Progetto DEFIE

L’obiettivo di DEFIE (Disable and Elderly people Flexible Integrated Environment, Ambiente Integrato Flessibile per persone Anziane e Disabili) è stato quello di sviluppare un ambiente integrato e flessibile su un’architettura aperta basata su un modello generico. Sono stati integrati diversi tipi di unità di I/O e di controllo per permettere una comprensibile e sicura interazione con l’utente, con applicazioni e una casa intelligenti. Il modello DEFIE dispone di una struttura di base a cui possono essere integrati un gran numero di servizi ed applicazioni multimediali, per le diverse categorie di utenti con particolari necessità. Dato che le persone interagiscono in modo naturale con media e percezioni multipli, DEFIE tiene in considerazione sia forme di informazione isocrone sia non isocrone. DEFIE è un progetto di ricerca che è stato parzialmente finanziato da CEU nella parte R&D del programma TIDE, numero di garanzia P1221.

Introduzione e questioni chiave.

Soluzioni esistenti che aumentano le possibilità di un modo di vivere indipendente, sono attualmente disponibili sul mercato, tuttavia tutti questi sistemi sono dotati di funzionalità povere e limitate che possono risolvere solo un limitato insieme di bisogni dell’utente – moltitudine di soluzioni isolate. Al contrario, la ricerca portata avanti in DEFIE intende estendere ed integrare, entro una struttura comune, un vasto raggio di funzionalità:

  • Accesso a servizi di telecomunicazione di base, tipicamente telefono, fax, modem e strumenti di posta elettronica.
  • Accesso a servizi esterni forniti dalla comunità come: collegamenti bancari (ad esempio transazioni finanziarie semplici e complesse, pagamenti, informazioni sul conto corrente, ecc.), collegamenti a quotidiani, televisione, televideo, accesso a banche dati remote, teleassistenza e servizio di allarme, teleshopping, minitel, ecc.
  • Strumenti di controllo dell’ambiente con un monitoraggio efficiente ed autonomo, inclusa la gestione degli allarmi.
  • Trattazione ed archiviazione di vari tipi di dati. Questa funzionalità di base addizionale permette di effettuare semplici operazioni come: lettura/scrittura di lettere e documenti (molto importanti per i non vedenti e persone con danni fisici), eseguire calcoli e sviluppare le potenzialità dei fogli elettronici, archiviare e ritrovare informazioni, gestire un’agenda/organiser o un elenco telefonico e un block-notes.

Il progetto DEFIE ha inteso produrre un sistema multimediale totalmente integrato basato su vari tipi di unità e strumenti di I/O, inclusi un sistema di riconoscimento vocale e un sintetizzatore vocale. Diversi elementi basilari caratterizzano i successi tecnici di DEFIE:

  • Modularità ed integrabilità di varie funzioni, con la possibilità di interconnettere ed incatenare insieme le funzionalità di base implementate nei diversi sottosistemi DEFIE.
  • Indipendenza totale delle funzioni di I/O da funzioni applicative e conseguentemente autonomia del sistema dalle unità di I/O e di controllo selezionate.
  • Ottimizzazione delle interfacce uomo-macchina rispettando le specifiche unità di I/O selezionate per eseguire gradualmente operazioni sempre più complesse, specialmente nell’ambiente di lavoro, in poco tempo e senza errori.
  • Modo di vivere indipendente ed integrazione socio-economica attraverso la disponibilità dei diversi strumenti che si occupano di telecomunicazioni, gestione delle informazioni, accesso a servizi esterni e controllo dell’ambiente.

Modello DEFIE

Possiamo considerare il modello DEFIE come una rappresentazione di un sistema generico, che è stato semplificato per includere una vasta classe di soluzioni e implementazioni. L’idea di un modello è stata introdotta in DEFIE per rappresentare meglio, non solo il generale “modus operandi” dei componenti di DEFIE, ma anche per fornire una struttura di base che può essere utilizzata per successivi sviluppi e per l’integrazione di prodotti esterni. Il modello intende utilizzare i vantaggi offerti dai concetti e dagli approcci prodotti in ANSA da POSIX Open Systems. Il concetto del Modello DEFIE è quello di un ambiente estensibile che separa i servizi Applicativi dal Sistema e dai servizi di Base; in tal modo, applicazioni e servizi eterogenei possono coesistere. Ogni componente esporta servizi ai livelli superiori. API generiche possono essere definite per ogni componente, per nascondere la complessità interna di ciascun livello e ridurre l’accessibilità ai servizi della parte più bassa con un’utilizzabilità del sistema semplificata. Le caratteristiche chiave del Modello DEFIE sono basate su tre concetti:

  • Decomposizione del Modello in cinque livelli che separano i servizi di DEFIE in modo logico.
  • Il concetto “LEGO” per definire l’interfaccia e le relazioni tra le diverse componenti di DEFIE che appartengono allo stesso o a diversi livelli.
  • Le interfacce delle applicazioni basate su API.

Descrizione del modello

Il modello proposto in DEFIE è simile a quello OSI ed è composto di quattro livelli logici, escluso il livello riferito all’hardware, che incapsulano quattro classi di servizi: servizi di sistema, servizi di base, servizi applicativi, servizi per la fornitura di interazioni uomo-macchina alternative.

Piattaforma DEFIE: livello 0

Questo livello riguarda essenzialmente l’hardware e include: (i) componenti standard (ad es. CPU, memoria, registri, unità di I/O standard, periferiche, ecc.), (ii) apparecchiatura di rete e telecomunicazioni, (iii) sensori, controllori e rete di casa, (iv) unità di I/O speciali ed alternative (ad esempio sintetizzatore vocale), (v) apparecchiature proprietarie per la sicurezza e il controllo d’accesso.

La scelta dell’hardware, per il livello 0, non può imporre nessuna barriera fisica (ad esempio nel caso dimedia per la memorizzazione: un drive di dischi con una levetta sarebbe difficile da aprire per un utente disabile) e dovrebbe fornire una connettibilità standard per permettere l’integrazione di unità di I/O alternative. Persone che hanno una disabilità fisica, come individui con anomalie congenite, danni al midollo spinale, malattie progressive ed individuali, o privi dell’uso di una mano o un braccio, possono richiedere unità hardware diverse.

Servizi di Sistema: livello 1

Il livello dei Servizi di Sistema può essere considerato come un elemento che include sia i servizi del sistema operativo (Apple (c) System 7.5, MS-DOS (c), UNIX ™, ecc.) sia strumenti addizionali come apparecchi per bobine, speciali unità driver, software addizionale per interfacciare le apparecchiature di casa, meccanismi di sicurezza, reti, ecc. Questo livello è strutturato in due componenti: Nucleo e Motore.

Nucleo

Questo livello limita le dipendenze hardware e le idiosincrasie del sistema, provando a racchiudere tutte quelle caratteristiche che sono generalmente coperte dal Sistema Operativo. L’utente può non avere accesso diretto a questa componente e alle sue risorse (ad es.: il file system).

Motore

Questo livello fornisce un’interfaccia omogenea ai livelli sovrastanti ed integra i servizi del Sistema Operativo come servizi di amministrazione del sistema, accesso ai protocolli di comunicazione, servizi ambientali di base, servizi di Timer, servizi di installazione e disinstallazione, servizi di sincronizzazione, servizi di linguaggio, ecc. Parte di tali servizi è stata già standardizzata (es.: POSIX). Il livello Motore dei Servizi di Sistema filtra i servizi del nucleo e li fornisce, assieme ai propri, ai livelli più alti.

Servizi di Base: livello 2

Questo livello fornisce un insieme di servizi di supporto agli strumenti di telecomunicazione, accede a dati eterogenei (multimedia) e gestisce dati isocroni e non isocroni. I meccanismi per accedere e gestire dati interni e remoti sono garantiti attraverso API, implementate come librerie. A causa dell’avvento di nuovi “multimedia” e teleservizi interattivi, è responsabile di consentire facile accesso, gestione (ad es.: archiviazione) e trattamento di informazioni complesse costituite da dati, video e audio.

Servizi Applicativi: livello 3

I servizi Applicativi includono ed integrano diverse classi di applicazioni.

  • Applicazioni per utenti con necessità particolari. Tipici esempi sono applicazioni che supportano la teleassistenza.
  • Applicazioni di generale utilità per disabili, anziani ed utenti comuni, come strumenti di telebanking, teleshopping, telepubblishing, telelavoro, telemanutenzione, ed esecuzione di applicazioni locali come televideo, minitel, banche dati, ecc.
  • Applicazioni e servizi di interesse generale che necessitano di ulteriori attività su misura e di configurazione, sia per disabili sia per utenti comuni come gestione di emergenze ed allarmi, controllo ambientale (ad es.: sistema di casa), monitoraggio e formazione a distanza, ecc.

Interfaccia Uomo-Macchina Alternativa: livello 4

Questo livello descrive l’interfaccia moto-sensoriale “multimediale” e considera il concetto di interazioni uomo-macchina alternative. Ciò significa che le informazioni di entrata/uscita possono avere diverse rappresentazioni di output e sono basate su linguaggi di comando differenti. I media fisici usati per trasmettere le informazioni dall’utente al sistema e viceversa possono essere diversi, ma è associata un’unica semantica alle azioni prodotte. La strutturazione principale dell’interfaccia uomo-macchina dovrebbe essere basata su un approccio linguistico.

Architettura del Sistema DEFIE

L’approccio a livelli seguito nel modello è il metodo più comune di fornire un servizio che sia indipendente dalla piattaforma selezionata o dalle componenti dei servizi. L’implementazione fornisce le componenti del servizio come un insieme di routine di libreria. La portabilità dei servizi Applicativi e di Base è assicurata dal Motore di DEFIE che esporta a livelli superiori una specifica API, incapsulando le componenti dei servizi di base (ad es.: speciali o standard I/O, risorse di macchina, ecc.).

Descrizione dell’architettura generale di DEFIE

Seguendo il modello descritto nella precedente sezione, l’architettura è stata strutturata secondo i cinque livelli DEFIE. Ogni livello include servizi e strumenti che possono essere acceduti dall’utente direttamente o come una pila. Le componenti di interfaccia garantiscono un accesso uniforme a servizi e strumenti.

Componenti hardware

Le componenti hardware di DEFIE possono essere divise in tre gruppi o sottosistemi:

  • Computer hardware comprendente unità standard di controllo e di I/O, BUS, memoria (RAM, EPROM, ecc.), CPU, DSP (Digital Signal Processing), periferiche.
  • Hardware di rete comprendente reti per la comunicazione dei dati (ad es.: X25, CSMA/CD- ethernet), telecom, reti Tv e reti Home Bus.
  • Unità speciali non incluse nell’hardware del computer che devono essere ottenute separatamente, come: sintetizzatori vocali, sistemi di riconoscimento vocale, sensori ed altre unità di I/O per superare specifici danni fisici.

Componenti del sistema

Il livello Sistema è composto da un Nucleo che incorpora strumenti del Sistema Operativo e da un Motore che implementa la piattaforma DEFIE, in particolare questo livello esporta due insiemi di API ortogonali:

  • Primitive di Sistema e meccanismi del Nucleo

Le primitive di sistema del Nucleo (ad es.: il sistema operativo) forniscono gran parte dei servizi richiesti solo come driver speciali che devono essere implementati (ad es.: sintetizzatore vocale, sistema di riconoscimento vocale, speciali I/O addizionali per persone con danni fisici).

  • Primitive e hook DEFIE.

Primitive DEFIE fornite per mezzo dei nuovi driver e nuove strutture speciali per incrementare le I/O alternative, telecomunicazioni, controllo dell’ambiente esterno.

Il motore DEFIE fornisce ai livelli sovrastanti una sorta di infrastruttura indipendente dall’applicazione con i seguenti obiettivi: favorire l’integrazione di nuove applicazioni, estendere le funzionalità di macchina standard, facilitare l’accesso e il controllo delle risorse.

Componenti dei Servizi di Base

Per supportare adeguatamente i servizi applicativi, i Servizi di Base DEFIE sono stati raggruppati in quattro componenti principali che si occupano di: applicazioni “multimediali” e “telematiche”, strumenti del tipo applicazioni intelligenti da ufficio e sistemi per la casa.

La prima componente comprende i servizi di comunicazione che permettono l’accesso a dati remoti (ad es.: terminali virtuali, posta elettronica ed EDI), che possono rappresentare la base per applicazioni di teleservizi e teleassistenza, dove lo scambio di informazione è fondamentale.

I servizi di telecomunicazione includono utility comuni come telefono, teletext e fax, ma possono essere considerati anche i nuovi servizi,: Tv a richiesta, teleconferenze, video telefoni.

Il sistema di diagnostica fornisce le utility di base per la riconfigurazione del sistema e testa le attività per la risoluzione dei problemi. Un accurato aiuto in linea può migliorare l’efficacia degli interventi dell’utente. La precisione della diagnostica può essere largamente influenzata dalle funzionalità offerte dal sistema operativo.

L’ultima componente, l’unità multimediale per il trattamento e l’archiviazione dei dati, concentra le utility di base per trattare dati eterogenei ed incrementare l’interoperabilità e le prestazioni delle applicazioni. Dati vocali, video e audio sono trattati ed archiviati in modo trasparente dal punto di vista dell’utente. Strumenti hypermedia (vedere le tipiche applicazioni Apple) possono essere inclusi in questa componente.

Componenti dei Servizi Applicativi

Cinque componenti principali costituiscono il livello servizi Applicativi, che fornisce all’utente finale un insieme di servizi ed applicazioni integrato e completo, per supportare compiti di lavoro e le attività giornaliere di casa. Ciò include: controllo ambientale, teleassistenza, teleservizi, basi di dati interne ed esterne, strumenti ed applicazioni di interesse generale.

La componente di controllo ambientale garantisce due insiemi di servizi: comando e controllo di unità di casa e individuazione di situazioni pericolose e gestione dell’allarme.

La teleassistenza include tutti i servizi collegati alla sicurezza dell’utente, in particolare tre applicazioni e situazioni previste principali: monitoraggio a distanza per la cura del cuore, individuazione a distanza di condizioni di allarme e gestione delle chiamate di emergenza. Possono essere integrati sofisticati servizi addizionali per particolari utenti.

La componente teleservizi comprende un insieme di servizi a largo spettro come operazioni bancarie, pubblicazioni, shopping, gestione a distanza e monitoraggio del sistema. Queste applicazioni fanno un largo uso delle componenti dei Servizi di Base, specialmente servizi telecom e comunicazione.

Sistemi di informazione e applicazioni su basi di dati sono acceduti tramite gli strumenti di comunicazione e i protocolli dei livelli più bassi. In alcuni casi l’accesso è fornito da un’organizzazione ed assume la forma di teleservizio. La disponibilità di alcuni di questi servizi può assicurare le attività di telelavoro.

Appartengono a questo quinto gruppo gli strumenti di supporto alle attività generali, tipicamente: fogli elettronici, programmi per la gestione dei testi, organiser, agende elettroniche, rubriche di indirizzi e strumenti per consigliare l’utente nello svolgimento di compiti giornalieri e di lavoro.

Interfaccia Uomo-Macchina (HCI)

La generale architettura di DEFIE, basata essenzialmente su componenti eterogenee (in alcuni casi con interfacce proprietarie), fornisce a diverse categorie di utenti un insieme integrato di servizi che possono essere acceduti tramite un’interfaccia uniforme basata su diversi stili di interazione (ad es.: visuale, tattile, audio e misti). Le categorie degli utenti indirizzate verso DEFIE sono: persone isolate ed utenti comuni, persone anziane appartenenti alla categoria dei “vecchi giovani”, persone con disturbi motori e di vista, persone con malattie degenerative (ad es.: sclerosi multipla).

L’interfaccia uomo-macchina di DEFIE è influenzata essenzialmente da quattro aspetti:

  • Concernenti l’essere umano.
    I servizi del sistema sono presentati agli utenti allo scopo di incrementare l’interesse e la buona volontà nell’uso delle applicazioni disponibili.
  • Attributi dell’essere umano.
    Sono prese in considerazione le capacità dell’utente per facilitare o permettere l’accesso a determinati servizi (ad es.: telebanking, telelavoro, ecc.). In particolare, DEFIE prevede la disponibilità di semplici o avanzate interfacce uomo-macchina che possono occuparsi di diverse classi di utenti.
  • Costrizioni dell’essere umano.<
    Le limitazioni fisiche degli utenti sono prese in considerazione dall’interfaccia uomo-macchina che fornisce soluzioni alternative di hardware e software. Tecnologia vocale, nuove soluzioni grafiche ed orientate agli oggetti nell’interazione uomo-macchina, avanzate unità di avvistamento e puntamento, unità senza fili, unità tattili e controllo a distanza rappresentano solo un piccolo insieme delle potenziali soluzioni che possono essere offerte all’utente.
  • Interazione con l’essere umano.
    Il sistema interagisce con l’utente usando stili che sono familiari all’utente stesso (ad es.: interazione basata sulla voce).

Come per utenti convenzionali, anche per i disabili e le persone anziane, la HCI gioca un ruolo importante nel decrementare ed incrementare specifici problemi umani (vedere la tabella di seguito).

Riduzione del timore di fallimento Incremento della comprensione
Timore di ferire Espressione
Timore di danneggiare; Abilità di ragionamento
Timore della perdita; Creatività
Timore di responsabilità; Integrità estetica
Pigrizia; Sicurezza
Lavoro noioso; Fiducia
Senza metodo; Capacità e conoscenza
Perdono del sistema(1)
Stabilità
Sensibilità multiculturale

Le questioni di cui sopra hanno una stretta corrispondenza con gli argomenti riguardanti il design e l’architettura dell’HCI. Infatti, le scelte fatte durante l’implementazione e il design del sistema influenzano positivamente e negativamente l’interazione dell’utente con il sistema stesso.

La tabella A riassume la corrispondenza tra questioni psicologiche umane e questioni dell’implementazione di base dell’interfaccia uomo-computer.

Conclusioni e considerazioni finali

Il modello DEFIE e la generale struttura architetturale illustrata in questo documento, possono essere adottati da diversi sistemi che, dati i maggiori requisiti, hanno l’integrazione ad applicazioni e servizi esistenti. Questa integrazione dovrebbe essere supportata da un’interfaccia uomo-macchina e dallo stile di interazione dell’utente che devono essere uniformi e consistenti. In DEFIE questo aspetto è stato affrontato attraverso l’implementazione dei seguenti punti:

  • Fornire moduli di auto formazione e formazione riguardante lo stile personalizzato da usare, secondo le caratteristiche dell’utente.
  • Fornire un insieme completo di manuali e documentazione in linea con aiuti in linea selezionati.
  • Fornire informazioni aggiuntive all’utente sulla natura degli oggetti e loro relazioni e sulle operazioni consentite (la qualità di tali informazioni può facilitare l’uso del sistema).
  • Semplificare e ridurre le operazioni associate agli oggetti.
  • Permettere agli utenti di definire un sistema su misura in termini di: (i) unità di ingresso e uscita, (ii) interazione degli stili e aspetto del sistema, (iii) servizi richiesti.
  • Fare attenzione alle interazioni di macchina che richiedono il coordinato e/o l’uso simultaneo di occhi e braccia, dita e orecchie, capacità di percezione e movimento, ecc.
  • Ridurre l’accessibilità ai servizi di base del sistema per prevenire l’utente dal commettere errori.
  • Fornire la possibilità di registrare una sequenza di azioni rimpiazzandole da un’azione singola – ad esempio aumentare l’espressività dell’interazione.
  • Progettare un sistema in grado di modificare lo stile di interazione di un utente con quello di un altro in qualsiasi momento (ad es.: fornire comandi con la tastiera, selezionare il comando con il mouse, dare il comando tramite un’unità di riconoscimento vocale, ecc.)

(1) In questo caso il termine perdono significa che l’utente può provare a svolgere delle azioni senza danneggiare il sistema e può imparare usando le applicazioni.
(2) La manipolazione diretta permette alle persone di sentirsi i diretti controllori dell’oggetto costruito e rappresentato dal computer. Quando l’utente esegue operazioni sull’oggetto, l’impatto di queste operazioni può essere immediatamente individuato attraverso sensi diversi/alternativi (ad es.: vista, udito, tatto).
(3) L’uso di metafore, nell’interfaccia uomo-macchina, coinvolge concetti concreti e familiari, così l’utente può avere un’insieme di informazioni prevedibili da applicare all’ambiente del computer. Per esempio, l’utente può organizzare ed interagire con un’agenda elettronica nel modo analogo in cui organizza la sua agenda cartacea.
(4) What You See (/Hear/Fell) Is What You Get, Ciò che Vedi (/Ascolti/Senti) E’ Ciò che Ottieni.