coordinator: nicola.vanello@unipi.it
The research line focusing on Human Centric systems (HCS) aims at developing a novel paradigm that prioritizes the integration of human needs and demands during the design phase of devices, machines and systems.
Reaching such a goal will definitely boost current Industry into the 5.0 era, where the effectiveness and efficiency of technological solutions will be enhanced by merging the unique capabilities of human beings with the strengths offered by machines.
Diverse individual needs and characteristics will be taken into account thus fostering a broader access to technological advancements and promoting human well-being, user satisfaction, accessibility, and sustainability.
The research in this field within the Department will focus on creating interfaces and models for human-machine and human-AI interaction that are tailored to the specific characteristics of users and operators, encompassing their perceptions, physical abilities, requirements, and sensitivities.
To reach this aim, specific research objectives have been pursued during the first year of the project. such as:
- Development of technologies and methods for human monitoring and psycho-physiological state estimation
- Modeling human functions to understand and possible predicting human behavioural, cognitive and emotional dynamics
- Modeling Human perception, cognition and knowledge to boost HMI: the development of technologies and systems allowing to integrate human model within HMI
- Development of new tools and frameworks to implement and test HCS.
La linea di ricerca incentrata sui sistemi Human Centric mira a sviluppare un nuovo paradigma che dia priorità all'integrazione dei bisogni e delle richieste umane durante la fase di progettazione di dispositivi, macchine e sistemi.
Raggiungere un tale obiettivo consentirà di unire le capacità uniche degli esseri umani con i punti di forza offerti dalle macchine. La ricerca in questo campo all'interno del DII si concentrerà sulla creazione di interfacce e modelli per l'interazione uomo-macchina e uomo-IA adattati alle caratteristiche specifiche degli utenti e degli operatori, comprendendo le loro percezioni, abilità fisiche, requisiti e sensibilità. Per raggiungere questo scopo, durante il primo anno di progetto sono stati perseguiti specifici obiettivi di ricerca, quali:
- Sviluppo di tecnologie e metodi per il monitoraggio umano e la stima dello stato psicofisiologico: monitoraggio in tempo reale di molteplici segnali psicofisiologici tramite piattaforma modulare open source simile all'IoT; un dispositivo indossabile e non invasivo per misurare il metabolismo energetico umano in condizioni di vita libera; è stato proposto un nuovo approccio per studiare la risposta del sistema nervoso autonomo alle emozioni basato sui cambiamenti della temperatura cutanea misurati utilizzando la termografia a infrarossi; monitoraggio dei movimenti degli anziani in uno scenario ecologico per classificare la loro fragilità tramite l'elaborazione dei segnali e un algoritmo di apprendimento automatico su un dispositivo da polso; tecnologie di monitoraggio per tracciare la posizione dei lavoratori all'interno dell'ambiente per prevenire infortuni e incidenti.
- Modellazione delle funzioni umane per comprendere ed eventualmente prevedere le dinamiche comportamentali, cognitive ed emotive umane: stima dell'interazione cervello-cuore per il riconoscimento delle emozioni da dati EEG ed ECG; capire come vengono elaborati gli stimoli olfattivi e come potrebbero interagire con la cognizione; sviluppo di una nuova generazione di modelli del cervello umano, il cyborganoid, un costrutto bioibrido ottenuto da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo.
- Modellare la cognizione e la percezione umana per potenziare le interfacce uomo-macchina: lo sviluppo di tecnologie e sistemi che consentano di integrare il modello umano all'interno dell'HMI, ad es. una comprensione di come gli esseri umani percepiscono il tempo e stimano i tempi degli stimoli in arrivo; interfacce tattili di ispirazione biologica; definizione di strategie per gestire l'agency e l'assegnazione dei compiti, massimizzare l'utilità e l'esperienza dell'utente in sistemi human-in-the-loop come arti bionici, avatar virtuali e telerobot dotati di flussi tattili ad elevata larghezza di banda; studio delle dinamiche di stretching della pelle per fornire feedback agli utenti della protesi; sviluppare un sensore ottico tattile morbido basato su un modello computazionale della percezione tattile umana che si basa sulla velocità di diffusione dell'area di contatto; ricerca di strategie di previsione delle prestazioni delle query e di espansione delle query nei sistemi conversazionali per il recupero delle informazioni.
- Sviluppo di nuovi strumenti e framework per implementare e testare HCS: ricerca di applicazioni di realtà aumentata che sfruttano la sovrapposizione di realtà digitale-virtuale e informazioni del mondo reale, utilizzando sia la vista che i sensi tattili (da utilizzare, ad esempio, per scopi medici e paramedici scenari formativi complessi). Il senso del tatto si basa su un dispositivo indossabile basato su tessuto (W-FYD) che può essere indossato sull'indice degli utenti e consente la resa della morbidezza sia attiva che passiva.
