Development of advanced human robot interaction systems

O trabalho aqui apresentado é a Dissertação da minha Tese do curso de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores do ISEP, realizada em parceria com o INESC TEC. O trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema avançado de interação entre homem-robô, usando ferramentas de software livres e de domínio público e hardware pouco dispendioso e facilmente acessível. Pretende-se que o sistema desenvolvido possa ser adotado por pequenas ou micro empresas, daí a restrição monetária. Este tipo de empresas tem, por norma, uma capacidade de investimento pequena, e ficam impossibilitadas de aceder a este tipo de sistemas automatizados se estes forem caros. No entanto, o robô continua a ser um componente fundamental, sendo dispendioso. Os trabalhos realizados pelos sistemas robóticos podem por um lado, ser repetitivos sem necessidade de grandes ajustes; por outro lado, o trabalho a realizar pode ser bastante diverso, sendo necessários bastantes ajustes com (possivelmente) programação do robô. As empresas podem não ter disponível mão-de-obra qualificada para realização da programação do robô. Pretende-se então um sistema de “ensino” que seja simples e rápido. Este trabalho pretende satisfazer as necessidades de um sistema de interação homem-robô intuitivo mesmo para operadores que não estejam familiarizados com a robótica. Para simplificar a transferência de informação da tarefa a desempenhar pelo sistema robótico é usado um sistema de infravermelhos para delinear a operação a desempenhar, neste caso concreto uma operação de soldadura. O operador usa um apontador com marcadores, a posição destes marcadores é detetada usando duas câmaras para permitir o posicionamento tridimensional no espaço. As câmaras possuem filtros infravermelhos para separar o espectro de luz. Para o controlo do sistema e interface com o robô é usado um computador de baixos recursos computacionais e energéticos, e também de baixo custo. O sistema desenvolvido é portanto computacionalmente leve para poder ser executado neste computador.

Supervisão, comando e controlo para sistemas robóticos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização em Sistemas Autónomos

Implementação de uma Interface Homem-máquina baseada em Eletroculografia

A constante evolução da tecnologia permitiu ao ser humano a utilização de dispositivos electrónicos nas suas rotinas diárias. Estas podem ser afetadas quando os utilizadores sofrem de deficiências ou doenças que afetam as suas capacidades motoras. Com o intuito de minimizar este obstáculo surgiram as Interfaces Homem-Computador (HCI). É neste panorama que os sistemas HCI baseados em Eletroculografia (EOG) assumem um papel preponderante na melhoria da qualidade de vida destes indivíduos. A Eletroculografia é o resultado da aquisição do movimento ocular, que pode ser adquirido através de diversos métodos. Os métodos mais convencionais utilizam elétrodos de superfície para aquisição dos sinais elétricos, ou então, utilizam sistemas de gravação de vídeo, que gravam o movimento ocular. O objetivo desta tese é desenvolver um sistema HCI baseado em Eletroculografia, que adquire o sinal elétrico do movimento ocular através de elétrodos de superfície. Para tal desenvolveu-se um circuito eletrónico para a aquisição do sinal de EOG, bem como um algoritmo em Python para análise do mesmo. O circuito foi desenvolvido recorrendo a seis módulos diferentes, cada um deles com uma função específica. Para cada módulo foi necessário desenhar e implementar placas de circuito impresso, que quando conectadas entre si permitem filtrar, amplificar e digitalizar os sinais elétricos, adquiridos através de elétrodos de superfície, originados pelo movimento ocular. O algoritmo criado em Python permite analisar os dados provenientes do circuito e converte-os para coordenadas. Através destas foi possível determinar o sentido e a amplitude do movimento ocular.

Proposta de um modelo gráfico e navegacional básico para interfaces de aplicações educacionais baseado em validação experimental

O desenvolvimento de projetos de interfaces gráficas está apoiado em guias de recomendações. Estes guias apresentam regras genéricas aos projetos de Interfaces Homem Computador–IHC. Entretanto, aplicações particulares, como as educacionais, não encontram regras específicas que atendam as necessidades do usuário-alvo. Ainda, a análise comparativa entre guias disponíveis aponta contradições entre as recomendações genéricas com aquelas específicas aplicadas a um determinado ambiente. A necessidade de um modelo de referência para a construção de interfaces gráficas amigáveis ao usuário e a escassez e contradições de recomendações específicas às aplicações educacionais motivaram o trabalho de pesquisa prática junto aos usuáriosalvo. Para a identificação das recomendações sobre aspectos gráficos básicos e elementos de navegação necessários a uma efetiva interação com interfaces dedicadas a aplicações educacionais, foi desenvolvido um instrumento de pesquisa que permitiu a investigação das preferências relativas aos aspectos pesquisados junto ao público-alvo. Os dados coletados foram tratados estatisticamente e os resultados obtidos contrariam tanto critérios adotados em interfaces de sistemas de ensino disponíveis na Internet como algumas recomendações sobre os mesmos disponíveis na literatura. Os resultados obtidos apontam, também, para a preferência dos usuários por elementos de navegação que não são referidos nos guias de recomendações consultados. A análise dos resultados possibilitou a geração de um modelo básico que recomenda preferências sobre aspectos gráficos básicos, como aplicação de cores em fontes e fundos de tela, tipologia de fontes para textos e paginação, e também, sobre componentes de navegação, como posicionamento e preferência por tipo de recurso de navegação. O modelo proposto está fundamentado nas recomendações de Nielsen [NIE 00], o qual recomenda que as necessidades dos usuários na interatividade com a interface sejam identificadas junto a estes usuários. As recomendações apresentadas neste trabalho foram utilizadas, inicialmente, nos ambientes educacionais desenvolvidos dentro dos projetos Tapejara [TAP 00] e LaVia [LAV 00].

O efeito “dominó” na Interacção Homem-Computador

A colaboração multidisciplinar é essencial para uma interacção homem-computador (IHC) efectiva. Historicamente a ciência dos computadores, a psicologia e as ciências sociais actuavam como disciplinas independentes, mas com o aumento da frequência na utilização das tecnologias da informação e comunicação em vários aspectos do dia-a-dia, a funcionalidade e acessibilidade assumiram uma importância cada vez maior. Neste artigo é apresentada uma reflexão sobre a multidisciplinaridade e transversalidade da IHC em termos tecnológicos e tendências futuras.

Controlo remoto de um robô com recurso ao sistema Android

A interação homem-máquina é muitas vezes um processo excessivamente artificial. Para o homem constitui um desafio permanente a otimização dessa interação capaz de controlar a máquina de modo mais eficiente através de uma maior simplicidade de procedimentos. Este estudo sugere uma forma facilitadora desse controlo. Neste caso, pretende-se controlar um robô por meio de tele-operação, sem contacto visual direto. Um robô incorporando uma câmara é controlado através de um smartphone, que para tal, irá exibir na sua interface a visão do robô e um painel tátil para o controlar. No que diz respeito ao controlo, foram desenvolvidos dois modos de condução, um manual e outro com a velocidade assistida, recorrendo à lei de potência 2/3. Deste modo, deseja-se mostrar que o modo de condução de velocidade assistida facilita a condução ao homem. Com essa finalidade, foi implementado um sistema assente na construção de um robô e no desenvolvimento de uma aplicação Android para controlo do mesmo. Com recurso a este sistema, foi elaborada uma experiência, da qual foram recolhidos dados a fim de testar a hipótese que um robô que implementa leis biológicas no seu modo de funcionamento, facilita a interação homem-máquina.

Interfaces entre a ciência da informação e a ciência cognitiva

Estudo panorâmico sobre aspectos da ciência da informação (CI) e da ciência cognitiva (CC), apontando recentes contribuições em quatro de suas possíveis interseções: categorização, indexação, recuperação da informação (RI) e interação homem-computador.

Issues and benefits of using 3D Interfaces: visual and verbal tasks

Spatial memory is important for locating objects in hierarchical data structures, such as desktop folders. There are, however, some contradictions in literature concerning the effectiveness of 3D user interfaces when compared to their 2D counterparts. This paper uses a task-based approach in order to investigate the effectiveness of adding a third dimension to specific user tasks, i.e. the impact of depth on navigation in a 3D file manager. Results highlight issues and benefits of using 3D interfaces for visual and verbal tasks, and introduces the possible existence of a correlation between aptitude scores achieved on the Guilford- Zimmerman Orientation Survey and Electroencephalography- measured brainwave activity as participants search for targets of variable perceptual salience in 2D and 3D environments.

Personalização de interfaces web para sites institucionais com base em perfis de usuários

A crescente utilização de computadores e a popularização da Internet contribuem cada vez mais para que usuários não especialistas em informática tenham acesso a sistemas computacionais. Tais usuários possuem diferentes habilidades, formações e idades que devem ser levadas em consideração no projeto de uma boa interface. No entanto, no projeto de interfaces web é muito difícil identificar essas características do público alvo, tendo em vista que ele é bastante diversificado. Assim, construir uma interface que atenda os requisitos de todos os usuários de um site não é uma tarefa fácil. Se o projetista tivesse uma maneira de conhecer o seu público, grande parte dos problemas de interação entre usuário e interface poderiam ser resolvidos. Assim, a fim de auxiliar na tarefa de conhecer o público que um site possui, várias técnicas estão disponíveis. Independente das características dos usuários de sites web, a sua principal necessidade consiste em encontrar a informação desejada de modo fácil e rápido. Ainda que seja possível identificar o comportamento de todos os usuários em um site, torna-se difícil disponibilizar informações de forma clara e simples para todos. Para isto, um site adaptativo, que se ajusta automaticamente a cada usuário de acordo com seus padrões de comportamento, é muito útil. Sites adaptativos são desenvolvidos com base em técnicas que auxiliam o projetista na tarefa de personalizar páginas web e, por este motivo, são chamadas de técnicas de personalização. O objetivo desta dissertação é investigar, desenvolver e experimentar uma técnica de personalização de interfaces web voltada especificamente para sites institucionais. Este tipo de site é voltado à divulgação de produtos e serviços de uma instituição e, normalmente, é composto por um grande número de páginas estruturadas de acordo com a estrutura organizacional da instituição. Essa característica permite o agrupamento de usuários por funções ou cargos. A técnica proposta neste trabalho é baseada em perfis de usuários, onde a personalização ocorre em dois níveis: nível de grupos de usuários e nível de usuários individuais, denominados respectivamente de macro perfil e micro perfil. Um estudo de caso realizado na intranet da Agência Nacional de Telecomunicações – ANATEL foi utilizado para aprimorar e validar a técnica. Foi desenvolvido um protótipo de site institucional personalizado, o qual foi disponibilizado, utilizado e avaliado por um grupo de usuários previamente selecionados. O processo de construção do protótipo assim como da avaliação e seus resultados são também descritos neste trabalho.

Geração automática de interfaces com o utilizador: uma abordagem baseada em MDA para a plataforma PHP

Os modelos e as técnicas de modelação são, hoje em dia, fundamentais na engenharia de software, devido à complexidade e sofisticação dos sistemas de informação actuais.A linguagem Unified Modeling Language (UML) [OMG, 2005a] [OMG, 2005b] tornou-se uma norma para modelação, na engenharia de software e em outras áreas e domínios, mas é reconhecida a sua falta de suporte para a modelação da interactividade e da interface com o utilizador [Nunes and Falcão e Cunha, 2000].Neste trabalho, é explorada a ligação entre as áreas de engenharia de software e de interacção humano-computador, tendo, para isso, sido escolhido o processo de desenvolvimento Wisdom [Nunes and Falcão e Cunha, 2000] [Nunes, 2001]. O método Wisdom é conduzido por casos de utilização essenciais e pelo princípio da prototipificação evolutiva, focando-se no desenho das interfaces com o utilizador através da estrutura da apresentação, com a notação Protótipos Abstractos Canónicos (PAC) [Constantine and Lockwood, 1999] [Constantine, 2003], e do comportamento da interacção com a notação ConcurTaskTrees (CTT) [Paternò, 1999] [Mori, Paternò, et al., 2004] em UML.É proposto, também, neste trabalho um novo passo no processo Wisdom, sendo definido um modelo específico, construído segundo os requisitos da recomendação Model Driven Architecture (MDA) [Soley and OMG, 2000] [OMG, 2003] elaborada pela organização Object Managent Group (OMG). Este modelo específico será o intermediário entre o modelo de desenho e a implementação da interface final com o utilizador. Esta proposta alinha o método Wisdom com a recomendação MDA, tornando possível que sejam gerados, de forma automática, protótipos funcionais de interfaces com o utilizador a partir dos modelos conceptuais de análise e desenho.Foi utilizada a ferramenta de modelação e de metamodelação MetaSketch [Nóbrega, Nunes, et al., 2006] para a definição e manipulação dos modelos e elementos propostos. Foram criadas as aplicações Model2Model e Model2Code para suportar as transformações entre modelos e a geração de código a partir destes. Para a plataforma de implementação foi escolhida a framework Hydra, desenvolvida na linguagem PHP [PHP, 2006], que foi adaptada com alguns conceitos de modo a suportar a abordagem defendida neste trabalho.

Inventania: interfaces tecnológicas em invenções poéticas

Pós-graduação em Artes - IA

Interfaces culturais de Mallarmé à World Wide Web

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um ambiente colaborativo de aprendizagem interdisciplinar apoiado por interfaces adaptativas

A utilização de Ambientes Virtuais de Aprendizagem (AVAs) torna-se, a cada dia, mais evidente em diversas instituições de ensino público e particular, assim como em órgãos governamentais e privados. Várias versões de AVAs encontram-se disponíveis para utilização gratuita, cada uma com suas idiossincrasias. No Brasil, já são quase mil instituições que utilizam referidos ambientes. Esses números expressam a necessidade de investimentos e de novas pesquisas na área. Este trabalho especifica e desenvolve um AVA que tem por objetivo minimizar problemas encontrados em muitas abordagens de ambientes atualmente disponíveis, propondo um ambiente denominado de Ambiente Colaborativo de Aprendizagem Interdisciplinar (ACAI), desenvolvido para disponibilizar uma infra-estrutura que permita integrar os conceitos de: trabalho colaborativo, comunidades virtuais de aprendizagem, interdisciplinaridade, adaptação de interfaces e, de forma complementar, permitir a geração de recomendações automáticas a seus usuários baseadas em seus perfis.

Ergonomics and interfaces of traditional information systems: packaging

The contemporary world is characterized, among other factors, by the influence of the new computer information systems on the behavior of individuals. However, traditional information systems still have interaction problems with users. The aim of this study was to determine whether the interaction aspects between user versus traditional information systems (particularly the graphics) have been fully studied. To do so, the ergonomic aspects and usability of such systems were reviewed, with emphasis on the problems of visibility, legibility and readability. From that criteria, the evolution of ergonomic studies of information systems was reviewed (bibliometrics technique); and examples of ergonomic and usability problems in packaging were demonstrated (case study). The results confirm that traditional information systems still have problems of interaction between human X system, hindering the effective perception of information.

Estudo da interação Homem-computador (HCI): tablets com conteúdos educativos num contexto de sala de aula

Esta investigação teve como objetivo estudar a experiência de utilização de tablets com conteúdos educativos por estudantes do 3º ano do Ensino Primário, em contexto de sala de aula, além de identificar fatores positivos e negativos relacionados com a interação com os tablets. Pretendemos também perceber se é possível utilizar o tablet como principal ferramenta de suporte ao ensino. O estudo decorreu durante a implementação de um projeto-piloto, para o qual foi instalado um sistema tecnológico adaptado ao ensino. Foi utilizada uma amostra de 19 estudantes, com idades compreendidas entre os 8 e 9 anos. As metodologias de estudo usadas, nomeadamente observações, entrevistas e entrevistas contextuais, permitiram a recolha de dados qualitativos e quantitativos. Ficou demonstrado que utilizadores com um nível de literacia digital reduzido conseguem ter experiências satisfatórias e que a capacidade de adaptação e aprendizagem respondem às necessidades. Pela análise aos dados obtidos, pudemos concluir que os tablets podem substituir os livros e cadernos em papel, desde que integrados num sistema tecnológico adaptado, e se tiverem especificações técnicas, periféricos e aplicações semelhantes ao material disponível no projeto-piloto estudado. Ainda assim, identificámos algumas limitações importantes e sugerimos algumas soluções. As conclusões devem ser consideradas para a avaliação, desenho e implementação de novas interfaces de utilizador, baseadas em eventos de toque e destinadas à utilização num contexto similar ao descrito no estudo. As características específicas do contexto onde decorreu este estudo deixam algumas questões em aberto, que devem ser estudadadas em trabalhos futuros.