IncluAventuras: Cuentacuentos basado en IA generativa para promover la inclusión de personas con discapacidades

Resumen

Se presenta el diseño completo y la evaluación de un sistema cuentacuentos digital, destinado a niños de entre 4 y 6 años en Latinoamérica. Este sistema está basado en inteligencia artificial generativa. Se realizaron pruebas que abarcaron el funcionamiento del sistema, la diversidad de contenidos, los tiempos de generación, la evaluación de voz, entonación, velocidad y calidad de pronunciación. El sistema crea historias diferentes, que promueven valores en los niños de habla hispana, fomentando la importancia de la inclusión de personas con capacidades diferentes. Cabe destacar que en ningún cuento se encontró contenido no apto para niños.

Keywords: ChatGPT, Cuenta cuentos, Discapacidad, IA Generativa, Inclusión

Objetivos

1. Inculcar en la niñez los valores de respeto, tolerancia y empatía hacia personas con discapacidad a través de historias.
2. Promover las habilidades de lectura y comprensión en niños de habla hispana.

Contribuciones

• Alternativa para abordar el desafío de fomentar la inclusión de personas con discapacidades en América Latina, mediante una solución tecnológica del estado del arte.
• Diseño completo de un sistema de software basado en IAG orientado a generar y contar historias para niñas y niños de habla hispana.
• Diseño de un prompt especialmente diseñado para generar distintos cuentos que promueven valores de empatía y respeto hacia personas con discapacidad.
• Evaluación del sistema en cuanto a la diversidad de historias generadas.
• Evaluación de la entonación, velocidad y calidad de pronunciación en las narrativas de los cuentos.
• Proporcionar el código fuente y los archivos complementarios para fines no comerciales.

Tecnologías empleadas

## Metodología aplicada

A continuación se muestra un resumen gráfico de la metodología empleada.

El sistema cuenta con una estructura general de un prompt adecuado que orienta al sistema hacia la generación de resultados coherentes. Por lo que se definieron tres elementos fundamentales de dicha estructura, que el usuario puede personalizar. Los parámetros son los siguientes:

Parámetro	Descripción
Tipo de cuento	Se refiere a la extensión del cuento. Este puede ser microcuento (menos de 200 palabras), cuento flash (200 - 700 palabras) o cuento corto (700 a 2,000 palabras)
Personajes	Se refiere a las características físicas y de personalidad de cada uno de los personajes. Cada historis puede tener un máximo de tres personajes.
Tema	Se trata del contexto o tema en el que se desarrollará la historia. Puedes elegir entre el respeto, la tolerancia, la equidad y cuidado del medio ambiente.

Una vez seleccionados los parámetros, el sistema genera el prompt correspondiente para ingresarlo a la IA generativa.

   getPrompt(): string {
        this.prompt = `Eres un cuentacuentos creativo que inculca valores en sus cuentos para niños de
        latinoamérica, los cuentos son divertidos, intersantes y originales, y a veces misteriosos. La respuesta debe ser en formato JSON con la siguiente estructura:  {"titulo": string, "personajes": [solo nombre], "contenido": string}
            Crea un ${this.tipo_cuento.nombre} de ${this.tipo_cuento.descripcion} sobre el tema ${this.topic.nombre} en el que participen los siguientes personajes:
            ${this.getCharacters()}. \n 
            
        Consideraciones para el cuento: 

        - El cuento debe ser original, por favor, esfuérzate en que no se repitan los cuentas. 
        - Si hay personajes con alguna discapacidad, asegúrate de que sean los protagonistas. Enfoca la atención en ellos para que la trama del cuento resalte el valor de ${this.topic.nombre} hacia los personajes con discapacidad.
        - Evita colocar en el cuento la descripción física y de personalidad de los personajes,solo menciona implicitamente cual es la discapacidad del personaje, si así lo tuvieran.
        - El contexto en el que se desarrollan los personajes debe ser ambientado en la nacionalidad del protagonista o los protagonistas, ya sean lugares turísticos, pueblos, costumbres, cultura, ideologías, economia, etc.Se especifico en el lugar en el que se encuentran, puedes mencionar nombre de los lugares. 

        - Puedes elegir el estilo narrativo entre monólogo, narración en segunda persona, narración epistolar, narración como testigo, narración omnisciente,etc. además de cambiar la atmósfera, el ambiente y el simbolismo; la idea es crear un cuento original, creativo y único o inédito que inculque  valores a los niños.
        - Es importante que los cuentos no sean repetidos en cada una de las iteraciones que se realicen, debe de cambiar el contexto, ambiente, el nombre del cuento, su trama y la forma de narración.
        - Es importante que el cuento deje un mensaje o impacto sobre los valores.  Este mensaje no debe ser explícito en el cuento, debe ser tratado con una intención didáctica (el niño debe ser capaz de comprender el mensaje o valores a lo largo del desarrollo del cuento).
`;
        return this.prompt;
    }
    


    getCharacters(): String {
        var characters_string: string = "";
        for (const character of this.characters) {
            characters_string += " " + character.nombre + " un " +
                character.oficio + ". \nQue tiene las siguientes características físicas: \n" + character.descripcion_fisica +
                "\nSu personalidad es: \n" + character.descripcion_personalidad + "\n" +
                "Evita colocar en el cuento datos que ya se han mencionado en el prompt, estos son solo una idea de como son los personajes, no es necesario colocar sus     características.";
        }
        return characters_string
    }

Para la generación de las historias se utilizó el chat completions de openAI, usando las siguiente configuración de parámetros:

Parámetro	Valor asignado
Mensaje	Es el prompt anteriormente planteado
Modelo	Modelo gpt-3.5-turbo-instruct.
Numero de tokens	2048 tokens
Temperatura	0.5

El chat completions devuelve el contenido generado en formato JSON. La respuesta obtenida es procesada por la aplicación, extrayendo los contenidos y mostrándolos en la interfaz de usuario (bloque 7 de la arquitectura). Además de mostrar el cuento en forma te texto, el sistema desarrollado permite narrar las historias con el uso de voces sintéticas obtenidas igualmente de openAI. Para implementar la voz sintética, se implementó el TTS (Text to Speech) de OpenAI (Bloque 6A de la arquitectura).

Resultados y discusión

Prueba de funcionamiento

se realizó una prueba de funconamiento del sistema, donde el usuario ingresó parámetros personalizados. Para propósitos demostrativos se seleccionó un tipo de cuento microcuento; se eligieron 3 personajes: Andrés (niño con discapacidad en una mano), Fernanda (niña con discapacidad visual) y Omar (Un niño con ceguera), finalmente se eligió el tema de la tolerancia. La voz con la que se reproduce el cuento es con la voz fable de openAI. Puedes acceder a ver el ejemplo en el video Ejemplo del cuento

Además, hay otros ejemplos disponibles para visualizar, como El viaje de tita El juego de las diferencias El respeto en la cancha

Medición de similitudes entre cuentos

Para medir la diversidad de contenidos en los cuentos generados, es decir, que tan diferentes son las historias que genera el sistema; se realizaron dos experimentos.

• Primer experimento: Mantener invariables al tipo de cuento, personajes y tema, generando así 30 cuentos con la misma temática.
• Segundo experimento: Colocar el tipo de cuento, personajes y tema de manera aleatoria, generando así 30 cuentos con diferentes parámetros.

Los resultados de cada uno de los experimentos los puedes consultar en la carpeta resultados_sistemas. Cuentos generados del primer experimento . Cuentos generados del segundo experimento . Audios generados del cuento demostrativo (6 voces) . Audios generados del segundo experimento .

A partir de los cuentos generados, se calcularon todos los índices de Jaccard entre pares de cuentos, tanto del primer como del segundo experimento. Como se observa graficamente a continuación:

Indice de Jaccard del primer experimento

Indice de Jaccard del segundo experimento

Análisis de las voces en la reproducción de cuentos

Para comparar las diversas voces proprocionadas por OpenAI, se analizaron las siguientes características: el tiempo de generación del cuento, el tono de voz, la variación de entonación, la velocidad del habla y la claridad de pronunciación; los datos que se utilizaron para analizar la voz fueron los contenidos de los 30 cuentos que se eligieron aleatoriamente (segundo experimento). En total, se obtuvieron 8 archivos de audio para historias de tipo micro cuento, 11 para cuento flash y 11 para cuento corto.

Tiempos de generación

Descripción	Micro cuento	Cuento Flash	Cuento Corto
Creación (prom)	9.31s	11.82s	12.49s
Creación (std)	1.03s	2.41s	1.82s
Duración (prom)	58s	66s	74s
Duración (std)	13s	10s	14s

Evaluación de tono de voz

Voz sintética	Descripción
Alloy	Emite un tono amigable.
Fable	Se caracteriza por una tonalidad seria, sin generar un sentimiento en particular.
Echo	Presenta una tonalidad seria con un enfoque narrativo.
Onyx	Su tono de voz es grave y pausado, ideal para la narración de cuentos.
Nova	Aunque posee una voz amigable, se percibe poco natural.
Shimmer	Presenta una voz amigable y natural, ideal para la narración de cuentos.

Variación de entonación

Voz sintética	Descripción
Alloy	Presenta una entonación constante y precisa, respetando los puntos y comas; por lo que, contribuye a una lectura agradable y fluida.
Fable	Mantiene una entonación constante y adecuada en cuanto a la puntuación.
Echo	Se presenta una entonación constante y adecuada en cuanto a la puntuación, sin embargo, las pausas no son muy notorias, lo que afecta la claridad y la narrativa del cuento.
Onyx	Realiza una buena entonación, ya que realiza pausas correctamente, lo que mejora la narrativa del cuento.
Nova	No tiene una buena entonación, realiza una narración lineal
Shimmer	Proporciona una buena entonación en los párrafos, a pesar de no tener buenas pausas en la narración.

Velocidad del habla

Voz sintética	Descripción
Alloy	Gracias a que tiene una velocidad constante, mantiene una audición clara y comprensible.
Fable	Se caracteriza por tener una velocidad rápida, a pesar de contar con pausas durante la narración, la rápidez le resta expresividad narrativa al audio.
Echo	La velocidad es constante, solo que no realiza pausas tan largas que parace una simple lectura, más no un cuento.
Onyx	La velocidad es constante, y tranquila, lo que se plantea que es la voz más adecuada para la narración de cuentos e historias.
Nova	Muestra un ritmo variable, con momentos de rápida pronunciación seguido de momentos más lentos.
Shimmer	Mantiene una velocidad constante a lo largo del audio.

Claridad de pronunciación

Voz sintética	Descripción
Alloy	La pronunciación de las palabras contiene un tono extranjero, arrastrando ciertos sonidos. específiamente en palabras como "Respetar", "perspectiva" y "Ximena", que no se pronucian correctamente en español.
Fable	Se detectaron palabras que no se pronuncian correctamente en español, como "Isabella" y "respeto", e incluso hubo casos en los que no se terminaron de decir algunas palabras, como "igualdad"
Echo	Se observaron errores de pronunciación en palabras en español como "hábil", "Ximena", "rumoreaba", "baille", "barrera" y "Sofía". A pesar de estos errores, esta voz no suena tan extranjera como otras.
Onyx	La pronunciación de las palabras es clara y precisa,unque presenta dificultades con algunos nombres de personajes como "Isabella" y "Ximena".
Nova	La pronunciación no es precisa, con errores notables en palabras, especialmente en los nombres de los personajes. Además, de los 5 cuentos analizados con esta voz, 4 cambiaron de idioma durante la reproducción.
Shimmer	Esta voz en español tiene una pronunciación clara y precisa, aunque presenta dificultades con algunos nombres de personajes como "Isabella" y "Ximena".

Conclusiones

La IAG está siendo usada actualmente como una herramienta valiosa para atender una plétora de problemáticas de diversos tipos. Entre estos desafíos, la discapacidad es una de las problemáticas más significativas en América Latina y el Caribe, afectando a más de 85 millones de personas en la región. En este artículo, se propuso el diseño de un sistema de generación de cuentos (cuenta cuentos) para niños de habla hispana basado en IAG. El sistema permite la creación de cuentos personalizados en los que participan personajes infantiles con algún tipo de discapacidad.

La inclusión de personajes con discapacidades en las historias es un factor crucial que contribuye significativamente a promover la diversidad y la igualdad desde una edad temprana. Aprovechando las capacidades de la IAG sobre la que se basa el sistema, se generan cuentos únicos en cada solicitud, incluso con los mismos parámetros, lo que proporciona una experiencia variada y enriquecedora en cada uso. En las diferentes pruebas realizadas al sistema, se realizó una comparación cuantitativa de la diversidad de las historias generadas, aplicando para ello el criterio del índice de Jaccard. Los valores encontrados confirman la poca similitud entre los cuentos analizados.

Además se evaluó la entonación, velocidad y calidad de pronunciación de las voces sintéticas, encontrándose que todavía existen áreas de oportunidad en la tecnología del estado del arte para la generación de audio en la narrativa de las historias.

A pesar de los desafíos presentes, como el consumo de recursos durante el servicio de conversión de texto a voz, la falta de naturalidad en la voz, los errores en la pronunciación y la latencia del sistema, se puede afirmar que la propuesta presentada es novedosa y podría ser útil para los educadores que buscan implementar herramientas de educación inclusiva en sus aulas.

Actualmente, se continúa trabajando en el desarrollo de otros sistemas que ayuden a cerrar las brechas y mejorar la accesibilidad y la calidad de vida para las personas con discapacidad.

Implementación

El proyecto fue generado con Angular CLI version 16.2.1.

• Ejecute ng serve para un servidor de desarrollo. Navigue hasta http://localhost:4200/. La aplicación se recargará automáticamente si cambia alguno de los archvosentes.
• Ejecute ng generate component component-name para generar un nuevo componente. También puede usar ng generate directive|pipe|service|class|guard|interface|enum|module.

Para obtener más ayuda sobre Angular CLI, use ng help o consulte la página Angular CLI Overview and Command Reference page.

Publicaciones

Cuentacuentos basado en IA generativa para promover la inclusión de personas con discapacidades.

Elaborado por: Keren Mitsue Ramírez Vergara, Asdrúbal López-Chau, Rafael Rojas Hernández