروف وهي تتحرك على إصبع السبابة.

طوّر ويل دروسًا لتعليم تمييز الحروف المعروضة بهذه الطريقة باستخدام كلٍّ من المحاكاة الحاسوبية ونماذج أوبتاكون الأولية. وسرعان ما اتضح أنه بينما يمكن تعليم تمييز الحروف في غضون أيام قليلة، فإن بناء سرعة القراءة يستغرق وقتًا أطول بكثير. ومع ذلك، سرعان ما أصبح هناك عدد من المكفوفين يستخدمون نموذج أوبتاكون الأولي بفعالية في حياتهم اليومية. وقد ساهم هؤلاء الأشخاص بشكل كبير في المشروع، ليس فقط من خلال توفير معلومات مهمة لتصميم النماذج المستقبلية، بل أيضًا من خلال تحفيز فريق تطوير أوبتاكون على نشر استخدامه على نطاق واسع. ومن بين هذه المجموعة من مستخدمي أوبتاكون الرواد:

• كاندي لينفيل - ابنة جون لينفيل، كانت طالبة جامعية في جامعة ستانفورد آنذاك. استخدمت جهاز أوبتاكون في دراستها. ذات مرة، عندما احتاج جهازها إلى إصلاح، ذهب بليس إلى غرفتها في السكن الجامعي لأخذه. لم تكن كاندي موجودة، فأراد بليس ترك رسالة لزميلها في الغرفة. قال له زميله: "يمكنك ترك رسالة لها إذا طبعتها كما لو كنت تكتبها على آلة كاتبة، وستتمكن من قراءتها بنفسها". كان هذا أمرًا غير مسبوق بالنسبة لشخص كفيف تمامًا.
• سو ميلروز – طالبة جامعية أخرى كفيفة من جامعة ستانفورد، تعلمت القراءة باستخدام جهاز أوبتاكون على يد كاندي لينفيل. شاركت كل من سو وكاندي في العديد من عروض أوبتاكون في المؤتمرات والاجتماعات.
• بوب ستيرنز – مبرمج حاسوب كفيف يعمل في معهد ستانفورد للأبحاث. استخدم بوب جهاز أوبتاكون في عمله في كتابة وتصحيح برامج الحاسوب.
• لورين شوف – طالب كفيف آخر من جامعة ستانفورد استخدم جهاز أوبتاكون في دراسته. في كتب الرياضيات، كان يطلب من مترجمي برايل تحويل النصوص إلى برايل، لكنه كان يقرأ المعادلات والرسوم البيانية بنفسه باستخدام جهاز أوبتاكون. بعد تخرجه، عُيّن محلل بيانات في معهد ستانفورد للأبحاث (SRI) ضمن المشروع. أجرى تحليلًا إحصائيًا هامًا يُظهر العلاقة بين العمر وسرعة قراءة جهاز أوبتاكون بعد فترة زمنية محددة. في ذلك الوقت، كانت شركة هيوليت-باكارد قد أعلنت للتو عن آلة حاسبة محمولة رائدة من طراز HP-35 . أجرى شوف هذا التحليل باستخدام جهاز أوبتاكون لقراءة شاشة آلة HP-35 الحاسبة. ^{[ 10 ]}

تم تصنيع وتسويق جهاز أوبتاكون من عام 1971 إلى عام 1996 بواسطة شركة تيليسنسوري سيستمز في وادي السيليكون، كاليفورنيا . وخلال سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، خضع جهاز أوبتاكون لعمليات تطوير، بما في ذلك تطوير نموذج جديد يُعرف باسم أوبتاكون 2، والذي تميز بقدرات محسّنة للتفاعل مع الكمبيوتر.

مع تقدم مشروع أوبتاكون وتجاوز المزيد من العقبات والمجهولات، برزت أهمية إتاحة أوبتاكون للجميع. كانت مبيعات شركة تيلي سينسوري الأولية لتوفير أجهزة أوبتاكون لتقييمات الاختبارات لصالح وزارة التعليم الأمريكية، ومؤسسة سانت دنستان للمحاربين القدامى المكفوفين في لندن، إنجلترا، ومؤسسة بيروفسبلدونغسفيرك في هايدلبرغ، ألمانيا، والسويد. أدى نجاح هذه التقييمات إلى برامج نشر أوسع ممولة من وزارة التعليم الأمريكية، ومؤسسات أمريكية خاصة مثل ميلين وبيو، وإدارات إعادة التأهيل في الولايات، وبرامج متنوعة في العديد من دول العالم مثل اليابان وإيطاليا وألمانيا وفرنسا والدول الاسكندنافية. كان عدد أجهزة أوبتاكون التي اشتراها الأفراد بشكل خاص محدودًا، حيث بيع منها في نهاية المطاف حوالي 15,000 جهاز.

خلال سبعينيات وثمانينيات القرن العشرين، خضعت كاميرا أوبتاكون لعمليات تطوير وتحسين، وأُضيفت إليها ملحقات متنوعة، بما في ذلك وحدات عدسات مختلفة تُستخدم مع الكاميرا لقراءة النصوص على الآلة الكاتبة وشاشات الحاسوب والآلات الحاسبة. وفي عام ١٩٨٥، تعاونت شركتا كانون وتيليسنسوري في تطوير أوبتاكون ٢، التي تميزت بتغليف مُحسّن وقدرات إضافية للربط مع الحاسوب (انظر الشكل ٣).

أدى قرار التصميم بتقليل عدد وحدات البكسل في الصورة من 144 إلى 100 لخفض التكلفة إلى عدم نجاح Optacon II.

في تسعينيات القرن الماضي، حوّلت شركة تيليسنسوري تركيزها بشكل متزايد نحو سوق ضعاف البصر، وقلّلت من اعتمادها على جهاز أوبتاكون. وأصبحت الماسحات الضوئية للصفحات المزودة بتقنية التعرف الضوئي على الأحرف الخيار الأمثل للمكفوفين الراغبين في الوصول إلى المواد المطبوعة. كانت الماسحات الضوئية للصفحات أقل تكلفة وأسهل استخدامًا بكثير من جهاز أوبتاكون. إضافةً إلى ذلك، كان بإمكان المكفوفين عمومًا قراءة المواد بسرعة أكبر باستخدام الماسح الضوئي للصفحات مقارنةً بجهاز أوبتاكون.

في عام ١٩٩٦، أعلنت شركة تيليسنسوري أنها ستتوقف عن تصنيع جهاز أوبتاكون، وأنها ستتوقف عن تقديم خدمات الصيانة له في عام ٢٠٠٠. اشترى العديد من المستخدمين أجهزة مستعملة وقاموا بتفكيكها للحصول على قطع الغيار، على الأرجح بمساعدة كبيرة من أصدقاء مبصرين ذوي خبرة في مجال الهندسة الكهروميكانيكية. في مارس ٢٠٠٥، أغلقت الشركة أبوابها فجأة. تم تسريح الموظفين من الشركة، وخسروا إجازاتهم المتراكمة، وتأمينهم الصحي، وجميع مزاياهم. لم يتمكن العملاء من شراء أجهزة جديدة أو إصلاح الأجهزة الموجودة. بذلت بعض الشركات جهودًا لتطوير نسخة محدثة من أوبتاكون لخفض تكلفته والاستفادة من التقنيات الحديثة، ولكن لم يتم تطوير أي جهاز يتمتع بتعدد استخدامات أوبتاكون حتى عام ٢٠٠٧.

لا يزال العديد من المكفوفين يستخدمون أجهزة أوبتاكون حتى يومنا هذا. يوفر جهاز أوبتاكون إمكانيات لا يوفرها أي جهاز آخر، بما في ذلك القدرة على رؤية الصفحة المطبوعة أو شاشة الكمبيوتر كما تظهر تمامًا، بما في ذلك الرسومات وأنواع الخطوط وتنسيقات النصوص المتخصصة.

• "المُنتَج المُتأصِّل" بقلم جون ج. لينفيل - التقرير النهائي المُقدَّم إلى مكتب التعليم، مارس 1973
• "من أوبتاكون إلى النسيان: قصة الحواس عن بعد" كما نُشر في مجلة أكسس وورلد ، يوليو 2005
• "آلة القراءة التي لم تُبنَ بعد"، كما نُشر في مجلة AccessWorld ، مارس 2003
• "الأوبتاكون: الماضي والحاضر والمستقبل" من مجلة برايل مونيتور ، وهي منشور صادر عن الاتحاد الوطني للمكفوفين
• قائمة بريد إلكتروني optacon-l لمستخدمي وباحثي Optacon
• صفحة وثائق ومواد تدريب Optacon على موقع Freedom Scientific الإلكتروني