Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Alan
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Вт апр 08, 2008 9:26 am

Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Сообщение Alan » Пн мар 18, 2013 1:42 pm

Стремительное развитие отрасли информационно-коммуникационных технологий породило достаточно сложную проблему взаимодействия человека с большим числом различных технических устройств и систем. Особенно остро данная проблема проявляется в так называемых эргатических системах - сложных системах управления, составным элемент которой является человек-оператор или группа операторов (например, система управления самолетом, диспетчерская служба вокзала, аэропорта и т.п.).

На протяжении всей эволюции эргатических систем их развитие шло в направлении наращивания и усложнения функционала входящих в их состав технических устройств. На первом этапе развития эргатических систем основным способом их оптимизации было приспособление человека к техническим устройствам. На следующем этапе оптимизация шла уже за счет приспособления технических устройств к человеку, его психологическим, физиологическим, антропометрическим и другим характеристикам. В настоящее время идет третий этап развития эргатических систем с учетом такого понятия, как человеческий фактор: при этом человек рассматривается как часть технической системы с учетом всех его ограничений и возможностей принятия ошибочных или алогичных решений в конкретных ситуациях. Техническая часть системы рассматривается как средство, включенное в деятельность человека-оператора.

Существует ряд проблем, требующих решения в процессе создания и эксплуатации эргатических систем:

1. Учет и компенсация влияния человеческого фактора на работу системы. В первую очередь это касается установки ограничений на действия (преднамеренные или непреднамеренные), либо бездействия оператора, которые могут повлечь за собой негативные последствия для процесса функционирования системы.
2. Определение границ и возможностей человека-оператора, а также учет психологических аспектов деятельности человека в процессе взаимодействия с техническими системами и при принятии решений.
3. Создание максимально комфортных условий для взаимодействия человека и техники, использование всех возможностей современных технологий для уменьшения потребности адаптации людей к системе.

Именно решение последней проблемы видится ключевым фактором для преодоления разрыва между растущими возможностями технических устройств и ограниченными возможностями человека по восприятию и обработке информации.

Для решения данной проблемы предлагается ввести понятие взаимной адаптации технических устройств и человека-оператора. Взаимная адаптация может реализована за счет использования в эргатических системах специальных устройств (или интерфейсов) – гетероадаптеров.

Основные характеристики гетероадаптера.

Основная идея – заменить иерархическое управление, когда человек дает команды системе и получает обратную связь через системы вывода данных, на адаптационное управление, когда система и человек координируют совместную деятельность в зависимости от внешних условий. При этом задается (очерчивается) граница взаимодействия, за пределы которой взаимное влияние выходить не может.

Гетероадаптер - это техническое устройство (контроллер), обладающее рядом специфических свойств, позволяющих ему реагировать на внешние воздействия и в зависимости от реакции менять собственную конфигурацию. Данные свойства придают устройству сходство с биологическими системами, основным отличием которых является способность приспосабливаться к окружающей среде при постоянно меняющихся условиях. В свою очередь, это позволяет использовать гетероадаптер в качестве универсального интерфейса между человеком и машиной, позволяющего им обмениваться информации и влиять друг на друга в режиме взаимной адаптации.

Реализация данной технологии позволит на порядок повысить уровень интеграции между человеком и машиной, и частично решить все основные проблемы эргатических систем.

В последние годы произошли значительные изменения в технологиях обмена данными между человеком и техническими устройствами. В дополнении к стандартным (клавиатуры, манипуляторы), активно развиваются сенсорные интерфейсы, разрабатываются и внедряются новые виды интерфейсов, основанные на распознавании действий оператора (управление голосом, жестами, мимикой). Не вызывает сомнения тот факт, что уже в ближайшее время будут доступны технологии, позволяющие считывать любую информацию с тела человека.

Для реализации адаптационного интерфейса необходимо сформулировать четкое представление о структуре гетероадаптера и системе его организации.

Требования к системе организации гетероадаптера:

1. Способность контроллера к навигации и позиционированию по 2-м и более модальностям.
2. Количество сенсоров должно соответствовать достижению требуемой точности к навигации и позиционированию контроллера.
3. Способность изменять конфигурацию сенсоров как за счет перемещения их в пространстве (приближение, отдаление от источника регистрируемого сигнала), так и за счет изменения уровня чувствительности сенсоров.
4. Контроллер должен иметь возможность моделировать собственную границу и отражать ее изменения в виде проекции в памяти (формировать карту своих движений).
5. Должен быть реализован механизм безусловных ограничений, срабатывающих при приближении к определенным пороговым значениям. Данный механизм должен предотвращать действия среды и контроллера, которые могут привести к негативным последствиям как для контроллера, так и для среды.
6. Должен быть реализован механизм ранжирования стандартных конфигурации в изменяющихся условиях.
7. Поддерживать протоколы проводной и беспроводной связи.

Предпосылки возможности создания гетероадаптера:

1. Развитие сенсорных технологий позволит создавать датчики с различными диапазонами (модальностями) воспринимаемых сигналов, с необходимо высокой чувствительностью.
2. Уменьшение размеров и удешевление технологий производства сенсоров позволит на относительно небольшой площади размещать большое число различных датчиков.
3. Снижение стоимости разработок и удешевление компонентов позволит создать контроллер относительно невысокой конечной стоимости и сделать устройство массовым.

Alan
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Вт апр 08, 2008 9:26 am

Re: Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Сообщение Alan » Сб мар 23, 2013 6:02 pm

Пояснения к требованиям

Кожа человека обладает различными физическими параметрами, которые могу различаться в зависимости от локализации участка, физиологического состояния организма, индивидуальных особенностей. Для стандартизации потока регистрируемых с поверхности кожи данных, контроллер необходимо наделить способностью изменять собственную конфигурацию границы, в зависимости от изменений параметров внешней среды (важнейшим компонентом внешней средой в данном случае будет поверхность кожи человека).

Решение данной задачи потребуется большое количество датчиков, которые смогли бы выявлять изменения тех параметров, которые дают возможность отражать положение контроллера. Если провести аналогию с биологическими организмами, сенсорные системы которых решают аналогичные задачи, то количество датчиков может колебаться от нескольких сот до нескольких десятков тысяч.

Возможны два варианта изменений и контроля позиционирования контроллера:
а) с помощь микроприводов изменять положение группы датчиков либо всего контроллера целиком, подстраиваясь под внешнюю среду;
б) за счет увеличения или снижения чувствительности выбранных групп датчиков, формировать наиболее оптимальную конфигурацию для снятия данных с поверхности кожи.

С помощью полученных данных контроллер должен формировать карту изменений своей границы, выделяя участки траекторий этих изменений для каталога шаблонов. Эти шаблоны будут использоваться для отражения проекции границы контроллера в различных ситуациях для формирования регулирующего сигнала.

По параметрам снимаемых данных с датчиков, а также по шаблонам и их конфигурациям создается классификатор предельных условий и ограничений для предотвращения опасных ситуаций как для человека, так и для контроллера и подключенных управляемых устройств. Для разрешения конфликтных ситуаций между регулирующими сигналами контроллер формирует динамическое ранжирование, исходя из ситуационных коэффициентов.

Размещение такого контроллера предполагается на предплечье (шириной примерно 20 см от локтевого сустава) и/или на шее.

kak
Сообщения: 327
Зарегистрирован: Вт мар 17, 2009 10:30 am
Откуда: Вологда
Контактная информация:

Re: Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Сообщение kak » Чт сен 19, 2013 10:17 am

Дополнение:
Основные характеристики ЭМГ-контроллера

Контроллер представляет собой техническое устройство, которое обладает рядом специфических свойств, позволяющих ему реагировать на внешние воздействия и в зависимости от реакции менять собственную конфигурацию. Данные свойства придают устройству сходство с биологическими системами, основным отличием которых является способность приспосабливаться к окружающей среде при постоянно меняющихся условиях. В свою очередь, это позволяет использовать контроллер в качестве универсального интерфейса между человеком и машиной, позволяющего им обмениваться информацией и влиять друг на друга в режиме взаимной адаптации.
Основная цель контроллера – заменить иерархическое управление системой, когда человек-оператор обменивается данными через различные системы ввода-вывода данных, на адаптационное управление, когда система и человек координируют совместную деятельность в зависимости от внешних условий. При этом задается граница взаимодействия, за пределы которой взаимное влияние выходить не может. В рамках предлагаемой концепции контроллер является динамическим симулятором живой системы, позволяющей значительно расширить рецептивное поле человека за счет формализации обмена данными между человеком и техническими устройствами.
Реализация данной технологии позволит на порядок повысить уровень интеграции между человеком и машиной, и частично решить большинство основных проблем сложных технических систем, в первую очередь, снизив влияние человеческого фактора.
В последние годы произошли значительные изменения в технологиях обмена данными между человеком и техническими устройствами. В дополнение к стандартным устройствам ввода, таким как клавиатуры и манипуляторы, активно развиваются сенсорные технологии, а также разрабатываются и внедряются новые виды интерфейсов, основанные на распознавании действий оператора: управление голосом, жестами, мимикой. Не вызывает сомнения тот факт, что уже в ближайшее время будут доступны технологии, позволяющие считывать практически любую информацию с тела человека.
Для реализации адаптационного интерфейса необходимо сформулировать четкое представление о структуре контроллера и системе его организации. Объем необходимых работ достаточно большой, однако уже существующие разработки, возможности современных технологий и очень широкие перспективы использования подобных устройств позволяют предполагать востребованность данных исследований уже в ближайшем будущем.

Рыночные перспективы

В последнее время все больше высокотехнологичных компаний делают ставку на так называемые носимые гаджеты, то есть устройства, надеваемые на тело как аксессуар. Производители считают, что за такими устройствами стоит идея более глубокой интеграции высоких технологий в повседневную жизнь и одновременно с этим — упрощение их использования. До последнего времени на рынке были широко распространены умные устройства для мониторинга физической активности и занятий спортом, такие как электронный браслет Nike Fuelband, однако тенденцию подхватили и производители смартфонов и планшетов, желающие диверсифицировать источники дохода.
Аналитики прогнозируют, что к 2015 году в продажу ежегодно будет поступать около 500 млн носимых девайсов, к 2014 году стоимость рынка "носимых" технологий превысит $1,5 млрд. К 2016 году, по данным исследовательской компании Gartner, он может разрастись до $10 млрд.

Технологии обработки информации, передачи изображения, а также сенсорные технологии, разработанные для смартфонов, вышли на очень высокий технический уровень, стали миниатюрными и недорогими, благодаря чему они могут быть применены к устройствам, которые можно носить на теле, прицеплять к одежде и даже (в конечном счете) вживлять в кожу. Немаловажно отметить, что такие устройства не обязательно должны быть полностью автономными, а могут выступать в качестве дополнения к портативным, программируемым и всегда подключенным к сети компьютерам, то есть смартфонам. При этом "носимые" технологии — это не только гаджеты для спорта и совместимые со смартфоном устройства; они широко используются в медицине и военной промышленности.

Предпосылки возможности создания контроллера:

1. Развитие сенсорных технологий позволит создавать датчики с различными диапазонами (модальностями) воспринимаемых сигналов, с необходимо высокой чувствительностью.
2. Уменьшение размеров и удешевление технологий производства сенсоров и микроконтроллеров позволит на относительно небольшой площади размещать значительное число различных датчиков.
3. Снижение стоимости разработок и удешевление компонентов позволит создать контроллер относительно невысокой конечной стоимости и сделать устройство массовым.

Физиологическое обоснование

Одним из основных механизмов, с помощью которого живые организмы в процессе своей жизнедеятельности приспосабливаются к внешней среде, является механизм адаптации. Механизм адаптации живого организма базируется на следующих функциях:
1. Рецепторная функция, с помощью которой организм оценивает состояние внешней среды и собственной границы. В данном случае, рецептор – это сложная система, состоящая из сенсоров, преобразующих определенный вид энергии (раздражитель) в унифицированный сигнал, и механизма изменения порога чувствительности к данному виду энергии.
2. Эффекторная функция, позволяющая изменять собственные границы и воздействовать на внешнюю среду. В данном случае, эффектор – это двигательный элемент (орган) организма, состояние которого изменяется под воздействием управляющего унифицированного сигнала.
3. Коммутационная функция, позволяющая динамически распределять унифицированные сигналы.
Исходя из этого, для реализации механизма адаптации в техническом устройстве необходимо создать следующие компоненты:
1. Систему рецепторов (рецептивное поле), с помощью которой устройство будет формировать собственное «представление» о внешней среде.
Рецептивное поле должно отвечать следующим обязательным требования:
• Реагировать на соответствующие параметры раздражителя (АЧХ).
• Обладать пороговыми ограничениями с возможностью их динамического изменения.
2. Систему эффекторов, с помощью которой унифицированные сигналы преобразуются в движения (поведенческие акты).
3. Коммутатор унифицированных сигналов («мозг») с возможностью динамического изменения структуры коммутации.

Техническое адаптационное устройство, построенное на данных принципах, станет по своей сути аналогом или симулятором живой системы, с помощью которого можно будет создать новый тип человеко-машинных интерфейсов и значительно продвинуться в решении проблемы .

Обзор существующих технологий

1. Компания Freescale представила самый миниатюрный из серийно выпускаемых чипов «всё в одном». При размере 2,0х2,0×0,4 мм микросхема Kinetis KL02 занимает на 25 процентов меньше места на печатной плате и имеет на 60 процентов больше выводов, чем ближайшие аналоги.
Чип состоит из 32-разрядного процессора ARM Cortex серии M0+, работающего на частоте 48 МГц, ячеек флэш-памяти общим объёмом 32 Кб и 4 Кб ОЗУ. Постоянная и оперативная память имеют защиту для предотвращения несанкционированного доступа. Также в микросхему интегрированы два двухканальных 16-разрядных таймера, часы реального времени, термодатчик, 12-разрядный АЦП и компаратор с шестиразрядным ЦАП. Из интегрированных беспроводных интерфейсов возможны Zigbee или версии Bluetooth и Wi-Fi с малым энергопотреблением.
2. Мини-компьютеры дополненной реальности (AR). Наибольшую известность на сегодняшний день получили «умные» очки, разрабатываемые компанией Google: устройство может отображать различную информацию (например, навигационные инструкции или сведения о погодных условиях), позволяя при этом видеть окружающее пространство. Теоретически при помощи гаджета можно будет совершать голосовые вызовы, проводить видеосеансы, получать различные сообщения, слушать музыку и пр.
В данных очках Google также планирует использовать технологию передачи звука на основе костной проводимости. Предполагается, что звук будет передаваться в среднее ухо через кости черепа с помощью вибраций. Для этого очки получат специальную контактную площадку на одной или двух дужках.
3. В 2010 году компания Microsoft запатентовала носимый контроллер-электромиограф, который позволяет использовать движения человека для управления смартфоном, ноутбуком или другой электроникой. Идея состоит в использовании сенсоров для интерпретации электрических сигналов, создаваемых при сокращении мышц пользователей, а затем в связи с компьютером пользователя посредством проводного или беспроводного соединения.

Предполагаются различные варианты исполнения устройства: в качестве нарукавной повозки с сенсорами, майки, очков и даже набора сенсоров, закреплённых на теле. В случае с нарукавной повязкой, например, при помощи движений пользователь может осуществлять управление портативным проигрывателем во время пробежки. Вне зависимости от конфигурации и расположения сенсоров, процесс калибровки позволяет настроить различные движения на те или иные действия.
О планах создания трехмерного виртуального интерфейса, основанного на снятии показаний об электрической активности мышц, Microsoft заявляла еще в 2009 году. Прототип системы предполагал использование шесть электромиографических сенсоров и два заземляемых электрода, ассоциирующих разные сигналы с разными жестами, данные с которых впоследствии обрабатывались специальным программным обеспечением, требующим обучения под каждого пользователя. На сегодняшний день интерфейс пока не представлен на рынок.
4. Наибольшее распространение носимые устройства получили в сфере контроля за физическим состоянием человека в процессе занятия спортом, либо в медицинских целях. Сбор данных о параметрах организма производится с помощью различного типа сенсоров, которые впоследствии передаются по беспроводным каналом на обрабатывающие устройства – чаще всего – смартфоны.
Например, браслет Amiigo может автоматически распознавать более 100 различных занятий, от спортивной ходьбы до плавания. Браслет со специальной клипсой может не только посчитать, сколько взмахов клюшкой для гольфа вы сделали, но и определить пульс, уровень кислорода в крови, температуру тела, уровень вашей активности и количество потраченных калорий.
Биотехнологическая компания BioLert разработала специальный браслет, способный предупреждать о начале эпилептического припадка у людей, больных эпилепсией. В момент начала приступа это устройство посылает сигналы тревоги заранее выбранным людям. Прибор улавливает определенные вибрации и характерные движения, которые имеют место в самом начале приступа эпилепсии, или непосредственно предшествуют ему. Особенностью браслета является его способность вести мониторинг приступа, что позволяет впоследствии провести его медицинский анализ.
5. Ближе всего к реализации идеи ЭМГ-контроллера подошла канадская компания-стартап Thalmic Labs. Компания разработала электронный носимый браслет, фиксируемый в области предплечья. Он получает информацию, считывая электрические импульсы в мышцах двигающейся руки, после чего передает соответствующие команды специально настроенным электронным устройствам.
Передача сигнала осуществляется посредством беспроводной технологии Bluetooth 4.0, при этом удаленное управление гаджетами возможно на расстоянии до 10 метров. Одним из ключевых преимуществ MYO является отсутствие необходимости привязки пользователя к определенному месту, как, например, в случае с Kinect.
Внутри корпуса браслета, помимо, собственно, сенсоров, контролирующих активность мышц, разместился ARM-процессор, литий-ионный аккумулятор и инерционное измерительное устройство с шестью осями, определяющее движение руки в пространстве.
6. Компания-стартап Emotiv Insight анонсировала начала успешный сбор средств на сайте kickstarter для создания беспроводной гарнитуры, считывающей электроэнцефалограмму мозга и преобразующая эти данные в простые команды. ПО заявлениям разработчиков, данный нейроинтерфейс будет распознавать основные ментальные команды, такие как толкать, тянуть, поднимать, вращать и даже команды, которые трудно визуализировать, например, исчезнуть. Он также сможет определять, когда человек моргает, подмигивает, хмурится, удивляется, стискивает зубы или улыбается. Тот факт, что проект за 10 дней собрал сумму в 6 раз превышающую заявленный бюджет, говорит о достаточно высоком интересе рынка к подобным разработкам.

Alan
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Вт апр 08, 2008 9:26 am

Re: Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Сообщение Alan » Пн сен 30, 2013 7:25 pm

Представили свою идею на третьей всероссийской конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях», которая прошла в Нижнем Новгороде 24-27 сентября 2013 года. В целом идея была воспринята положительно, было достаточно много вопросов как после доклада, так и на круглом столе, прошедшем в достаточно конструктивном ключе.

Текст доклада
http://www.slideshare.net/slideshow/embed_code/26696629

Презентация
http://www.slideshare.net/slideshow/embed_code/26696960

Alan
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Вт апр 08, 2008 9:26 am

Re: Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Сообщение Alan » Чт ноя 07, 2013 7:13 pm

Интернет всего – новая среда для интеллекта будущего

Не так давно мы с коллегой принимали участие в научной конференции «Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях» в Нижнем Новгороде. Основными проблемами, обсуждаемыми на конференции, были механизмы познания, динамические и нелинейные процессы восприятия и обработки сенсорных сигналов, перспективы создания роботов и симуляторов живых систем. Интересных докладов было не очень много, стоит отметить выступления Юрия Иосифовича Александрова и Татьяны Владимировны Черниговской.

Среди прочего наблюдалась довольно интересная тенденция, выражающаяся в том, что с одной стороны, научный мир констатирует прорыв в технологическом развитии человеческой цивилизации, а с другой стороны, выражает сомнения в том, верным ли путем идет прогресс человечества и не приведет ли он в итоге к глобальной катастрофе. Довольно часто в словах современных ученых можно услышать пессимизм по поводу перспектив развития фундаментальной науки, где в последнее время наблюдается своеобразный застой. Ну и совсем странно было слышать, как различные представители научного сообщества всерьез говорили о возможности объединения науки и религии для решения «совместных вопросов».

Исходя из этого, можно предположить, что научное сообщество сейчас находится в своего рода смятении. С одной стороны, ученые понимают, что человечество вступило в эпоху тотальной технологизации и ее уже не остановить, с другой стороны, им кажется, что данный процесс несет в себе прямую угрозу самому человечеству, поскольку приводит к необратимым изменениям как в окружающей среде, так и в самих людях. Причем больше всего пугает именно скорость изменений – социум трансформируется прямо на глазах. Следствием этого становится значительно сужение горизонта прогноза, а именно это в первую очередь и вызывает страх. Многих пугает неизвестность, которая находится на расстояние буквально 10-15 лет – дальше прогноз становится все более туманным и превращается скорее в догадки.

...

Основная проблема человечества в будущем – это проблема взаимодействия человека с большим числом различных технических устройств и систем. Большое число устройств и систем – это большое число интерфейсов. Особенно остро данная проблема проявляется в так называемых эргатических системах – системах управления сложными техническими комплексами, составным элементом которых является человек-оператор или группа операторов.

Проблема создания эффективных интерфейсов вызвана принципиальной сложностью задачи объединения в единую систему подсистем с различными свойствами. Свойства человека как нелинейной системы позволяют ему прогнозировать ситуацию и принимать решения в условиях неопределенности и, в то же время, делают его слабопрогнозируемым для внешних технических систем, которые базируются на линейных процессах ввода-вывода и обработки данных. Роль подобных систем в современном обществе растет, возрастает сложность их организации, и соответственно растет цена ошибок, допускаемых людьми при управлении данными системами. Очень часто подобные ошибки возникают именно из-за неэффективных интерфейсов между человеком и техникой – человек просто не в состоянии осознать и обработать все возрастающие потоки данных.

Чтобы эффективно объединить интернет людей и интернет вещей необходимы новые типы интерфейсов – адаптивные. Потребность в создании подобных систем обусловлены, во-первых, различиями, которые неизбежно присущи работающим с техническими системами людям, а во-вторых, неоднородностью свойств конкретных технических систем и решаемым с их помощью задачами. Интерфейс должен динамично изменяться, подстраиваясь под конкретного пользователя, при этом учитывая аппаратные и программные характеристики конкретной технической системы.

По сути, это должна быть новая сущность (устройство), обладающее свойствами как линейной технической системы с ее алгоритмизируемостью, так и живой нелинейной системы, с ее адаптивными возможностями. Другими словами, это должен быть симулятор живой системы. Такое устройство мы назвали «гетероадаптером» и считаем, что ее вполне можно реализовать средствами современных технологий не прибегая к алхимии.


Полный текст статьи:
http://www.slideshare.net/slideshow/embed_code/28003304

Alan
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Вт апр 08, 2008 9:26 am

Re: Основные тезисы проекта «Гетероадаптер»

Сообщение Alan » Чт окт 09, 2014 12:18 pm

ГИПЕРИНТЕРНЕТ - АДАПТИВНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ КАК СПОСОБ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ЛЮДЬМИ

Аннотация: В статье рассматриваются проблемы развития современного общества в условиях повсеместного распространения глобальных коммуникационных сетей. Одной из основных проблем обозначена необходимость создания адаптивных интерфейсов, позволяющих людям более эффективно взаимодействовать друг с другом посредством новых устройств и технических систем.

Полный текст статьи:
http://www.slideshare.net/slideshow/embed_code/40055425