Littérature scientifique sur le sujet « Interazione uomo/macchina/rete »

Negli ultimi decenni, la vita quotidiana delle persone è stata trasformata dal rapido sviluppo delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (ICT). L'introduzione dell’ICT in ogni area delle attività umane ha reso la tecnologia informatica sempre più orientata a supportare la comunicazione con gli utenti. Per questo motivo, è cresciuto il bisogno di capire come progettare l'interazione dei sistemi informatici con gli utenti per ottenere sistemi facili da usare. Un buon design dell'interfaccia può consentire all'utente di interagire e gestire il sistema senza problemi. Tuttavia, la ricchezza della moderna tecnologia informatica consente molti usi dei sistemi interattivi e spesso diventa necessario che le interfacce utente siano adattate al contesto di utilizzo; in particolare, le Interfacce utente adattive (AUI) stanno diventando uno dei principali obiettivi affrontati dalla ricerca in ambito interazione uomo-macchina (HCI). In letteratura ci sono molti articoli che si concentrano sui metodi per progettare un'interfaccia adattiva, tuttavia, vi è una mancanza di una singola metodologia efficace per la progettazione di interfacce Adattive, in grado di supportare il progettista nella fase di progettazione dell'interfaccia utente. Inoltre, il contesto di ricerca delle interfacce adattive è molto eterogeneo e strettamente legato a ciascun dominio di applicazione. In questo contesto, l'obiettivo del presente lavoro di ricerca consiste nello studio e sviluppo di un metodo e uno strumento in grado di supportare la progettazione di un'interfaccia utente adattabile ed adattiva. Il metodo e lo strumento proposti sono stati utilizzati: (i) per supportare lo sviluppo di un nuovo sistema adattivo in grado di assistere l'utente nello svolgimento delle attività quotidiane; (ii) riprogettare l'applicazione Hoover Wizard esistente per renderla adattiva. I risultati sperimentali dimostrano che il metodo e lo strumento proposti supportano efficacemente la progettazione di un'interfaccia utente adattabile ed adattiva. Inoltre, i test con gli utenti hanno dimostrato che il sistema adattivo ed adattabile risulta il migliore in termini di prestazioni e soddisfazione. In dettaglio, la maggior parte degli utenti ha trovato il vantaggio di utilizzare l'interfaccia adattiva.
In recent decades, people's daily lives have been transformed by the faster developing of information and communication technologies (ICT). The introduction of ICT in every area of human activities has made computer technology increasingly oriented towards supporting communication with users. For this reason, a growing need to understand how to design the computer systems interaction with users in order to obtain easy-to-use systems has been. A good interface design can let the user interact and deal with the system without problem. However, the wealth of modern computer technology allows many uses of interactive systems and often becomes necessary for the user interfaces to be adapted to the context of use; as a matter of fact, the Adaptive User Interfaces (AUIs) are becoming one of the major objectives addressed by Human-Computer Interaction research. In literature there are many articles that focus on methods to design an adaptive interface, however, there is a lack of a single effective methodology for the design of Adaptive interfaces, able to support the designer in the UI design phase. Furthermore, the adaptive interfaces research context is very heterogeneous and closely linked with each domain of application. In this context, the goal of the present research work consists of the study and development of a method and tool to support the design of adaptive and adaptable user interface. The proposed method and tool have been used: (i) to support the development of a new adaptive system able to assist the user in performing daily life activities; (ii) to re-design the existing Hoover Wizard Application in order to make it adaptive. Experimental results demonstrate that the proposed method and tool effectively support designing of an adaptive and adaptable user interface. In addition, tests with users have shown that the adaptive and adaptable system was the best in terms of both performance and satisfaction. In detail, most of the users have found the benefit of using the adaptive interface.

L'interazione uomo-macchina è una disciplina dello human factor che si riferisce alla comunicazione e all'interazione tra un essere umano e una macchina tramite un'interfaccia utente. Lo human factor mira a rendere le macchine alla portata delle persone, a fare in modo che uomo e macchina possano coesistere e addirittura collaborare per raggiungere risultati migliori. Per riuscire a progettare una macchina efficiente ed efficace è però necessario conoscere come funziona l'essere umano a livello fisico e mentale. Dei processi mentali o cognitivi si occupa la psicologia cognitiva, una disciplina che studia come gli stimoli esterni vengono percepiti, elaborati e immagazzinati dalla mente umana. Il concetto è che se si sa come uno stimolo viene percepito ed elaborato, allora si può tentare di ricreare uno stimolo artificiale che porti la mente umana a provare la stessa sensazione. Il campo di applicazione di questi studi non riguarda solo l'intrattenimento e i videogiochi; un impatto significativo della realtà virtuale e aumentata lo si riscontra in diversi settori tra cui quello aeronautico e in particolare nel campo del controllo del traffico aereo. Il traffico aereo è in continuo aumento e ciò che blocca l'aumento di capacità del sistema di gestione del traffico aereo è l'aeroporto. Sono stati così proposti strumenti di visualizzazione per i controllori di volo che possano migliorare le prestazioni e la produttività nelle operazioni aeroportuali senza abbassare il livello di sicurezza. L'obiettivo di tale tesi è ideare un concept basato sull’utilizzo di tecniche di visualizzazione avanzate in torre di controllo per garantire un sicuro, spedito e ordinato flusso degli aeromobili al suolo e nei cieli anche in condizioni di scarsa visibilità. L'analisi si è concentrata sulle situazioni aeroportuali che mettono a rischio la sicurezza o che hanno effettivamente portato a incidenti o mancati incidenti in passato.

2011 - 2012
I concetti di corpo e di corporeità sono stati oggetto, nel corso degli ultimi decenni, di una attenzione che li ha condotti ad essere il luogo teorico di incontro (e di scontro) tra diversi saperi e diverse traiettorie di ricerca scientifica. Dalla filosofia alla medicina, dalle neuroscienze all‟antropologia, dal diritto alla pedagogia, le discipline che pongono l‟uomo come oggetto della propria indagine hanno rivendicato tutte, ognuna da un proprio peculiare punto di vista epistemico, la centralità del corpo. Nell‟ambito degli studi sulla cognizione e sull‟apprendimento, spinte provenienti da direzioni e tradizioni diverse hanno messo in crisi una visione che postulava una idea di conoscenza astratta, basata su regole formali, indipendente sia dagli aspetti biologici che dal contesto socioculturale; conseguentemente, aggettivi quali “situato”, “embodied”, “sociale”, “distribuito”, hanno cominciato ad accompagnare il concetto di cognizione nella letteratura scientifica Questa nuova prospettiva non considera più il corpo come semplice “operaio del pensiero” (M. Sibilio, 2002), ma riconosce che “la maggior parte delle conoscenze, specie quelle vitali, sono espresse nella struttura stessa del corpo”(Longo, 1995), il quale non è più considerato come un semplice mediatore tra il nostro cervello e la realtà esterna, ma come il "dispositivo principale attraverso il quale, realizzando esperienze, sviluppiamo apprendimento e produciamo conoscenza" (Rivoltella, 2012). In tale ottica "l'astrazione e le generalizzazioni possono produrre utilmente apprendimento solo se sono state costruite a partire dall'esperienza corporea del mondo"(Rivoltella, 2012)ed il corpo diviene cosi “macchina della conoscenza”(F. Varela, 1990). Il ruolo della tecnologia, nell‟accezione più ampia, non è alieno ai processi che hanno determinato questo rovesciamento di prospettive. L‟idea della non neutralità delle tecnologie rispetto alle forme di produzione della conoscenza non è certo una novità. Pure, va segnalata un‟accelerazione, un aumento vertiginoso del dato quantitativo: le sollecitazioni tecnologiche all‟idea di corpo e all‟idea di conoscenza sono numerose ed incessanti, e oggetto di riflessione da più parti. Diverse linee, in quest‟ambito, si sovrappongono in modo quasi inestricabile: l‟idea dei media come estensione delle facoltà umane (McLuhan, 2001), il “luogo di innovazione e di estensione delle tecnologie del potere” (Chignola, 2007)individuato dal concetto di biopolitica nell‟accezione focaultiana, l‟esplicita (pur se obsoleta) analogia tra mente e calcolatore postulata dal cognitivismo, la progettazione e l‟evoluzione di protesi intelligenti, il design di brain-computer interfaces. Queste linee contribuiscono a spostare e a rendere meno netti i confini del corpo umano: la macchina, prolunga le facoltà del soggetto, ben oltre quanto ipotizzato dai teorici della comunicazione, e ne infrange l‟integrità, ridefinendone l‟identità. In campo didattico, la relazione tecnologia/apprendimento, fino agli anni ‟80 si è inserita in una tradizione prevalentemente comportamentista e poi cognitivista, sulla scorta dello Human Information Processing (H.I.P.), concentrandosi sul computer-istruttore e veicolando l‟idea della conoscenza come rispecchiamento della realtà. “È nel corso degli anni „80 che diventano sempre più forti i segni di insoddisfazione verso questo quadro teorico. Quella particolare solidarietà tra modello della conoscenza (conoscenza come acquisizione-elaborazione di informazioni), modello didattico e di apprendimento (sequenziale-curricolare) e modello tecnologico (computer istruttore)”(Calvani, 1998), incomincia a sgretolarsi, e i concetti di corpo e tecnologia trovano un terreno comune Tale terreno comune, in principio circoscritto al campo della disabilità, cresce in progressione geometrica nel periodo recente; all‟idea di tecnologie della mente, ancora di stampo cognitivista, si sostituisce l‟idea di tecnologie della mente/corpo. “Le tecnologie della mente pura nascono belle e fatte dal programmatore/analista, quelle della mente/corpo „vengono al mondo‟; il tecnologo si limita a creare le condizioni iniziali di un processo di sviluppo, di apprendimento, di evoluzione”(Calvani, 1998). Da un punto di vista squisitamente tecnologico, la diffusione di Interfacce Naturali, basate su devices che consentono il recupero alla Human Computer Interaction di paradigmi naturali della interazione umana (suono, voce, tatto, movimento), fa saltare il collo di bottiglia delle interfacce grafiche: l‟interazione non avviene “attraverso lo specchio”(Carroll, 2012)dello schermo, ma avviene nella “bolla percettiva” del soggetto, nello spazio, digitalizzato, che circonda l‟utente. Gli ambienti digitali di apprendimento abbandonano gradualmente l‟appiattimento sul piano cartesiano che costringe la realtà in una dimensione non naturale, limitando l‟interazione al solo binomio occhio-mano, per espandersi nello spazio tridimensionale, fondando l‟interazione sull‟intero corpo, con implicazioni cognitive dall‟impatto non ancora esplorato. Le interfacce naturali (Natural User Interface) e le tecnologie di GestureRecognition prefigurano l‟imminente scenario, nella azione didattica, della convergenza tra centralità del corpo e dimensione tecnologica: il Corpo Aumentato inteso come corpo/interfaccia nell‟Augmented Reality e nell‟Augmented Learning. Con queste premesse, il presente lavoro intende presentare, nella prima parte, un framework concettuale per inquadrare il “corpo aumentato” nel perimetro corpo – apprendimento – tecnologia e, nella seconda parte, presentare le sperimentazioni condotte sulla base di questo framework. In questo senso, il primo capitolo presenta una riflessione sullo scenario globale del corpo aumentato, disegnando (a grana grossa) il quadro del corpo come macchina della conoscenza nel rapporto con le tecnologie e l‟attività educativa, attraverso la disamina del ruolo non neutrale delle tecnologie nelle forme di produzione della conoscenza e dei concetti di ergonomia cognitiva ed ergonomia didattica. Il secondo capitolo affronta, di conseguenza, la dimensione epistemologica, inquadrando lo scenario citato nell‟evoluzione del concetto di complessità, che ha costituito la prospettiva (meta)teorica della più recente riflessione in ambito educativo, e introducendo il concetto di semplessità (A. Berthoz, 2011). L‟elaborazione di Berthoz, infatti, offre non tanto un quadro teorico finito, paradigmatico, quanto piuttosto una serie di strumenti concettuali che forniscono una chiave epistemologica per risolvere, nella ricerca in ambito didattico, l‟equazione corpo – apprendimento – tecnologia. Attraverso la lente dei Simplifying Principles for a Complex World, i concetti di spazio, ambiente (naturale e digitale), conoscenza, apprendimento sembrano trovare una collocazione armonica e funzionale nell‟ambito degli “Human Brain Projects upon theWorld”(A. Berthoz, 2009). “L‟ipotesi a questo proposito è duplice. La prima è che gli strumenti mentali elaborati nel corso dell‟evoluzione per risolvere i molteplici problemi che pone l‟avanzamento nello spazio siano stati utilizzati anche per le funzioni cognitive più elevate: la memoria e il ragionamento, la relazione con l‟altro e anche la creatività. La seconda ipotesi è che i meccanismi mentali deputati all‟elaborazione spaziale permettano di semplificare numerosi altri problemi posti agli organismi viventi.”(A. Berthoz, 2011). Il terzo capitolo introduce l‟elemento delle Interfacce Naturali come principi semplificativi nell‟interazione uomo-macchina, che consentono la digitalizzazione dello user space e, di conseguenza, il recupero alle interfacce della dimensione spaziale, nel senso definito nel secondo capitolo, determinando, di fatto, una umwelt digitale che non sostituisce ma aumenta ed estende la umwelt naturale. Il quarto capitolo presenta la serie di sperimentazioni sul design di software didattico NUI-based, descrivendo nel dettaglio i tre percorsi avviati, autonomi e ad un tempo interconnessi, presentandone il framework teorico, la metodologia di progettazione e sviluppo, le scelte squisitamente tecnologiche e presentando i risultati dei test effettuati nelle scuole. Nelle conclusioni, infine, si presentano i commenti al percorso sperimentale, dalla definizione dello scenario, alla elaborazione del quadro concettuale, dal percorso di design e sviluppo degli applicativi alla raccolta dei dati. Complessivamente, il lavoro si presenta come un prodotto che, pur essendo compiuto (dall‟idea alla discussione dei dati sperimentali), si presenta come tutt‟altro che concluso, costituendo anzi il primo atto di una ricerca più ampia e rappresentando, in questo senso, la necessaria base sperimentale a dimostrazione della fondatezza degli assunti teorici, che si offre come punto di partenza per la sperimentazione successiva. [a cura dell'autore]
XI n.s.

Lo scopo della tesi è di fornire un processo di produzione user-centered e un formalismo che lo descriva ponendosi come alternativa a basso costo a processi che non prevedano attenzioni per l'utente e l'usabilità del sistema. La tesi descrive per primo lo stato dell'arte in quanto a metodi formali e semi-formali nell'interazione uomo macchina. Successivamente si introduce il metodo CROSS che modifica il processo goal-oriented incentrando l'analisi dei requisiti sulle categorie di utenti dette ruoli, i concetti che manipolano e con quali operazioni. Segue la definizione di Crospen Api, un'estensione dello standard OpenAPI che descriva i prodotti di CROSS, con particolar enfasi del diagramma del sistema, creato seguendo il metodo. Si mette infine alla prova il lavoro, confrontando un sistema reale con una specifica che voglia ripensarne l'interfaccia evitando alcuni degli errori di usabilità.

A seguito di un esperimento condotto con un modello di apprendimento automatico (Deep Learning), progettato con lo scopo di prevedere se un contatore dell'acqua si guastasse con il passare del tempo, ci siamo imbattuti in un caso molto strano, che si è verificato quando abbiamo cercato di potenziare il nostro classificatore, utilizzando anche tutte quelle informazioni di contesto relative al dispositivo, oltre alle misure numeriche di consumo dell’acqua. Queste informazioni sono comunemente chiamate “dati categorici”. Abbiamo riscontrato, sorprendentemente, che queste informazioni non hanno migliorato la precisione di previsione del classificatore, che invece è diminuita in modo significativo. Analizzando attentamente, abbiamo riconosciuto il problema come un caso di un aumento eccessivo delle dimensioni dello spazio dei dati sotto osservazione, con una corrispondente perdita di significatività statistica. Queste considerazioni sono riconducibili a un famoso teorema di R.E. Bellman, denominato come “curse of dimensionality”. Semplificando, indica che possono verificarsi fenomeni problematici in vari domini, come l'apprendimento automatico, quando aumenta la dimensionalità dei dati forniti. Il problema è di rilevanza statistica e si verifica quando il volume totale dello spazio sotto osservazione aumenta in modo significativo, rendendo così scarsi i dati disponibili. Abbiamo quindi deciso di cambiare la strategia di addestramento: osservando che ogni variabile categorica era riconducibile ad una distribuzione quasi-Pareto, abbiamo ri-addestrato i nostri modelli solo sui valori numerici (riferiti ai consumi dei dispositivi), uno per ogni variabile, ma solamente su quella frazione di contatori che mostravano i fattori qualitativi, secondo la distribuzione, più incidenti per quel dato categorico. Questa nuova strategia ha prodotto risultati sorprendenti, con un livello di precisione della previsione mai raggiunto prima, pari in media a un valore dell'87-88%.

This doctoral dissertation focuses on the development of interactive spaces through the use of natural interfaces based on gestures and manipulative actions. In the real world people use their senses to perceive the external environment and they use manipulations and gestures to explore the world around them, communicate and interact with other individuals. From this perspective the use of natural interfaces that exploit the human sensorial and explorative abilities helps filling the gap between physical and digital world. In the first part of this thesis we describe the work made for improving interfaces and devices for tangible, multi touch and free hand interactions. The idea is to design devices able to work also in uncontrolled environments, and in situations where control is mostly of the physical type where even the less experienced users can express their manipulative exploration and gesture communication abilities. We also analyze how it can be possible to mix these techniques to create an interactive space, specifically designed for teamwork where the natural interfaces are distributed in order to encourage collaboration. We then give some examples of how these interactive scenarios can host various types of applications facilitating, for instance, the exploration of 3D models, the enjoyment of multimedia contents and social interaction. Finally we discuss our results and put them in a wider context, focusing our attention particularly on how the proposed interfaces actually improve people’s lives and activities and the interactive spaces become a place of aggregation where we can pursue objectives that are both personal and shared with others.

Per decenni, l’uomo ha interagito con i calcolatori e altri dispositivi quasi esclusivamente premendo i tasti e facendo "click" sul mouse. Al giorno d’oggi, vi è un grande cambiamento in atto a seguito di una ondata di nuove tecnologie che rispondono alle azioni più naturali, come il movimento delle mani o dell’intero corpo. Il mercato tecnologico è stato scosso in un primo momento dalla sostituzione delle tecniche di interazione standard con approcci di tipo "touch and motion sensing"; il passo successivo è l’introduzione di tecniche e tecnologie che permettano all’utente di accedere e manipolare informazioni interagendo con un sistema informatico solamente con gesti ed azioni del corpo. A questo proposito nasce la Gesture Recognition, una parte sostanziale dell’informatica e della tecnologia del linguaggio, che ha come obbiettivo quello di interpretare ed elaborare gesti umani attraverso algoritmi informatici. In questa trattazione andrò a spiegare, nei primi due capitoli la storia delle tecnologie Wearable dai primi orologi che non si limitavano alla sola indicazione dell’orario fino alla nascita dei sistemi utilizzati al giorno d’oggi per la Gesture Recognition. Segue, nel terzo capitolo, un’esposizione dei più utilizzati algoritmi di classificazione delle gesture. Nel quarto andrò ad approfondire uno dei primi framework progettati per fare in modo che lo sviluppatore si concentri sull’applicazione tralasciando la parte di codifica e classificazione delle gesture. Nell’ultima parte verrà esaminato uno dei dispositivi più performanti ed efficaci in questo campo: il Myo Armband. Saranno riportate anche due studi che dimostrano la sua validità.

This PhD thesis puts forward the results of research activities I have carried out at the Department of Mathematics and Computer Science of the University of Cagliari since March 2011. My work can be placed in the general field of Human-Computer Interaction and, more precisely, in the relative new and trending area of Persuasive Computing. Broadly speaking, a persuasive system is a system designed to change some habits or behaviors of the users by means of persuasion. My research activity sets out to address fundamental questions related to the application of mobile persuasive technologies to real-life problems, including: Are mobile technologies able to persuade people to a more physically active lifestyle? Are currently available systems actually effective? How can user experience design be improved in this class of softwares? How can human to device interaction be improved to favor users during their physical activities? Are these systems really effective over long time periods? The research activity this thesis presents, aimed at answering at previous questions through the study of the effects of mobile persuasive systems designed to foster people to a more active lifestyle. In literature, we can find many examples of prototypal persuasive mobile system. The results they reported are encouraging but, almost always, they are deducted from qualitative studies over short periods of time. This work endeavors to overcome these limitations through the development of a real world complex software platform designed to encourage people to a more active lifestyle. Users interact with the platform mainly through two Android-based applications freely available on the market. Thanks to our platform, our experimentations can rely on a conspicuous base of real users and a huge amount of automatically recorded statistics for potentially unlimited periods of time.

La tesi descrive i risultati dell’attività di ricerca e sviluppo di nuove tecnologie basate su tecniche di intelligenza artificiale, capaci di raggiungere un’interazione empatica e una connessione emotiva tra l’uomo e “le macchine” così da migliorare il comfort e la sicurezza a bordo di uno yacht. Tale interazione è ottenuta grazie al riconoscimento di emozioni e comportamenti e alla successiva attivazione di tutti quegli apparati multimediali presenti nell’ambiente a bordo, che si adattano al mood del soggetto all’interno della stanza. Il sistema prototipale sviluppato durante i tre anni di dottorato è oggi in grado di gestire i contenuti multimediali (ad es. brani musicali, video riprodotti nei LED screen) e scenari di luce, basati sull'emozione dell'utente, riconosciute dalle espressioni facciali riprese da una qualsiasi fotocamera installata all’interno dello spazio. Per poter rendere l’interazione adattativa, il sistema sviluppato implementa algoritmi di Deep Learning per riconoscere l’identità degli utenti a bordo (riconoscimento facciale), il grado di attenzione del comandante (Gaze Detection e Drowsiness) e gli oggetti con cui egli interagisce (telefono, auricolari, ecc.). Tali informazioni vengono processate all’interno del sistema per identificare eventuali situazioni di rischio per la sicurezza delle persone presenti a bordo e per controllare l’intero ambiente. L’applicazione di queste tecnologie, in questo settore sempre aperto all’introduzione delle ultime innovazioni a bordo, apre a diverse sfide di ricerca.
The thesis describes the results of the research and development of new technologies based on artificial intelligence techniques, able to achieve an empathic interaction and an emotional connection between man and "the machines" in order to improve comfort and safety on board of yachts. This interaction is achieved through the recognition of emotions and behaviors and the following activation of all those multimedia devices available in the environment on board, which are adapted to the mood of the subject inside the room. The prototype system developed during the three years of PhD is now able to manage multimedia content (e.g. music tracks, videos played on LED screens) and light scenarios, based on the user's emotion, recognized by facial expressions taken from any camera installed inside the space. In order to make the interaction adaptive, the developed system implements Deep Learning algorithms to recognize the identity of the users on board (Facial Recognition), the degree of attention of the commander (Gaze Detection and Drowsiness) and the objects with which he interacts (phone, earphones, etc.). This information is processed within the system to identify any situations of risk to the safety of people on board and to monitor the entire environment. The application of these technologies, in this domain that is always open to the introduction of the latest innovations on board, opens up several research challenges.

Le innovazioni tecnologiche offrono molte opportunità di design nell’ambito dei wearable computers, degli smart objects e delle loro potenzialità d’interazione con l’uomo e i sistemi di computing ubiqui e pervasivi. Queste tecnologie possono essere utilizzate per realizzare nuovi prodotti, servizi e interazioni pensati per raccogliere, aumentare e condividere informazioni, conoscenze, emozioni, esperienze, attraverso piattaforme che supportano l’aumento della consapevolezza sociale. Se applicate poi al settore del wellness esse potranno interagire tra loro, con la rete e con l’uomo, per spingere, aiutare e assistere le persone verso una vita attiva, dinamica e sportiva, e potranno diventare un mezzo per monitorare lo stato di benessere e di salute dell’utente, in un’ottica di prevenzione e di diagnosi precoce, e uno strumento importante per studiare e comprendere l'attività del corpo su larga scala.