Mensch-Technik Interaktion

Mensch-Technik Interaktion
Wie wir Produkte mit Hilfe von psychologischem Wissen sinnvoller
gestalten und nutzen können
Dr. rer. nat. Dipl. Psych.
Raphaela Groten
Psychologie?
„Die Wissenschaft vom Erleben und Verhalten des
Menschen“
Dr. Raphaela Groten
Mensch Technik Interaktion
FH Aachen
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2
Relevanz der MTI-Szenarien
on
ati
v
i
t
o
.M
1
•Assistenz: Aufgabenverständnis aus Nutzersicht
•Kooperation mit (teil-)autonomen Systemen: Intentionserkennung
•Autonome Aufgabendurchführung: Überwachung
Dr. Raphaela Groten
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3
Relevanz in „kleinen“ Systemen
on
ati
v
i
t
o
.M
1
Dr. Raphaela Groten
Mensch Technik Interaktion
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4
Innovation
on
ati
v
i
t
o
.M
2
Innovation: Prozess der Einführung von Neuem
Bedarf
ökonom. Realisierbarkeit
techn. Machbarkeit
Tim Brown: Change by Design
Dr. Raphaela Groten
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5
Innovation
on
Norman & Verganti
Incremental and Radical Innovation
3
March 18, 2012
ati
v
i
t
o
.M
2
blindfolded person trying to reach the top of a hill by feeling the
ground in all directions around the current position and then moving to
the highest position, repeating until all directions are lower than the
current one: this would be the top of the hill.
Zusammenspiel zwischen inkrementeller (eher Nutzer) und radikaler Innovation
(eher Technologie)
%"
HCD
Me
Tec aning
hn
o
Ch olog r
ang y
e
HCD
&'()*+,"-*./0,1"
#"
!"
$"
%23045"&.'.62,2'3"
Norman & Verganti 2012:
Incremental and radical Innovation: Design Research vs. Technology and Meaning
Figure 1. The hill-climbing paradigm applied to incremental and radical
Change
might start off at “A.” Through Human-Centered
innovation. A given product
Dr. Raphaela Groten
Design and Design Research (HCD & DR), the product undergoes a series of
incremental
innovations,
eventually bringing it to its maximum
quality for this
Mensch
Technik
Interaktion
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6
Innovation
on
ati
v
i
t
o
.M
2
•
Neue Technologie alleine reicht nicht für Markterfolg
•
Technologie ist so ausgereift, dass Produkt darüber
nicht differenziert werden können
Dr. Raphaela Groten
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Geringere Entwicklungskosten
on
ati
v
i
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o
.M
Kosten
3
Entwicklungskosten
Nachbearbeitungskosten
Beeinflussungsmöglichkeiten
Kostenzunahme
Zeit
Vorstudie
Dr. Raphaela Groten
Konzept
Realisierung Einführung
Mensch Technik Interaktion
Nutzung
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8
Psychologie & Produktentwicklung
•
Verständnisse des Nutzers im Kontext (Anforderungsanalyse)
•
Mensch-Technik Interaktion (Gestaltung Schnittstelle)
•
Produkt-Evaluation (Bewertung)
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Nutzerverständnis im Kontext
Stakeholder Analyse
Empirische Daten als Überzeugungsmittel
Dr. Raphaela Groten
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Nutzerverständnis im Kontext
im
r
e
z
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Nu
ext
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K
Input: Marketing
Dr. Raphaela Groten
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Forschung Virtual Reality
im
r
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Nu
ext
t
n
o
K
Virtual Bodyownership: Unser Avatar beeinflusst, wie wir wahrnehmen
• Bisher: Fokus darauf, wie Zustand hergestellt wird. • Hier: Konsequenzen für Selbst-(Wahrnehmung) untersucht
• Proceedings of the National Academy of Science
A
B
A
B
C
A
B
C
Offset between tracker and palm
Object size as the distance between the palms
Dr. Raphaela Groten
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Produktentwicklung
im
r
e
z
t
Nu
ext
t
n
o
K
http://www.i-support-project.eu/the-project/
•
Nutzer bekannt
•
Technologie bekannt
•
Und die Interaktion?
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Mensch Technik Interaktion
Interaction
Relationship between two systems that results in
reciprocal influence [Vandenbos2007]
2.1 Requirements and R
Collaboration
Both partners share intentions [Grosz1996, Sebanz2003, Tomasello2005]
Intention
Recognition
Herausforderungen
•
•
•
•
Database
Planner
dynamisches Umfeld, nicht vorhersagbar
common ground
auf nicht-beobachtbares Verhalten reagieren können
….
Motion
Control
Sensors
Actuators
Human
C. Schrempf et al. (2005)
Figure 2.6: System architecture proposed by Schrempf et al. [2005
Dr. Raphaela Groten
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Thus, there are existing
models for robots dealing with intention
recognition on
Anpassung
•
“Automated systems still are man-machine
systems, for which both technical and
human factors are important.... the irony that
the more advanced a control system is, so
the more crucial may be the contribution of
the human operator.“ [L. Bainbridge, 1983]
•
„With a person and a machine the requisite
common ground does not exist, so it is far
better for the machine to behave
predictable and let the person respond
appropriately.“ [D. Norman, 2007]
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Haptische Mensch Roboter Interaktion
• Kopplung: direkt Kollaboration oder gemeinsame
Objektmanipulation
• Austausch von Kraft und Positionssignalen
• Kontinuierliches Feedback
Dr. Raphaela Groten
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Haptische Mensch Roboter Interaktion
ch &
s
n
e
M
ter
o
b
o
R
Gibt es haptische Kooperation?
Integration von Intentionen, hier
Positions- und Kraft-Trajektorien
<
<
Dr. Raphaela Groten
Mensch Technik Interaktion
<
<
?
<
<
<
<
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Experiment
ch &
s
n
e
M
ter
o
b
o
R
Experiment
• Gemeinsame TrackingAufgabe(1DoF)
• 2 Unterschiedliche Feedback
Bedingungen
• Experimentelle Kontrolle der
Intentionen (Pfad)
• Experimentelle Kontrolle der
Kooperation: Angebliche
Belohnung
• 39 participants
V = Vision-only
VH = Vision & haptic
• Object inertia: 10kg each
• Object inertia: 20kg together
• Object position:
• Object position:
x vo,i
Dr. Raphaela Groten
x h1,i + x h 2,i
=
2
Mensch Technik Interaktion
xvo,i = xh1,i = xhi2m
,i ent
r
e
p
x
E
o
e
Vid
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Experiment
ch &
s
n
e
M
ter
o
b
o
R
Experimentelles Design
• Experimentelle Kontrolle der Präferenz
• 3 verschiedenen Entscheidungstypen
• Die Notwendigkeit der Kooperation wird
höher von „same“ zu „oppo“
Verhaltensmaße
• Aufwand (Effort): durchschnittliche,
absolute physikalische Leistung (Power) —
die Aufgabe selber erfordert immer den
gleichen Aufwand
• Leistung (Performance): Abweichung des
Cursor vom Pfad (transformierte Wurzel
aus der mittleren quadratischen
Abweichung)
Dr. Raphaela Groten
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Ergebnis
ch &
s
n
e
M
ter
o
b
o
R
Interpretation der Verhaltensmaße
• Leistung: Fehler —> Probleme bei der Integration, zeigt die Herausforderungen der Aufgabe
• Aufwand: physikalische Leistung —> Kosten der Integration
Effort
Performance
Vision VHaptic
V
erhöhter Bedarf Intentionen zu integrieren
Dr. Raphaela Groten
Mensch Technik Interaktion
VH
erhöhter Bedarf Intentionen zu integrieren
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Dominanz in der HRI
ch &
s
n
e
M
ter
o
b
o
R
Wie adaptiv soll der Roboter sein?
Experiment
• Round robin design mit 4er Gruppen
• Varianz-Partitionierung: Wie konsistent ist das Verhalten über verschiedene Partner hinweg?
Model
Ergebniss
• Domineeringness: Consistency across partners for V = 49% and VH = 64%
• Dominance:32% in V and 24% in VH depend on interaction
Dr. Raphaela Groten
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Dominanz in der HRI
ch &
s
n
e
M
ter
o
b
o
R
Gibt es verschiedene Rollen in der Aufgabendurchfürhung?
Können wir vorhersagen, wer die nächste Entscheidung dominiert, wenn wir wissen,
wer vorher mehr Kraft aufgebracht hat?
Model
PD
" P(CDdb,k = 1br ) %
& = B0 + B1P Dd ,k + B2 FB + B3 P Dd ,k FB + B4 DT
ln#
b
$ P(CDd ,k = 0 br ) '
!
Ergebniss
Predicted
V
Observed
CD = 0
CD = 0
CD = 1
Dr. Raphaela Groten
CD = 1
CD = 0
64%
VH
CD = 1
73%
65%
CD = 0
Physical Dominance
71%
Mensch Technik Interaktion
CD = 1
Estimated Probability CD = 0
CD
Estimated Probability CD = 1
Experiment
• Verhalten vor und in Entscheidungen vergleichen
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Evaluation
ion
at
u
l
a
v
E
Vergleich von 4 „Partner“
1. Zufallssignal
2. Feedforward Modell (replay)
3. Feedback Modell (error reduction)
4. Mensch
Fehler
Haptischer Turing Test
Thurstone Scale der„human-likeness“
basierend auf paarweisem Vergleich
Dr. Raphaela Groten
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Sub. Leistung
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Methoden der Psychologie
Projectmanagement
•
Analyse: Generierung neuen
Wissens über Menschen
•
Evaluation
User & Context
Analysis
Prototyping
Qualitative Analyse
Concept &
Design
•
•
Quantitative Analyse
•
Experimente
Implementation
Prozesse Human Centered Design / Design Thinking
Synthese: Unterstützung
durch bestehendes Wissen
über Menschen
Dr. Raphaela Groten
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UX Strategy für MTI
DOs
Invest: Low risk /
promise benefit
MAYBEs
Keep watching, if
feasibility or
desirability increases
Desirability
Ux Strategy
(Levey)
DONTs
Do not invest
Business
Model
Canvas
(Osterwalder
et al.)
Remote Manipulation
Input / Output - Robotic
Here the user is not only displayed visually
in a remote location but can also manipulate
Gesture Recognition Bracelet
- Gesture
Feasibility
Augmented Reality
Glasses
objects there.
This implies that according
Input
- Motion
hardware isReality
available in
the remote location
Output – Augmented
Function
and motion / force tracking takes place in the
original location..
Augmented Reality with Device
Holographic Display in “Air”
Output – Augmented Reality
Output – Holographic Display
Function
Standard Use Case
Holographic Display in “Frame”
Input / Output – Holographic Display
Lean Startup
(Ries)
Function
A 3D rendering displayed in air using
different techniques of laser projection, e.g.
particles in the air with a ventilator or water
drops as fog. First approaches
towards data
Function
Function
manipulation (input) also realized (Displair,
Heliodisplay) .
Standard Use Case
A virtual environment, that overlies and/or
Owner / Company
interacts with the real environment.
Owner / Company
Technology for many different applications.
A device, that creates a holography in an
operating space, where the user can directly
manipulate data and windows with his
hands.
Standard Use Case
unknown
Link / info sources
Link
/ info sources
Unknown
Entertainment, Healthcare diagnosis,
Operate with a computer by only using
Standard Use Case
electrical
activity ofConstruction
the brain by using support
Microsoft
Function
Owner / Company
Displair
IO2 Technology
Fogscreen
Hewlett & Packard
Owner / Company
Philips
Electroencephalography
(EEG) via a helmet
A bandage around the arm makes it able to
control computers, phones or any other
devices touch less with simple gestures or
movements by measuring the electrical
activity in one’s muscles.
Technologien
Unknown, YouTube - Video
Universitat de Barcelona
SynTouch
TACTILU
Standard Use Case
Google, Olympus
unknown
LED Glasses Interface
TACTILU - Homepage
Input / Output
Touchscreen
PSFK-Labs
– Article
EEG based Brain Computer Interfaces
Input - Brain Computer Interfaces
Standard Use Case
Glasses with a small display enabling
augmented reality via additional information.
The displayed content can be controlled by
different devices, mostly wearables or
speech input. In addition glasses maybe
enhanced
by camera,
microphones,
Remote
tactile
communication
Function
speakers, radio, GPS etc. (Google
version).
Function
Google Glass - Homepage
Beaming Project – Article
Wired - Article
Design
Digital
Trends -Boom
Article – Article
Video
Popsci - Article
Video – inFORM Owner / Company
Video – BBC Documentation
Thalmic labs
Restricted © Siemens AG 2014. All rights reserved. No image rights.
Interfaces made of glass.
Restricted © Siemens AG 2014. All rights reserved. No image rights.
Jinha Lee - Homepage
Article - Philips RealView
Thalmic labs Myo - Homepage
Link / info sources
Standard Use Case
Video - Microsoft Demo
Automotive,
Gaming, Healthcare
Link / info sources
Video – Philips RealView Demo
MYO - Video
Owner / Company
Link / info sources
Dr. Raphaela Groten
Fogscreen - Homepage
Displair – Homepage
Article – HP 3D in Air
Apimac - Article
Owner / Company
Video – Displair
Video - Heliodisplay
Unknown, Wikitude (SDK)?
Standard Use Case
Restricted © Siemens AG 2014. All rights reserved. No image rights.
Entertainment
Emotiv
NeuroSky
Research Groups at different Universities
MIT – Article
Treehugger – Article
Emotiv – Homepage
Owner / Company
cnet –AG
Article
NeuroSky - Homepage
Restricted
© Siemens
2014. All rights reserved. No image rights.
Link / info sources
Article in German TED
Video – MMSPGroup Demo
Link / info sources
Video
Mensch Technik Interaktion
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Polytron Technologies
Samsung
Corning (Idea of a world made of glass)
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25
Interesse?
Videos, Paper, Literaturempfehlungen
• Psychologie in der Mensch Technik Interaktion
• HCI
• HRI
• Innovation & UX Strategy
• Methoden des Human Centered Designs
• Methoden der Psychologie: Fragebogen, Experimente und Statistik, …
Email an [email protected]
Ich danke meinen Koautoren für die Zusammenarbeit
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