Interacción entre Humanos y Computadoras: Tendencias Actuales y Futuras

Introducción del Editor Invitado • Paolo Montuschi, Andrea Sanna, Fabrizio Lamberti, and Gianluca Paravati • Septiembre 2014

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La Interacción entre Humanos y Computadoras, (HCI) (Human-Computer Interacton) es un área de investigación multidisciplinaria enfocada en las modalidades de interacción entre humanos y computadoras, algunas veces se utiliza el término más genérico de Interface Humano Maquina, (HMI), para referirse a la interface de usuario en un sistema de manufactura o de control de procesos. En otras palabras, la disciplina HCI investiga y trata todos los aspectos relacionados con el diseño y la implementación de las interfaces entre los humanos y las computadoras. Dada la naturaleza y objetivos, la HCI en forma innata involucra múltiples disciplinas relacionadas con la ciencia d la computación, (procesamiento de imágenes, visión computarizada, lenguajes de programación y otras similares), así como disciplinas relacionadas con las ciencias humanas (ergonomía, factores humanos, psicología cognitiva, y otras similares). La investigación sobre HCI primariamente concierne al diseño, implementación y especificación de nuevas interfaces para mejorar la interacción entre humanos y máquinas. El término mejora puede quedar relacionado con diferentes aspectos, incluyendo lo intuitivo en el uso, así como la robustez de una interface.

Una interface natural, intuitiva, eficiente, robusta y configurable puede reducir fuertemente el espacio entre los modelos mentales humanos y la forma en que las computadoras, máquinas o robots, desarrollan sus tareas. Sin embargo estudios sobre HCI, que se remontan a 1975 y avances tecnológicos recientes en electrónica de consumo han abierto nuevos escenarios excitantes: gestos, posturas corporales t de manos, vocalizaciones y miradas son solo algunas de los nuevos modos de interacción que se pueden utilizar para diseñar interfaces de usuario naturales (NUIs).

La edición de Septiembre de Computing Now se enfoca en la evolución actual de las interacciones hombre-máquina y en los grandes beneficios potenciales que representan las tecnologías HCI

¿Porqué el HCI está jugando un rol clave en el Desarrollo de las TIC?

En el inicio de la ciencia de la computación, los diseñadores y desarrolladores le prestaron mucha menor atención a la problemática de hacer que el hardware y los productos de software fueran utilizables, o 'amigables al usuario.' Así lo requerimientos provenientes desde un creciente conjunto de usuarios para el uso simple de dispositivos eventualmente captaron la atención de los investigadores bajo la denominación de usabilidad.

La Organización Internacional de Normalización (ISO) International Standards Organization, define a la usabilidad como 'la extensión por el cual un producto puede ser utilizado por usuarios específicos para alcanzar objetivos específicos con eficacia, eficiencia y satisfacción en un contexto especificado de uso' Entonces, la usabilidad define un conjunto de criterios tales como eficiencia, seguridad y utilidad, los cuales están relacionados principalmente con los sistemas de computación.

Otro concepto importante quedo asociado con la usabilidad a partir de mediados la década de 1990. La Experiencia del Usuario (UX) se enfoca principalmente en parámetros relacionados con la satisfacción del usuario, la atractivo y emocionalmente satisfactorio y el atractivo estético para el usuario. El concepto de UX se ha extendido y definido mejor en algunas áreas de investigación. Por ejemplo, los diseñadores de interfaces de web a menudo impulsan el Panal de Experiencia del Usuario User Experience Honeycomb para identificar las prioridades en la fase de diseño. Las siete celdas del panal representan a los parámetros que deben ser balanceados cuidadosamente para proporcionar a los usuarios una experiencia de calidad (QoE) satisfactoria, al asegurar que la interface es: útil, utilizable, deseable, encontrable, accesible, creíble y valuable.

La compresión de los modelos mentales humanos es otro aspecto importante en la HCI. Los usuarios aprenden y guardan conocimiento y habilidades en formas diferentes, a menudo influenciados por su edad así como por factores culturales y sociales del contexto. De esta forma los estudios de HCI apuntan a cerrar los huecos entre los usuarios y las nuevas tecnologías, (las cuales actualmente se producen más rápidamente que en el pasado). Formas naturales eficientes y efectivas de HCI pueden reducir el nivel de las habilidades necesarias para utilizar dispositivos complejos; con lo cual se pueden reducir las desigualdades potenciales entre las personas al ayudarlos a solucionar algún problema relacionado con la 'frontera digital" — la separación entre aquellos que poseen acceso a las tecnologías TIC digitales y las habilidades necesarias para utilizarlas; y aquellos que ni tienen acceso a tales tecnologías ni poseen tales habilidades.

Nuevas Tendencias y Oportunidades.

Desde hace muchos años los humanos han enviado comandos a las 'maquinas," principalmente, por medio del paradigma de teclado y mouse, también conocido por WIMP (Windows Icon Menus Print and Click Devices). Aquí el término maquina se utiliza en su amplio espectro: Adicionalmente a los dispositivos de apuntan y seleccionar que usualmente están vinculados a las computadoras; utilizamos un tipo de teclado para discar números en un teléfono e interactuar con la TV, para seleccionar un amplio rango de funciones en el tablero de un automóvil y en muchas otras actividades que emplean la modalidad de interacción basada en un teclado. En la mayoría de los casos, la salida de la maquina hacia el usuario se basa en un dispositivo de pantalla, tal como un monitor.

Como lo ha previsto Andy van Dam, en su visionaria ponencia en el primer número del Nuevo siglo de IEEE Computer Graphics & Applications' las interfaces post WINP no solo sacaran ventaja de otros de nuestros sentidos sino que además incrementaran la forma natural en la que interactuamos con nuestro ambiente y con otros humanos"

Muchos sensores de bajo costo han comenzado a impactar la forma en que la gente interactúa con sus dispositivos. Las pantallas sensibles y multisensibles han impulsado el cambio en los teléfonos celulares, los teléfonos inteligentes y los gestos están ahora siendo la modalidad de mayor interacción para activar funciones en dispositivos personales. Al mismo tiempo las tecnologías de reconocimiento de la voz y el incremento de la potencia computacional de las CPU les permite a los usuarios proporcionar entradas efectivamente cuando no pueden desarrollar los gestos.

Los dispositivos personales son el ejemplo más evidente de como las nuevas formas de HCI pueden reducir la brecha entre los modelos mentales de los humanos y la tecnología. Un mercado que ha liderado esta profunda innovación en HCI es el de entretenimiento. Con los usuarios preguntándoles a los fabricantes de dispositivos de juegos por nuevas formas de controlar a los caracteres, los desarrolladores de las consolas de juegos han propuesto controladores para liberar a los jugadores de las restricciones de utilizar un teclado y un mouse. Las nuevas interfaces se transformar en un medio para proveer respuestas táctiles así como para actuar por un conjunto de interfaces tangibles (el controlador se transforma en un volante, un arma, o una raqueta de tenis, por ejemplo).

Los sensores, tales como el Microsoft Kinect representan un paso adicional hacia la implementación de interfaces completamente naturales en donde el cuerpo humano se transforme en el controlador. El dispositivo le permite a los usuarios proporcionar comandos a la maquina por medio de gestos y posturas corporales tal como el hardware incluido desarrolla un procesamiento en tiempo real de los datos de base desde una cámara que obtiene un esquema del esqueleto humano conformado por un conjunto de huesos y junturas. Al reconocer la posición y orientación de los huesos le permite al hardware identificar las posturas y gestos, los cuales puede ser mapeados con comandos para controlar la maquina.

Los investigadores han propuesto también sensores que pueden realizar el seguimiento de las manos de un usuario. Por ejemplo el Leap Motion puede realizar un seguimiento interactivo de las manos de un usuario al identificar la posición de los dedos y del centro de la palma, y luego computar las junturas de los dedos utilizando un resolvedor cinemático inverso. Algunos fabricantes de automóviles están proponiendo actualmente una alternativa de seguimiento de manos como modalidad de interacción en reemplazo de las pantallas táctiles tradicionales dirigidas a la gestión de las funciones de información y entretenimiento. En forma similar algunos televisores inteligentes le permiten el control a los usuarios por medio de gestos, con lo cual se puede reemplazar el control remoto tradicional.

Los escenarios mencionados solo podían encontrarse en las películas de ciencia ficción, hace solo unos años atrás, pero ahora están presenten en la realidad de la HCI. Por otra parte nuevos e intrigantes escenarios aparecen como inminentes. Tales como interfaces cerebrales que parecen adecuadas para invertir la relación entre los humanos y las maquinas. El éxito de este nuevo paradigma de interacción descansa en avances tecnológicos futuros, que apuntan a transformar los dispositivos de interfaces en objetos usables y embebidos. Las interfaces basadas en tecnologías de realidad aumentada (AR), son ejemplos claros de esta transformación. Muchas aplicaciones para turismo, entretenimiento, mantenimiento, compras y redes sociales, ya están disponibles para los dispositivos personales pero nuevos sensores usables podrían pronto cambiar nuestros hábitos. Google Glass será promocionado (masivamente) en el futuro cercano y nuevos campos de aplicación se proponen diariamente. La interacción Humano-computadora y la integración humano-maquina están condenadas a transformarse en conceptos similares, y ciertamente, las soluciones del estilo de Google Glass pueden pronto ser reemplazadas por lentes de contacto que implementen interfaces basadas en el uso natural del ojo.

Nuevas formas de HCI pueden cambiar significativamente nuestras vidas. Nuevos paradigmas de interacción ofrecen el cambio para la mejora de la calidad de vida para la gente que no puede sacarle ventaja a las interfaces actuales, debido a limitaciones físicas, por ejemplo. Por otra parte, nuevos problemas aparecerán, particularmente relacionados con la privacidad, la seguridad y la ética, lo cual puede potencialmente enlentecer la difusión de los nuevos productos de hardware y software basados en dispositivos usables (e invisibles). Sin embargo, algunos investigadores ya han investigado relaciones entre el diseño de interfaces y las cuestiones legales y de privacidad; las legislaciones nacionales son heterogéneas y aun no están listas para afrontar a los avances actuales y futuros de la HCI.

Artículos Temáticos

Para el primer articulo del tema de este mes hemos seleccionado "Tecnologías Gestuales: Desplazando a las Interfaces en una Nueva Dirección," en el cual su autor Lee Garber examina la evolución de las interfaces basadas en gestos con un enfoque en las tendencias de las tecnologías futuras. Al detectar el cuerpo, las manos, y los ojos. Los investigadores han desarrollado formas para utilizar las posturas, los gestos y las expresiones para controlar dispositivos. El artículo también investiga los desafíos relacionados con las interfaces gestuales, especialmente vinculadas con las usabilidad y la robustez.

En el articulo "El Camino hacia las Interfaces Conversacionales con Voz Natural," Charles L Ortiz discute los desafíos de la implementación efectiva de interfaces vocales. Una vez más la eficiencia y la robustez juegan roles centrales en la adopción, particularmente vinculados con la identificación tanto de las representaciones del contexto como de la semántica del significado, los cuales son cruciales para la interpretación correcta de las sentencias del lenguaje natural.

La identificación del contexto esta a menudo relacionada con los estados afectivos de las personas, las emociones pueden afectar profundamente la forma en que interactuamos con otras personas, así como con los dispositivos. En el artículo de Sidney K D"Mello y sus colaboradores "Percepción Humana Natural Unimodal y Multimodal de los Estados Afectivos No Primarios durante las Interacciones entre Humanos y Computadoras" se presenta un estudio pormenorizado sobre los estados afectivos durante la HCI. Los autores se enfocan en la detección de afectos multimodales los cuales miden los estados de las personas por medio de un conjunto de parámetros, estado neutro, tedio, confusión, compromiso y frustración; cuando se suministran estímulos unimodales o multimodales. El artículo considera los diferentes impactos de las emociones humanas cuando uno (unimodal), dos (bimodal) o más que dos (multimodales) estímulos, (ya sean olfativos, visuales o auditivos) se producen. A partir de esto una interface se puede diseñar para estimular a los usuarios en formas diferentes, el estudio de las emociones percibidas juega un role central en la investigación del HCI.

Para un buen ejemplo de como la HCI puede colaborar en la superación de las limitaciones físicas o mentales pasamos al articulo de "Haptic-Assisted Target Acquisition in a Visual Point-and-Click Task for Computer Users with Motion Impairments." cuyos autores Christopher Asque, Andy Day, y Stephen Laycock presentan una interface haptica que puede soportar a personas con impedimentos de movimiento de forma de que puedan lograr desarrollar tareas de apuntado y selección (point and click), con lo cual se mejora la accesibilidad al software de una computadora.

El artículo final se enfoca en la modalidad bien conocida de interacción de toque múltiple. En el artículo "Comprendiendo las Interacciones de Lapicera y Toque para la Exploración de Datos en Pizarras Interactivas," Jagoda Walny y sus colaboradores han investigado como las soluciones de lapicera y toque pueden solucionar los problemas con múltiples niveles de indirecciones, (implementados por menees, cajas y paneles). El artículo describe una interface basada en toque para pizarras interactivas que se aplican al dominio de información de visualización (InfoVis), en el cual los usuarios son invitados a interactuar con tres tipos de gráficos en un formato sin modos ni botones predefinidos.

Estos artículos temáticos resaltan solo algunas de las actuales corrientes de investigación en el campo. Si está buscando por investigaciones adicionales sobre otros campos relevantes de las áreas de aplicación para la HCI, podría considerar algunas ediciones especiales publicadas por las revistas y transacciones de la IEEE Computer Society. Por ejemplo la IEEE Transactions on Affective Computing recientemente ha publicado un numero especial enfocado en interfaces afectivas para juegos y en la IEEE Computer Graphics & Applications se consideran displays interactivos en su edición de Marzo-Abril de 2013, y el número de Abril de 2012 de Computer ha resaltado los nuevos paradigmas en HCI.

Perspectivas de la Industria

Este mes también tenemos un video sobre la Perspectiva de la Industria de Ivan Tashey de Microsoft, quien presenta las tendencias en NUIs con especial enfoque en interfaces inteligentes de audio que pueden identificar a los hablantes y adaptar las interacciones entre humanos y maquinas.

Las oportunidades de la HCI son enormes. El progreso hacia interfaces más naturales y utilizables para la interacción hombre maquina pueden ayudar con ventajas incalculables y puede cambiar profundamente la vida diaria. Los invitamos a profundizar en el manto de posibilidades iniciando con los artículos incluidos en el tema de este mes.

 

Cita

P Montuschi, A Sanna, F Lamberti, and G Paravati, "Human-Computer Interaction: Present and Future Trends," Computing Now, vol. 7, no. 9, September 2014, IEEE Computer Society [online]; http://www.computer.org/web/computingnow/archive/september2014.

Paolo Montuschi

Paolo Montuschi es profesor de ingeniería de computación en la Universidad Politécnica de Turín, Italia. Sus intereses de investigación incluyen a la aritmética y arquitectura computacional, los gráficos por computadora, las publicaciones electrónicas y los nuevos marcos para la diseminación de conocimiento científico. Montuschi es miembro Fellow del IEEE y un miembro Golden Core de la IEEE Computer Society y ha sido Director de la Comité de Operaciones de Publicaciones de la Computer Society y editor asociado en jefe de los IEEE Transactions on Computer y es miembro tanto del comité del IEEE Transactions on Emerging Topics como comité de consejo de Computing Now. También es miembro del Comité de Productos y Servicios de Publicaciones del IEEE. Puede visitar su página personal en http://staff.polito.it/paolo.montuschi y lo puede contactar en paolo.montuschi@polito.it.

 

Andrea Sanna

Andrea Sanna es profesor asociado en la Universidad Politécnica de Turin. Ha publicado diversas ponencias en el área de los gráficos por computadora, realidad virtual, computación paralela y distribuida, visualización científica y geometría computacional. Actualmente Sanna está involucrado en varios proyectos nacionales e internacionales relativos a arquitecturas distribuidas e interacción entre humanos y computadoras. Es un Miembro Senior del ACM y actúa como revisor de múltiples conferencias y journales. Puede visitar su página personal en http://sanna.polito.it y lo puede contactar en andrea.sanna@polito.it.

 

Fabrizio Lamberti

Fabrizio Lamberti es profesor asistente en la Universidad Politécnica de Turín. Sus intereses de investigación abarcan a la inteligencia computacional, el procesamiento semántico, la computación distribuida, la interacción por computadora, los gráficos computacionales y la visualización. Lamberti es Miembro Senior de la IEEE y de la IEEE Computer Society. Ha publicado más de 90 ponencias en publicaciones con revisores por pares. Puede ver su página personal en http://staff.polito.it/fabrizio.lambertiy lo puede contactar en fabrizio.lamberti@polito.it.

 

Gianluca Paravati

Gianluca Paravati es profesor asistente en la Universidad Politécnica de Turín. Sus intereses de investigación abarcan a la inteligencia computacional, el procesamiento semántico, la computación distribuida, la interacción por computadora, los gráficos computacionales y la visualización. Lamberti es Miembro Senior de la IEEE y de la IEEE Computer Society. Ha publicado más de 90 ponencias en publicaciones con revisores por pares. Se lo puede contactar e gianluca.paravati@polito.it.