Quá trình phát triển hệ thống hỗ trợ giao tiếp của Stephen Hawking

0
Published on 15:04 Category: , ,


  1. Stephen Hawking_1.

    Stephen William Hawking là giáo sư vật lý lý thuyết tài năng nhất kể từ sau Albert Einstein và ông đã làm nên một cuộc cách mạng trong lĩnh vực nghiên cứu vũ trụ. Tuy nhiên ở tuổi 21, Hawking mắc phải căn bệnh thoái hóa tế bào thần kinh vận động (căn bệnh Lou Gehrig hay còn được biết đến với tên phổ biến hơn là ALS) khiến ông bị liệt gần như toàn thân.

    Câu chuyện bắt đầu từ năm 1985, Stephen Hawking đã mất khả năng nói do mắc phải bệnh viêm phổi trong một chuyến thăm và làm việc tại CERN (Tổ chức Nghiên cứu Nguyên tử châu Âu) nằm ở biên giới Pháp và Thụy Sĩ. Tại bệnh viện, ông phải thở bằng máy và sức khỏe suy giảm nghiêm trọng đến mức các bác sĩ đã hỏi ý kiến của Jane, vợ của ông khi đó về việc tắt thiết bị hỗ trợ sự sống. Tất nhiên bà kịch liệt từ chối việc này. Hawking được chuyển tới bệnh viện Addenbrooke, tại Cambridge (Anh quốc) nơi bác sĩ có thể kiểm soát được mức độ lây nhiễm của căn bệnh. Để giúp ông thở, bác sĩ đã phẫu thuật mở khí quản, đặt ống thở trong đó và kết quả của việc này là ông mất đi khả năng nói.

    Một khoảng thời gian sau, Hawking sử dụng thẻ đánh vần (spelling card) để giao tiếp bằng cách kiên nhẫn chọn từng chữ cái và ghép từ bằng cử động mi mắt. Martin King, một đồng nghiệp của Hawking đã cùng ông lên kế hoạch xây dựng một hệ thống giao tiếp mới. Martin King liên hệ với Walter Woltosz, Giám đốc Điều hành của Words Plus có trụ sở tại bang California (Mỹ) và hỏi tìm phần mềm phù hợp, có thể cải thiện khả năng giao tiếp một giáo sư vật lý Anh hiện mắc bệnh ALS.

    Stephen Hawking_3.

    Trước đó, Walter Woltosz đã phát triển một ứng dụng có tên gọi Equalizer để giúp đỡ mẹ mình, người cũng bị mắc căn bệnh quái ác ALS và mất đi khả năng nói và viết. Ứng dụng này cho phép người dùng chọn từ và ra lệnh máy tính chỉ bằng cử động của ngón tay. Equalizer đầu tiên chạy trên máy tính Apple II và sử dụng bộ tổng hợp giọng nói của một hãng khác là Speech Plus. Hệ thống này được kỹ sư David Mason, chồng của một y tá chăm sóc Hawking, cải tiến để tiện dụng trên xe lăn. Với hệ thống mới, Hawking có thể “nói” vào khoảng 15 từ mỗi phút chỉ bằng cử động của ngón cái.

    Tuy nhiên các tế bào thần kinh vận động của Hawking dần thoái hóa theo thời gian. Đến năm 2008, tay của ông quá yếu để chọn từ theo cách trên. Trợ giảng của ông đã nghĩ ra một phương thức mới với thiết bị có tên gọi “cheek switch” dùng chuyển động cơ mặt. Một cảm biến hồng ngoại được gắn trên mắt kính của ông nhằm ghi nhận những chuyển động cơ má phải. Cụ thể trong hệ thống này, trỏ chuột di chuyển liên tục theo chu kỳ qua các ký tự trong bảng chữ cái và Hawking “chọn” bằng cách chuyển động phần cơ ở má phải. Những chữ viết sau đó được truyền tới một máy tính tổng hợp và chuyển thành giọng nói để phát âm.

    Với cách này, Hawking không chỉ nói mà còn có thể viết email, truy cập Internet và thậm chí viết sách chỉ bằng phần cơ ở má phải. Tuy nhiên khả năng nhập liệu vẫn tiếp tục giảm theo thời gian do tác hại của căn bệnh. Đến năm 2011, tốc độ “nói” của ông giảm chỉ còn 1 đến 2 từ mỗi phút. Trong một bức thư gửi Gordon Moore, người đồng sáng lập hãng Intel, Hawking cho biết hiện trạng và đề nghị Intel giúp đỡ.

    Cũng cần nói thêm là Stephen Hawking gặp Gordon Moore lần đầu tiên tại một hội nghị vào năm 1997. Moore đưa ra đề nghị nâng cấp máy tính ông đang dùng giao tiếp từ nền tảng AMD sang Intel. Nếu đồng ý, Intel sẽ cung cấp một “máy tính thực sự” (real computer) được thiết kế riêng cho Hawking, nghiên cứu công nghệ hỗ trợ và nâng cấp hệ thống giao tiếp mỗi hai năm.

    Vấn đề của Hawking được chuyển cho Justin Rattner, CTO của Intel. Sau khi phân tích, ông đã thành lập nhóm chuyên gia trong lĩnh vực tương tác giữa con người và máy tính gồm Horst Haussecker, phụ trách nhóm Experience Technology Lab, Lama Nachman phụ trách nhóm Lama Nachman và đứng đầu dự án là Pete Denman, nhà thiết kế tương tác (Interaction Designer). Chúng tôi hy vọng sẽ có những bước đột phá trong việc cải thiện tốc độ giao tiếp của Hawking trở lại giống vài năm trước đây, Justin Rattner cho biết thêm.

    Stephen Hawking_2.

    Bước sang tuổi 70, sức khỏe giáo sư Hawking quá yếu để có thể tham dự bữa tiệc mừng sinh nhật của mình. Vì vậy buổi gặp gỡ được dời lại vài tuần sau đó tại văn phòng của ông ở Đại học Cambridge. Trong khi Haussecker giới thiệu và chia sẻ những công việc dự kiến phải thực hiện thì giáo sư “chen ngang”, bày tỏ sự cảm kích, vui mừng khi thấy nhóm Intel có mặt tại đây. Tất cả chỉ khoảng 30 từ nhưng Hawking phải mất gần 20 phút để viết ra kể từ lúc gặp nhóm. Điều này không chỉ làm xúc động các thành viên Intel mà còn làm họ nhận thấy vấn đề phức tạp hơn nhiều so với suy nghĩ ban đầu.

    Vào thời điểm đó, hệ thống giao tiếp của Hawking sử dụng một chương trình có tên gọi EZ Keys, một phiên bản nâng cấp do Words Plus phát triển. Trong chương trình này, trỏ chuột di chuyển liên tục theo chu kỳ qua các ký tự trong bảng chữ cái hiển thị trên màn hình và Hawking “chọn” bằng cách chuyển động phần cơ ở má phải. Những chữ viết sẽ được truyền tới một máy tính tổng hợp và chuyển thành giọng nói để phát âm. EZ Keys cũng cho phép ông kiểm soát trỏ chuột trong Windows, sử dụng Firefox để lướt web hoặc soạn bài giảng bằng Notepad. Hệ thống liên lạc của Hawking cũng có một webcam giúp ghi nhận hình ảnh để ông thực hiện cuộc gọi qua Skype.

    Theo dự kiến, nhóm nghiên cứu sẽ làm mới hoàn toàn hệ thống hỗ trợ cũ kỹ của Hawking, trong đó bao gồm cả việc đưa ra những phần cứng mới. Justin, CTO của Intel nghĩ rằng nhóm có thể ứng dụng công nghệ nhận dạng chuyển động của mắt, cảm biến cử chỉ hay sóng điện não (EGG sensor), Nachman cho biết. Tuy nhiên những phương pháp trên đã thất bại. Cảm biến Gaze phát hiện những chuyển động nhỏ của mắt lại thất bại do Hawking bị sụp mí mắt trong khi mũ cảm biến EEG không đọc được sóng điện não do tín hiệu không đủ mạnh.

    Quan sát, lắng nghe để nhận ra những mối quan tâm thật sự của Hawking. Ngoài việc cải thiện hệ thống hỗ trợ giao tiếp nhanh hơn, những tính năng mới cũng phải giúp giáo sư tương tác với máy tính tốt hơn, Nachman chia sẻ. Trở về Intel Lab và sau nhiều tháng nghiên cứu, Denman đưa ra đoạn video trình diễn nguyên mẫu giao diện người dùng mới với tên gọi ASTER (for ASsistive Text EditoR) và chờ phản hồi từ Hawking.

    Stephen Hawking_4.

    Những thay đổi sẽ không ảnh hưởng nhiều đến thói quen sử dụng của giáo sư nhưng vẫn đạt hiệu quả cao. Chẳng hạn việc bổ sung nút có chức năng quay lại không chỉ dùng xóa ký tự khi nhấn nhầm mà còn để quay lại giao diện người dùng của mình, tích hợp thuật toán tiên đoán từ vốn được dùng trong smartphone, tablet hiện nay và chức năng chuyển từ kế tiếp cho phép Hawking chọn một từ có nghĩa sau đó thay vì phải gõ chúng.

    Theo Denman, điểm chính của bản nâng cấp là giải quyết được vấn đề lớn nhất Hawking gặp phải với giao diện ứng dụng cũ là chọn sai ký tự. Với một người cầu toàn như Hawking, ông không chỉ muốn người nghe nắm được những điểm chính trong một câu mà nó phải diễn đạt chính xác những suy nghĩ của mình.

    Đây là một cải tiến lớn so với những phiên bản trước đó, Hawking nhận xét. Tuy nhiên sau vài tháng sử dụng thực tế, giáo sư cho biết hệ thống mới quá phức tạp và khó thích ứng. Hawking là một trong những người nổi tiếng nhất thế giới nhưng chúng ta không thể quên là ông ít có cơ hội tiếp xúc với những thiết bị, công nghệ hiện đại. Ngoài ra, tuổi tác cũng là trở ngại lớn khi ông tìm hiểu cách tương tác với những công nghệ mới, Denman cho biết thêm.

    Nhóm Intel nhận ra họ phải giải quyết vấn đề theo hướng khác và lấy Hawking làm trọng tâm. Cuối năm 2012, nhóm thiết lập hệ thống quan sát cách giáo sư tương tác với máy tính trong nhiều tình huống khác nhau, khi nhập liệu, sử dụng chuột hoặc cố gắng thay đổi kích cỡ cửa sổ ứng dụng.

    Stephen Hawking__5.

    Tháng Mười 2013, với sự hỗ trợ của trợ giảng Hawking là Jonathan Wood, nhóm Intel đã đưa ra một giao diện người dùng mới cho máy tính của Hawking và nghĩ rằng họ đã xử lý được vấn đề của giáo sư. Tuy nhiên kết quả lại thất bại. Trong nhiều tháng sau đó, nhóm đã đưa ra một giải pháp mới có tên gọi ACAT (Assistive Context Aware Toolkit). Giải pháp này không thay đổi về phần cứng mà tập trung vào phần mềm, cải thiện khả năng nhận dạng những chuyển động cơ trên khuôn mặt Hawking để chuyển thành dòng lệnh máy tính. Trong đó có một trình đơn ngữ cảnh cung cấp những phím tắt với các chức năng khác nhau như nói chuyện, tìm kiếm, gửi email và cả một công cụ quản lý giúp kiểm soát thời gian thuyết trình, nút tắt tiếng để ngắt bộ tổng hợp giọng nói khi cần thiết.

    Intel cũng sử dụng bộ tiên đoán từ của SwiftKey và tích hợp nhiều tài liệu của Hawking trong hệ thống mới. Vì vậy trong một số trường hợp, ông thậm chí không cần phải gõ một từ trước khi hệ thống đưa ra từ phù hợp kế tiếp. Chẳng hạn với cụm từ “lỗ đen” (the black hole), khi chọn chữ “the”, chức năng đoán trước từ sẽ đưa ra chữ “black” kế tiếp và sau đó là “hole”. Ban đầu, giáo sư cũng phàn nàn vì ông phải thay đổi để làm quen, Nachman chia sẻ.

    Giải pháp mới của Intel sẽ giúp Hawking tăng gấp đôi tốc độ "nói" cũng như cải thiện những thao tác khác lên khoảng 10 lần so với trước. Chẳng hạn như việc di chuyển trỏ chuột hoặc mở email là những thử thách thật sự đối với những người bị thoái hóa tế bào thần kinh vận động như Hawking.

    Giải pháp mới của Intel giúp Stephen Hawking cũng như nhiều bệnh nhân khác giữ giao tiếp với thế giới bên ngoài càng lâu càng tốt trước những ảnh hưởng của căn bệnh thoái hóa tế bào thần kinh vận động.

     

    Chủ đề tương tự