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APEDROS: ASISTENCIA A PERSONAS CON DISCAPACIDAD MEDIANTE ROBOTS SOCIALES

Authors:
APEDROS: Asistencia a Personas con
Discapacidad mediante Robots Sociales
I. García-Varea1, A. Jiménez-Picazo1, J. Martínez-Gómez1, A. Revuelta-Martínez1, L.
Rodríguez-Ruiz1, P. Bustos2, P. Nuñez2
1Universidad de Castilla-La Mancha: Avda. De España s/n, 02071 Albacete, España. Tel.: +34967599200,
Fax: +34967599224, ismael.garcia@uclm.es, alejandro.jimenez@uclm.es, jesus.martinez@uclm.es,
alejandro.revuelta@uclm.es, luis.rruiz@uclm.es
2Universidad de Extremadura: Cáceres, España, Tel.: +34-927 257 259, Fax:+34-927 257 202
pbustos@unex.es, pnuntru@unex.es
Resumen. Uno de los principales retos sociales en países desarrollados es el de la atención a las personas
dependientes y el procurar mejorar su calidad de vida promocionando su autonomía personal. Un gran
paso en este sentido sería la utilización de las modernas Tecnologías de la Información y las
Comunicaciones (TICs) en este ámbito. De hecho últimamente se está demostrando cómo la robótica juega
un rol importante en este tipo de situaciones y retos, siendo de especial interés la robótica social. En este
trabajo presentamos el proyecto APEDROS, poniendo especial atención a los objetivos a cubrir durante su
desarrollo, cuya última finalidad es la de mejorar el bienestar social y la calidad de vida de las personas
dependientes haciendo uso de la robótica social. Por tanto, el principal objetivo de este proyecto es
desarrollar y evaluar experimentalmente formas de interacción Hombre-Robot que pongan de manifiesto las
ventajas y/o inconvenientes del uso de la robótica social en este tipo de escenarios.
Palabras clave: Robótica social, discapacidad, interacción multimodal hombre-robot
1. Introducción
En este trabajo presentamos la finalidad y objetivos a desarrollar dentro del proyecto APEDROS (Ayuda a
PErsonas con Discapacidad mediante RObots Sociales), cuya propuesta ha sido recientemente evaluada y
aceptada para su financiación por el Gobierno Regional de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha
(España). En este proyecto se plantea que la robótica social - cuyo fin es la interacción y la comunicación
del robot con humanos siguiendo comportamientos, normas y patrones sociales - puede mejorar el
bienestar social, así como la calidad de vida de las personas dependientes.
En este sentido, el principal objetivo del proyecto APEDROS es investigar y desarrollar tecnologías de
Interacción multimodal Hombre-Robot (HRI) para integrarlas en un prototipo existente de robot social. Por
otra parte, pretendemos realizar una evaluación experimental en entornos reales. Así, seremos capaces de
poner de manifiesto las ventajas y/o inconvenientes del uso de la robótica social para la mejora de la
calidad de vida de las personas dependientes.
Sin subestimar la enorme dificultad de esta tarea, que en numerosas ocasiones ha generado falsas
expectativas y ha podido ver disminuido su interés dentro de la comunidad científica, pensamos que sólo el
trabajo continuado del mayor número posible de grupos de investigación en los diferentes retos propuestos
proporcionará nuevos marcos teóricos y el desarrollo de la tecnología necesaria para satisfacer las
necesidades de la sociedad.
2. Motivación, justificación y objetivos
La sociedad actual tiene ante sí una amplia diversidad de retos sociales. Entre ellos, destaca la atención a
la población en situación de dependencia1, un fenómeno que afecta a todas las edades, no sólo a las
personas mayores.
Es evidente, que existe un interés cada vez mayor en el análisis y estudio de cómo las nuevas tecnologías
pueden ayudar a mejorar las condiciones de vida de las personas dependientes. En la literatura reciente
encontramos dos argumentos principales para justificar la inversión en esta materia [1]. En primer lugar, se
espera que los países occidentales afronten en un futuro próximo una falta de personal cualificado para el
desarrollo de este trabajo. Por otro lado, es lógico pensar que la población dependiente pre fiera continuar
su vida con normalidad todo el tiempo posible, en su propia casa y espacios conocidos, en lugar de en
residencias u hospitales. En atención a estas necesidades, el proyecto APEDROS propone crear una base
de conocimiento novedosa sobre tecnología y herramientas tecnológicas que permitan mejorar la calidad
de vida de estas personas dependientes.
En los últimos años, la robótica está ampliando su campo de acción, implantándose cada vez más en los
hogares [2]. En el contexto actual de robots programados para facilitar y mejorar la calidad de vida de las
personas dependientes, se pueden distinguir dos líneas de investigación bien diferenciadas [3]. En primer
lugar, existen hoy en día los conocidos como robots para rehabilitación, donde no existe interacción real
entre el usuario (en nuestro caso la persona dependiente) y la máquina (silla de ruedas, exoesqueleto,
etc.). La funcionalidad de este tipo de robots se centra en la ayuda a las personas que presentan cierta
discapacidad, normalmente física, en tareas de rehabilitación o movilidad. Por otro lado, existe una
segunda línea de trabajo donde un segundo tipo de robots, los conocidos como robots sociales, permiten
una interacción Hombre-Robot (HRI de sus siglas en inglés) siguiendo las normas, patrones y
comportamientos sociales.
Siguiendo la línea de investigación en robótica social, y como ya hemos comentado en el apartado anterior,
el principal objetivo de este proyecto es desarrollar y evaluar experimentalmente formas de HRI que pongan
de manifiesto las ventajas y/o inconvenientes del uso de la robótica social en este tipo de escenarios. Por
ello, APEDROS plantea tres subobjetivos científicos novedosos en el área de la robótica social y de
servicios:
Estudio y desarrollo de nuevas arquitecturas de control cognitivo y su implementación en la
arquitectura hardware disponible que permitan al robot obtener información del entorno a partir de
sus sensores y dotarle de autonomía.
Diseño de mecanismos de interacción multimodal humano-robot adecuados para cada uno de los
escenarios definidos y según el perfil de usuario.
Evaluación, validación y valoración del impacto de la utilización de robots sociales sobre la
calidad de vida de las personas.
De manera adicional, y dado que contamos con la asesoría médico-técnica de un equipo de especialistas
en rehabilitación, se establecerán una serie de escenarios y casos de estudio que aborden diferentes
acciones en función del propósito y del tipo de implicación que se solicita al usuario. En última instancia, se
intentará llevar a cabo una experimentación real sobre estos escenarios (diseñados a priori a tal efecto),
recopilando información y utilizando la misma en las distintas fases del proyecto. Como resultado de esta
experimentación se obtendrán recomendaciones y cambios en el diseño físico del robot, así como en la
arquitectura cognitiva desarrollada para la interacción multimodal.
1La dependencia se define por las recomendaciones del Consejo de Europa como “un estado en
el que se encuentran las personas que ligadas a la falta o la pérdida de autonomía física,
psíquica o intelectual tienen necesidad de asistencia y/o ayudas importantes a fin de realizar los
actos corrientes de la vida diaria”
3. Proyecto APEDROS
El principal objetivo del proyecto APEDROS es integrar las tecnologías existentes, y las que se
desarrollarán dentro del mismo, de interacción multimodal Hombre-Robot en un prototipo existente de robot
social, así como su evaluación de manera experimental, de manera que pongan de manifiesto las ventajas
y/o inconvenientes del uso de la robótica social para la mejora de la calidad de vida de las personas que
ven limitada su autonomía debido al deterioro de sus capacidades funcionales.
El principal grupo involucrado en el proyecto APEDROS es el grupo de Sistemas Inteligentes y Minería de
Datos (SIMD) de la Universidad de Castilla-La Mancha (UCLM), que aporta la mayoría de investigadores. El
resto de investigadores lo proporciona el grupo Pattern Recognition and Human Language Technology
(PRHLT) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) además del equipo médico mencionado
anteriormente.
3.1. Planificación
Para llevar a cabo las tareas necesarias que permitan cumplir los objetivos planteados, el proyecto se es-
tructura en un conjunto de módulos, cada uno centrado en un objetivo específico. A continuación se describi-
rá brevemente el tipo de tareas desarrolladas en cada uno de ellos.
Módulo 1: Autonomía del robot. Dentro de este módulo se agrupan todas las tareas relacionadas
con la construcción física del robot. Más específicamente, el trabajo desarrollado dentro de este
módulo está encaminado a la creación de una plataforma robótica móvil, dotada con una cabeza
expresiva y un actuador consistente en un brazo mecánico. Además, se dotará al robot de los sen-
sores necesarios (cámaras, micrófonos, etc.) para permitirle obtener información del entorno. Por
último, las tareas necesarias para dotar al robot de un mecanismo de autolocalización básico tam-
bién se encuentran integradas aquí.
Módulo 2: Este módulo se plantea como respuesta al objetivo de comunicación con el usuario por
medio del lenguaje natural. Por un lado, se abordará todo el trabajo necesario para permitir al ro-
bot comprender órdenes transmitidas por el usuario en forma de comandos y frases habladas.
Para ello, se definirán dos tareas principales: reconocimiento del habla y comprensión del lengua-
je. Además, se definen dentro de este módulo todas las tareas necesarias para permitir al robot
emitir mensajes comprensibles para el usuario en forma de frases habladas en lenguaje natural.
Módulo 3: Además del tipo de comunicación desarrollado en el módulo anterior, uno de los objeti-
vos del proyecto es permitir que el robot adquiera información del usuario y, en general, del entor-
no por medio de las imágenes que son capturadas por la cámara. En concreto, se abordan tareas
como la localización visual del usuario y otros objetos del entorno, así como el reconocimiento de
gestos y expresiones humanas. Al igual que en el módulo 3, la comunicación visual se plantea
como un mecanismo bidireccional. Por tanto, parte del trabajo de este módulo se centra en conse -
guir que el robot sea capaz de generar gestos y expresiones que el usuario pueda percibir adecua-
damente. Como resultado del trabajo realizado en los módulos 2 y 3 se dotará al robot de un canal
de comunicación multimodal.
Módulo 4: Este módulo será descrito con más detalle en la sección 4. Como introducción a lo que
se desarrollará en dicha sección, puede decirse que el principal objetivo a cubrir aquí es la valida -
ción del desempeño del robot en escenarios con usuarios reales.
3.2. Estructura del Proyecto
Las tareas descritas en la sección anterior se engloban utilizando la organización mostrada en la Fig. 1,
donde identificamos 3 ámbitos principales: toma de decisiones, procesamiento de imágenes e interacción
persona-robot.
Figura 1. Estructura del proyecto
Las tareas del ámbito de la toma de decisiones tienen el objetivo de implementar la inteligencia del robot,
principalmente a través de la tarea desarrollo de comportamientos. La gestión de autonomía, planificación
de caminos, SLAM y detección de situaciones de riesgo otorgan al robot el grado de autonomía necesaria
para moverse por su entorno de forma segura sin la supervisión de ningún agente externo.
Dentro del ámbito de la interacción persona-robot encontramos una serie de tareas que permitirán una
interacción natural, intuitiva y multimodal entre el robot y las personas de su entorno. Los dos principales
canales de comunicación serán la voz y la información visual (principalmente gestos).
Por último, las tareas del procesamiento de imágenes están orientadas a obtener la mayor cantidad de
información útil a través de la cámara visual del robot. Esta información mejorará la multimodalidad en la
interacción y permitirá al robot aumentar el conocimiento sobre aspectos clave, como pueden ser la postura
que posee el interlocutor o el gesto que se encuentra realizando.
4. Entorno experimental
Uno de los principales objetivos del proyecto que se describe en este artículo es la definición e
implementación de un entorno experimental que permita medir la mejora lograda en la calidad de vida de
las personas dependientes. Con este fin, y con la colaboración del equipo de rehabilitación asesor, se
diseñarán y se llevarán a cabo una serie de experimentos con usuarios y situaciones reales.
Se han establecido los diferentes tipos generales de escenarios de interacción y casos de estudio que se
considerarán para el diseño del marco experimental y de las pruebas concretas que se llevarán a cabo en
él. Dichos casos son los siguientes:
Toma de contacto inicial entre la persona dependiente y el robot, interactuando oral y
gestualmente. En esta fase se le dará gran importancia a la capacidad del robot de romper las
barreras y reparos que los usuarios puedan tener ante este tipo de tecnologías.
Monitorización de los movimientos de la persona dependiente en espacios de interior y detección
de situaciones de riesgo como pueden ser caídas o desorientaciones.
Ayuda a la orientación espacial y temporal de la persona dependiente mediante apoyos
cognitivos.
Estimulación cognitiva de la persona dependiente mediante ejercicios, juegos y pruebas
adaptados a las necesidades del usuario.
A partir de los tipos de escenarios considerados se han determinado los requisitos mínimos que debe
satisfacer el robot para poder integrarse en los entornos y tareas propuestas. En concreto, será necesario
que el robot sea capaz de:
Reconocer, identificar y seguir a lo largo del tiempo a las personas que estén en su campo de
operación.
Interactuar con personas activamente estableciendo una comunicación verbal (utilizando técnicas
de reconocimiento y síntesis del habla) y no verbal (haciendo uso de técnicas de reconocimiento
y generación de caras, gestos y emociones).
Identificar no sólo a las personas sino también los elementos relevantes del escenario.
Integrar todas las tecnologías de manera que se complementen entre ellas y así lograr una
interacción multimodal natural y fluida.
En el momento en que se disponga de un prototipo funcional se determinarán, junto con el equipo médico
asesor, un conjunto de casos y usuarios reales que encajen dentro de los escenarios propuestos y donde
se considere que el robot pueda ayudar a la persona dependiente. Una vez hecha la selección, los
experimentos se realizarán en dos fases diferenciadas:
1. Una primera fase en la que uno de los miembros del equipo investigador simulará ser la persona
dependiente. De esta forma se podrá comprobar que la actuación del robot está dentro de los
parámetros definidos y se evitará en lo posible que la persona dependiente se encuentre con
errores técnicos.
2. En segundo lugar se harán pruebas con una persona dependiente en sesiones estrechamente
controladas por los equipos investigador y médico. En esta fase se obtendrán los resultados que
se usarán para la evaluación del prototipo.
Una vez se hayan obtenido los resultados para los casos reales que fueron seleccionados, se procederá a
su análisis para así poder evaluar el prototipo. Esta evaluación permitirá validar las técnicas desarrolladas y
plantear mejoras en ellas permitiendo seguir un proceso de desarrollo iterativo e incremental. Para ello se
propone una metodología basada en tres etapas de estudio:
Estudiar y determinar los requisitos del sistema esenciales en base al estudio de las necesidades
y expectativas de la persona dependiente y del entorno donde se realiza la prueba.
Implementar un diseño de interacción hombre-robot y evaluarlo con expertos y usuarios finales.
Ajustar el sistema robótico con las conclusiones obtenidas.
Al evaluar la interacción hombre-robot, uno de los pasos más importantes (sobre todo en etapas
tempranas) será la evaluación de aceptabilidad del sistema por parte del usuario, para ello se propone
utilizar modelos psicosociales de aceptación de la tecnología [4] y, más exactamente, el conocimiento
disponible sobre aceptabilidad de sistemas de ayuda a personas dependientes en casa.
El diseño de interacción requiere un sistema de evaluación de la calidad que sobrepasa las capacidades de
los sistemas de ingeniería de usabilidad y factores humanos orientados a la tarea. Esto es debido a las
peculiaridades de su propósito (mejora de las capacidades funcionales y calidad de vida) y el tipo de
interacción propuesta (interacción social humano-robot). Como solución se propone evaluar la secuencia de
interacciones sociales entre la persona dependiente y el sistema autónomo en los diversos contextos de
uso, evaluando el efecto sobre el usuario a partir de su estado de ánimo [5].
Para evaluar el impacto psicosocial producido por la introducción de la robótica social en el entorno de una
persona dependiente así como las expectativas que tenga el usuario sobre esta tecnología se usarán los
parámetros objetivos y subjetivos descritos en la literatura [6], [7].
Por último hay que destacar que el impacto de la interacción con robots sociales sobre la calidad de vida
del usuario será estudiado en cambios detectados a medio plazo y no durante la sesión en sí. Para calcular
este impacto se definirán, por un lado, una serie de variables cognitivas, emocionales y conductuales que
se usarán para analizar las percepciones de las personas dependientes, sus familiares y cuidadores. Por
otro lado, se definirán otras variables para describir el comportamiento del usuario (como son su
autonomía, su actividad, etc.).
5. Conclusiones y trabajo futuro
En este artículo hemos presentado la finalidad y objetivos a abordar durante el desarrollo del proyecto
APEDROS, en el que principalmente se pretende utilizar la robótica social para proporcionar asistencia a
personas con dependencia. De entre todos los objetivos planteados, uno de los más importantes es el
desarrollo de un marco experimental que suponga un salto cualitativo en la evaluación de sistemas
robóticos sociales para la promoción de la calidad de vida.
Debido al enfoque dado al proyecto y gracias a la colaboración con un equipo médico de rehabilitación, al
final del proyecto se espera haber construido un prototipo completamente funcional que implemente todas
las técnicas desarrolladas.
Además se espera que el equipo investigador estreche lazos con el equipo médico y también que se
familiarice con los problemas y métodos propios de este nuevo campo abriendo así la puerta a nuevos
desarrollos conjuntos que apliquen las TICs a problemas relacionados con la sanidad y salud públicas.
Referencias
[1] Comité Español de Automática. Libro Blanco de Robótica, 2006.
[2] B. Gates. A robot in every home. Scientific American Magazine, 1(296):44-51, 2007.
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[4] R. P. Bagozzi, F. D. Davis, P. R. Warshaw. Development and Test of a Theory of Technological Learning and
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[5] M. Ventura, S. Llorens, M. Salanova. El rol de la autoeficacia en el estudio del Engagement. En Universitat Jaume I,
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[6] G. J. Gelderblom, L. P. de Witte, L. Demers, R. Weiss-Lambrou, B. Ska. The Quebec User Evaluation of Satisfaction
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[7] A. Jardón, R. Correal, S. Martínez, A. Giménez, C. Balaguer. ASIBOT: robot portátil de asistencia a discapacitados.
Concepto, arquitectura de control y evaluación clínica, pp. 127-144. Universidad Carlos III, Madrid, 2008.
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Assistive social robots, a particular type of assistive robotics designed for social interaction with humans, could play an important role with respect to the health and psycho-logical well-being of the elderly. Objectives Assistive social robots are believed to be useful in eldercare for two reasons, a functional one and an affective one. Such robots are developed to function as an interface for the elderly with digital technology, and to help increase the quality of life of the elderly by providing companionship, respectively. There is a growing attention for these devices in the literature. However, no comprehensive review has yet been performed to in-vestigate the effectiveness of such robots in the care of the elderly. Therefore, we systematically reviewed and analyzed existing literature on the effects of assistive social robots in health care for the elderly. We focused in particular on the com-panion function. Data Sources A systematic search of MEDLINE, CINAHL, Psy-cINFO, The Cochrane Library databases, IEEE, ACM libraries and finally Google Scholar was performed for records through December 2007 to identify articles of all studies with actual subjects aimed to assess the effects of assistive social robots on the elderly. This search was completed with information derived from personal expertise, contacts and reports. Study Selection and Data Extraction Since no randomized controlled trials (RCT)'s have been found within this field of research, all studies reporting effects of assistive robotics in elderly popula-tions were included. Information on study design, interventions, controls, and findings were extracted for each article. In medical journals only a few articles were found, whereas about 50 publications were found in literature on ICT and robotics. Data Synthesis The identified studies were all published after 2000 in-dicating the novelty of this area of research. Most of these publications contain the results of studies that report positive effects of assistive social robots on health and psychological well-being of elders. Solid evidence indicating that these ef-fects can indeed be attributed to the actual assistive social robot, its behavior and its functionality is scarce. Conclusions There is some qualitative evidence as well as limited quantitative evidence of the positive effects of assistive social robots with respect to the elderly. The research designs, however, are not robust enough to establish this. Confounding variables often cannot be excluded. This is partly due to the chosen research designs, but also because it is unclear what research methodology is adequate to investigate such effects. Therefore, more work on methods is needed as well as robust, large-scale studies to establish the effects of these devices. Assistive social robots in elderly care: a review G8(2)Review-Broekens-v4.indd 1 29-5-2009 10:52:03
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. The Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology (QUEST 2.0) is a 12-item outcome measure that assesses user satisfaction with two components, Device and Services. Psychometric properties have been tested with respect to test-retest stability. alternate-form equivalence. internal consistency, factorial composition and nomological validity. Examples of results obtained with the first version of the tool in outcome studies in Europe and North America support the importance and relevance of the satisfaction measure.
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Hasta ahora la tecnología usada en los hogares se ha caracterizado por basarse en elementos estáticos, es decir, electrodomésticos tradicionales tales como lavavajillas, lavadoras, hornos, etc. fijos en un determinado lugar del entorno durante todo su periodo de funcionamiento. Recientemente se han añadido los entornos domóticos, que introducen control por computador de determinados servicios como luces, alarmas, climatización. En este artículo se presenta el siguiente paso en la introducción de nuevas tecnologías en una vivienda. El concepto fundamental es introducir “electrodomésticos móviles” en las casas, es decir, robots. El robot ASIBOT es un “electrodoméstico” móvil, diferente a los robots móviles tradicionales, que puede moverse a través de conectores situados en cualquier punto de la casa, desarrollando diferentes tareas cotidianas de asistencia a personas discapacitadas, como ayuda a comer, beber, aseo personal, manipulación de objetos, etc. Además, en este artículo se presentan los resultados de los ensayos clínicos efectuados con pacientes reales en la realización de AVDs (Actividades de la Vida Diaria) en el Hospital Nacional de Parapléjicos de Toledo. 12 págs, 9 figs. Este trabajo está financiado por el RoboticsLab, UC3M, España y el IMSERSO (Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales), España.
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Beliefs, attitudes, and intentions are important factors in the adoption of computer technologies. While contemporary representations have focused on explaining the act of using computers, the role of learning to use the computer needs to be better understood within the overall adoption process. Inadequate learning can curtail the adoption and use of a potentially productive system. We introduce a new theoretical model, the theory of trying, in which computer learning is conceptualized as a goal determined by three attitude components: attitude toward success, attitude toward failure, and attitude toward the process of goal pursuit. Intentions to try and actual trying are the theoretical mechanisms linking these goal-directed attitudes to goal attainment. An empirical study is conducted to ascertain the construct validity and utility of the new theory within the context of the adoption of a word processing package. Specifically, we examine convergent validity, internal consistency reliability, stability, discriminant validity, criterion related validity, predictive validity, and nomological validity in a longitudinal field study of 107 users of the program. The new theory is compared to two models: the theory of reasoned action from the field of social psychology and the technology acceptance model, recently introduced in the management literature. Overall, the findings stress the importance of scrutinizing the goals of decision makers and their psychological reactions to these goals in the prediction of the adoption of computers. Peer Reviewed http://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/67175/2/10.1177_001872679204500702.pdf
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The leader of the PC revolution predicts that the next hot field will be robotics
El rol de la autoeficacia en el estudio del Engagement
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M. Ventura, S. Llorens, M. Salanova. El rol de la autoeficacia en el estudio del Engagement. En Universitat Jaume I, editor, Jornades de Foment de la Investigación, 2007.
ASIBOT: robot portátil de asistencia a discapacitados
  • A Jardón
  • R Correal
  • S Martínez
  • A Giménez
  • C Balaguer
A. Jardón, R. Correal, S. Martínez, A. Giménez, C. Balaguer. ASIBOT: robot portátil de asistencia a discapacitados.