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1 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 Spath Leiter 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

© 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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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