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Eröffnung des Interaktionslabors | Fraunhofer IAO, Stuttgart | 28.11. 2007
© Fraunhofer IAO, IAT Universität Stuttgart
Interaktion mit allen Sinnen
Mensch-Technik Interaktion in der Fraunhofer Gesellschaft
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter SpathLeiter Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO)Leiter Institut für Technologiemanagement und Arbeitswissenschaft IAT der Universität Stuttgart
www.mmi.iao.fraunhofer.de
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Eröffnung des Interaktionslabors | Fraunhofer IAO, Stuttgart | 28.11. 2007
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Herzlich Willkommen zur Eröffnung des Interaktionslabors
Ziele des Interaktionslabors
Demonstration neuartiger Interaktionsmechanismen
Kommunikation mit Partnern und Kunden
Darstellung unserer Interessen und Kompetenzen
Laufendes Projekt: »Werkstatt« für innovative Mensch-Technik Interaktion
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www.iao.fraunhofer.de – www.iat.uni-stuttgart.de
Gründungsjahr: IAO – 1981IAT – 1991
Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter Spath
Finanzvolumen: 23 Mio €, davon 30 % im Auftrag der Wirtschaft
Mitarbeiter: 200 Mitarbeiter, 217 studentische Hilfskräfte
Daten 2006, inklusive IAT der Universität Stuttgart
IAO und IAT im Profil
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Die Säulen des Erfolgs –Unsere Kompetenzen
Technologie-management
Organisations-gestaltung
Arbeits-wissenschaft
Personal-management
Informations-technik
StrategieentwicklungZukunftsszenarienTechnologie-Radar
Forschungs- u. EntwicklungsmanagementGeschäftsprozessmanagementInnovationsmanagementProduktionsmanagement
Rapid Product DevelopmentBewertung neuer TechnologienForschungs- und Entwicklungsroadmaps
Digitale ProduktionIT-ManagementService EngineeringWissensmanagement
Büro der ZukunftPerformance ManagementAltersgerechte Lebensräume
ProduktgestaltungUsability EngineeringGesundheit
Demographische EntwicklungInnovative ArbeitsformenArbeitszeit- und Entlohnungsmodelle
Change ManagementLernweltenPersonalentwicklung
Softwaretechnik und -managementDokumenten- und WorkflowmanagementMobile Softwareanwendungen
Virtual RealityVirtual EngineeringIT-Strategien
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IAO Networks –Human Computer Interaction
Zukunftsweisende und marktrelevante Querschnittsthemen des Fraunhofer IAO
Office Excellence
Human Computer Interaction
IT for Business
Service Innovation
Virtuelles Engineering
Montage in Perfektion
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Virtual Reality Lab mit HyPI 6 (6-Wand-Cave), »PIcasso« und Powerwall
Usability-Labor mit Beobachtungsraum und Eye-Tracking-System Ergonomielabor
Labore, Demonstrations- und Beratungszentren
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Media Enabled Enterprise Labor New Media Communication Lab
Electronic Business Innovationszentrum
m-Lab: Mobile Softwareanwendungen
Lab Innovation Center (LIC)Office Innovation Center (OIC)
Labore, Demonstrations- und Beratungszentren
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ModellfabrikVisuelles Unternehmensmanagement(VISUM)
Showcase »Bank und Zukunft« ServLab Vehicle Interaction Lab
Engineering Solution Center (ESC)
Labore, Demonstrations- und Beratungszentren
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Entwicklungsplattform für Virtual Engineering
Multimodales Immersionslabor
Laborbereich für integrierte digitale Produkt- und Produktionsentstehung
Innovationsplattform für Arbeitsprozesse und Arbeitsumgebungsgestaltung
Labor für Kreativitätsprozesse
Labor für mobile ubiquitäre Technologien und Anwendungen
Digitalisierter Planungs- und Bauprozess
Virtual Construction
VE
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Forschung schafft Wert: Perspektiven für Zukunftsmärkte
Internet der Dinge – Selbst ist das Paket!Intelligente Produkte und Umgebungen – Allzeit bereite, unsichtbare Helfer Mikroenergietechnik – Power für unterwegsAdaptronik – Strukturen werden aktivSimulierte Realität: Werkstoffe, Produkte und Prozesse – Die Zukunft im RechnerMensch-Maschine-Interaktion – Nie mehr Knöpfe drückenGrid Computing – Rechnen Sie doch, wo Sie wollen!Integrierte Leichtbausysteme – Schlankheitskur für Auto und Co.Industrielle weiße Biotechnologie – Die Natur als chemische FabrikTailored Light – Licht als WerkzeugPolytronik – Gedruckte Elektronik − leuchtende TapetenSecurity – Sicherheit durch Hightech
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Fraunhofer Innovationsthema Mensch-Maschine Interaktion
14 beteiligte Fraunhofer-Institute und Einrichtungen unter Leitung von Fraunhofer IAO:ESK, FIT, FIRST, HHI, IAIS, IAO, IESE, IFF, IGD, IIS, IITB, IPA,IVI, IWU
Multidisziplinäre Vernetzung und Kooperationen
Spitzenforschung und Projekte mit der Industrie
http://www.mmi.iao.fraunhofer.deKarlsruhe
StuttgartMünchen
Dresden
Berlin
Sankt Augustin
Erlangen
Rostock
Magdeburg
Chemnitz
Kaiserslautern
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Anwendungsschwerpunkte des FIT MMI
Smart Home, Smart Office
Produktion
Vehicle Interaction
MMI im öffentlichen Raum
Medizin
Ausbildung, Edutainment
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Forschungsroadmap 2006 (Auszug) Mensch-Technik Interaktion bei Fraunhofer
201520102006
Enhanced Interactionneue Techniken zur natürlichen, intuitiven Interaktion
Contextual User Interfacesadaptive, kontextbasierte Interaktion durch Sensorik, software-technische Integration und Modellierung
User Experience EngineeringMethoden und Werkzeuge für die benutzergerechnete Entwicklung innovativer Benutzungsschnittstellen
Hochvernetze orts- und situationsbezogene Interaktion
Lokalisierung in Gebäuden
Intelligente Sensorik zur Erkennung komplexer Situationen
Optische Objekterkennung und -verfolgung
Robuste Emotionserkennung mit physiologischen Daten und Mimik
Erkennung Bewegungsverhalten für Notfallsituationen
Valide, unaufdringliche Messung Workload und Stress
Validierte modalitätsübergreifende Design-Patterns-Bibliotheken
Holistische Werkzeuge zur Informationsarchitektur im Unternehmen
Hologramme zur 3D-Darstellung
Mobile AR-Technologie
Stereoskopische MR-Displays und -Workstations
Weitfeld-Augensteuerung
Sound-Design für barrierefreies Feedback
Computer-Brain-Interface
Handgestenerkennung
Query-by-Humming
Sicherheitsmodelle und soziale Regelmechanismen
Integrierte Usability und Software Engineering Werkzeuge
Joy-of-Use: Systematik zur Messung und Gestaltung
Modellbasierte Generierung adaptiver Benutzungsschnittstellen
DemonstratorReferenzimplementationen demonstrierbarPrototypTechnologie stabil einsetzbar
ProduktProdukt verfügbar
Einsatzin der Praxis verwendet
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Interaktion mit allen Sinnen(1) Multimodale Bedienung
Berührung, Schmerz, TemperaturProprioception(Muskel- und Sehnenspindel)
Riechen
Schmecken
Hören,Gleichgewicht
Sehen
, Optimale Ausschöpfung aller menschlichen Wahrnehmungs-und Interaktionskanäle
Unterstützung vielfältiger Nutzungsvoraussetzungen
Motorische und perzeptuelle Einschränkungen
Nutzerpräferenzen und -fertigkeiten
Nutzungssituationen und Endgeräte, z.B. mobil
etc.
Natürliche, komfortable und flexible Bedienung
Integration mit Virtueller und Erweiterter Realität (VR-AR)
[Abbildung: Kandel, E.R. et al. (1996): Neurowissenschaften, S. 380]
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New techniques for a natural and intuitive interaction
Holograms for 3D-displays
Mobile AR-technologies
Stereoscopic MR-displays and workstations
Longer distance gaze control
Sound design as a feedback means of accessible user interfaces
Computer-Brain-Interface
Hand gesture recognition
Query-by-Humming
Holograms for 3D-displaysHolograms for 3D-displays
Mobile AR-technologiesMobile AR-technologies
Stereoscopic MR-displays and workstationsStereoscopic MR-displays and workstations
Longer distance gaze controlLonger distance gaze control
Sound design as a feedback means of accessible user interfacesSound design as a feedback means of accessible user interfaces
Computer-Brain-InterfaceComputer-Brain-Interface
Hand gesture recognitionHand gesture recognition
Query-by-Humming Query-by-Humming
2006 2010 2015
Computer-Brain-Interface
Eye-based interaction
Mobile AR/MR systems and displays
Hand and finger gestures
PrototypeRobust technology availablePrototypeRobust technology availablePrototypeRobust technology available
DemonstratorFirst implementationsDemonstratorFirst implementationsDemonstratorFirst implementations
ProductProduct availableProductProduct availableProductProduct available
UseWidespread use in practiceUseWidespread use in practiceUseWidespread use in practice
Enhanced Interaction
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Query by Humming
Melodieerkennung
(1) MonophoneMelodietranskription
(2) Melodieabgleich mitDatenbank
(3) Ergebnis: Liste der ähnlichsten Melodien
Fraunhofer IDMT
http://www.musicline.de/de/melodiesuche/input
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BlicksteuerungEye-Tracking als alternative Interaktionsform
Fragestellungen
Mindestgröße und –abstand sensitiver Bedienelemente
Auslösezeiten und Auslöseverzögerung
Optimaler Positionierungsbereich auf Bildschirm
Ersatz für Doppelklick, rechte Maustaste & Mausrad
Linkdichte
Highlighting vs. Cursor
Amplitude der Mikrosakkaden, Filter
Kalibrationsfehler
Lidschlusszeiten, Augenrollen
Feedbackmechanismus
Ablenkungspotential
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Brain-Computer Interface
Brain-Computer Interface
Elektrische Hirnaktivität (EEG) als Eingabesignal für einen Computer.
Funktionsprinzip:Hirnaktivität bereits bei der Vorstellung eines Verhaltens, z.B. Bewegung einer Hand.
Bewegung linke Hand: Option 1
Bewegung rechte Hand: Option 2
Fraunhofer FIRST
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Interaktion mit allen Sinnen(2) Die »Sinne« des Systems
Vernetzte Sensoren und semantische Interpretation ermöglichen …
orts- und kontextbezogene Interaktionsangebote
personalisierte Ansprache und Unterstützung
Situationserkennung als Grundlage autonomen Handelns
intelligente Produkte und Umgebungen, die sich an den Benutzer, seine Intentionen und die aktuelle Situation anpassen
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Contextual User Interfaces
Adaptive and context-aware interaction by sensors, semantic integration und modeling
Networked location- and situation-based interaction
In-door localization
Intelligent sensors for situation recognition
Optical object recognition and tracking
Robust emotion recognition by physiological data and mimics
Movement recognition for emergencies
Security models and social control mechanisms
Networked location- and situation-based interactionNetworked location- and situation-based interaction
In-door localizationIn-door localization
Intelligent sensors for situation recognitionIntelligent sensors for situation recognition
Optical object recognition and trackingOptical object recognition and tracking
Robust emotion recognition by physiological data and mimicsRobust emotion recognition by physiological data and mimics
Movement recognition for emergenciesMovement recognition for emergencies
Security models and social control mechanismsSecurity models and social control mechanisms
2006 2010 2015
People tracking and localization
Real-time vital monitoring
Smart objects and implicit interaction
Mimics and emotion recognition
PrototypeRobust technology availablePrototypeRobust technology availablePrototypeRobust technology available
DemonstratorFirst implementationsDemonstratorFirst implementationsDemonstratorFirst implementations
ProductProduct availableProductProduct availableProductProduct available
UseWidespread use in practiceUseWidespread use in practiceUseWidespread use in practice
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Applikationsfelder der Inertialsensorik
Beispiel: Tauchroutenplaner
Ägypten
Download
15,07 €
Tauchroute 1 Tauchroute 2
Download
22,13 €
SS THISTLEGORMWr ack
1540 mFF
SS THISTLEGORMWr ack
0 mFF
Die gewünschte, kosten-pflichtige Tauchroute kann über Internet auf eine Tauchuhr heruntergeladen werden.
Beteiligte Fraunhofer Institute:IAIS, IAO, IIS, IPMS, TEG
Über die Inertialsensorik wird der Taucher zu den von ihm gewünschten Orten geführt.
InertialsensorikKooperationsprojekt WISA
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Verknüpfung mit people.swf
Optische Erkennung
Beispiele
Personenerkennung und Personenortung
Gesichtererkennung
Erkennung von Geschlecht und emotionalem Gesichtsausdruck
Fraunhofer IAO
Fraunhofer IIShttp://www.iis.fraunhofer.de/bf/bv/kognitiv/biom/dd.jsp
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Vitalparameter-Monitoring System für Herz-Kreislauf-Erkrankte
Intelligenter Gesundheitsassistent
Vitaldaten (EKG, Blutdruck, Atmung, etc.)
Weitere relevante Ereignisse (z.B. körperliche Anstrengung)
Automatisierte Auswertung und Diagnoseunterstützung
Integration in ein medizinisches Gesamtsystem
Feedback und Handlungsempfehlungen an den Patienten
Beispiel EKG SensormodulT-Shirt mit eingewebten, flexiblen Trockenelektroden zur Aufnahme von Pulswellendaten und eines 3-Kanal EKG
Beteiligte Fraunhofer Institute:IIS, IAO, IBMT, IPMS, FIT
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Interaktion mit allen Sinnen(3) »Sinnliche« Interaktion
Interaktive Produkte, die emotional wirken
Erweiterung der Perspektive der Mensch-Technik Interaktion auf nicht-funktionale und nicht aufgabenbezogene Aspekte, jenseits der »Zufriedenstellung« (vgl. ISO 9241-11), z.B.:
Emotion und Motivation
Werte und kulturelle Aspekte
Vertrauen und Glaubwürdigkeit
Flow
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Methods and tools for a user-centered development of attractive and innovative user interfaces
Valid and non-intrusive measurement of workload and stress
Validated cross-modal design patterns libraries
Integrated tools for enterprise information architecture
Integrated tools for usability and software engineering
Joy-of-Use: measurement and design for emotions
Model-based generation of adaptive user interfaces
Valid and non-intrusive measurement of workload and stressValid and non-intrusive measurement of workload and stress
Validated cross-modal design patterns librariesValidated cross-modal design patterns libraries
Integrated tools for enterprise information architectureIntegrated tools for enterprise information architecture
Integrated tools for usability and software engineeringIntegrated tools for usability and software engineering
Joy-of-Use: measurement and design for emotionsJoy-of-Use: measurement and design for emotions
Model-based generation of adaptive user interfacesModel-based generation of adaptive user interfaces
PrototypeRobust technology availablePrototypeRobust technology availablePrototypeRobust technology available
DemonstratorFirst implementationsDemonstratorFirst implementationsDemonstratorFirst implementations
ProductProduct availableProductProduct availableProductProduct available
UseWidespread use in practiceUseWidespread use in practiceUseWidespread use in practice
2006 2010 2015
User interface modeling
Measurement of emotions, workload and stress
User interface design patterns
Virtual prototyping
User Experience Engineering
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Messung subjektiver Faktoren der Techniknutzung
Beispiele:
(D)Emokoffer (IGD Rostock)
Analyse von physiologischen Daten (Hautwiderstand, Hauttemperatur und Puls)
WebSCORE SemDiff (IAO)
Erfassung der subjektiven Erlebnisqualität von interaktiven Produkten anhand eines standardisierten Semantischen Differenzials
3 Wirkungsdimensionen der wahrgenommenen Bedienqualität:
Ergonomie
Vertrauenswürdigkeit
Attraktivität
übersichtlich einfachverständlichfokussiertfunktionalstukturiertruhig
7 6 5 4 3 2 1
unübersichtlichkompliziertunverständlichdiffusunfunktionalunstrukturiertunruhig
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User Experience Engineering
»Easy2Use«Interaction Design Patterns für eine einheitliche Wahrnehmung der Kundeninteraktion über die Konzernbereiche hinweg (T-Online, T-Mobile, T-Com)
»User Taxonomy«Personalisierte und kunden-gerechte Interaktionsgestaltung auf der Basis einer Benutzer-Taxonomie zu Einstellung und Verhalten mit ICT-Produkten
Easy2Use: Interaction Discourse Pattern (Ausschnitt)
Easy2Use: Wireframe für ein Graphical Design Pattern
User Taxonomy: Tabellarische Übersicht der User Typen (Ausschnitt)
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Visionen einer neuen Mensch-Technik Interaktion
Ambient Intelligence
− Sensoren und Intelligenz in der Umgebung
− Kommunikationsfähige und vernetzte Objekte
− Automatische Anpassung an die Bedürfnisse der Menschen
− Der »Bediener« wird zum »Bedienten«
Implizite Interaktion
− Natürliche menschliche Verhaltensweisen als Input
− Technik und Bedienschnittstellen treten in den Hintergrund und werden unsichtbar
− Der Service im Mittelpunkt, nicht das Gerät
− Techniknutzung erfordert keine besondere Aufmerksamkeit oder Vorkenntnisse
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Neue Herausforderungen
Informationsdefizit Verfügbare Funktionen?Interaktionsmechanismen? Systemzustand?
KontrollverlustImplizite Interaktion durch Ortungs- und Erkennungstechnologien„Selbstständige“, „intelligente“ Systemreaktionen
Verlust der persönlichen DatensicherheitOrtung und elektronische IDsPersönliche Profile und Verhaltensaufzeichnungen
Benutzer verlieren Kontrolle und Orientierung …und damit Vertrauen und Akzeptanz für diese Technologien
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Bedienmetapher der Zukunft?
Anschauliche Metapher für die Interaktion in intelligenten Umgebungen (vgl. Desktop-Metapher)
Digital Bubble (Ian Pearson, Futurologist at British Telekom):
»People, buildings and objects will emit a digital aura that contains alternative digital appearances as well as marketing information.«
»… interacting with other people's bubbles, introducing you to people who would like to meet you.«
»You will need a digital bubble force field — a shield that lets through what you want and blocks everything else.«
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Fraunhofer Challenge »Digital Bubbles«
Hauptfunktionen
Schutzschild
Informationsspeicher
Kommunikationsschnittstelle
Arbeitsprinzipien
Nähe
Permeabilität / Transparenz
Ubiquitär, ambient, leicht, privat
Adaptivität und Situationsanpassung
Nesting
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Zusammenfassung
Die Bedeutung einer intuitiven und attraktiven Mensch-Technik Interaktion wird in der Zukunft noch stärker zunehmen.
Neue Technologien bieten das Potenzial einer natürlichen und komfortablen Interaktion mit der Technik – auch für maximal heterogene Nutzergruppen.
Die Vision einer Ambient Intelligence mit »verschwindenden«Benutzungsschnittstellen birgt neue Herausforderungen für die menschengerechte Technikgestaltung.
Dafür müssen multidiszpilinäre Ansätze der Produktentwicklung gestärkt werden.
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Vielen Dank
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter SpathLeiter Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO)Leiter Institut für Technologiemanagement und Arbeitswissenschaft IAT der Universität Stuttgart
www.mmi.iao.fraunhofer.de