Interfaces humain-machine modulaires: techniques d'interaction et développement.

Modular human-computer interfaces: interaction techniques and development.

• Auteur / Autrice : Ophélie Jobert
• Direction : Céline Coutrix, Julien Bourgeois
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : IIHM - Ingénierie de l'Interaction homme-machine

Mots clés

Mots clés libres

Interaction homme-machine

Interfaces à changement de forme

Développement UI

Human computer interaction

Shape-changing interfaces

UI development

Résumé

Contexte et champ scientifique Les interfaces uitilsateur (UI) à changement de forme sont apparues comme une nouvelle façon d'interagir avec les ordinateurs, en utilisant les changements dynamiques de la forme physique d'un appareil pour l'input et l'output. Le prototypage d'UI à changement de forme, sans parler de leur développement, est un grand défi consensuel dans la communauté de l'interaction homme-machine (IHM) [Alexander et al. 2018]. L'objectif de ce doctorat est d'étudier la matière programmable comme une nouvelle façon de mettre en œuvre des interfaces utilisateur à changement de forme. La matière programmable est définie ici comme un robot modulaire composé d'un très grand nombre de robots autonomes, sphériques et détachables à l'échelle du millimètre qui peuvent se réarranger dans l'espace 3D, permettant autant de formes que la pate à modeler. L'hypothèse de recherche est que la matière programmable peut surmonter les inconvénients des implémentations actuelles d'interfaces à changement de forme, telles que l'actionnement pneumatique [Yao et al. 2013], les écrans à base de tiges [Robinson et al. 2016] et les structures mécaniques [Kim et al. 2018a]. Ces solutions ne permettent pas la modularité ou la porosité de l'interface [Kim et al. 2018b]. Au contraire, la matière programmable permet d'atteindre ces formes. Si des travaux antérieurs en IHM ont introduit la robotique modulaire, ils se sont limités à une visualisation 2D faite de robots mobiles se déplaçant sur une table [Le Goc et al. 2016]. Pour atteindre l'objectif, il est prévu de s'appuyer sur une méthodologie centrée utilisateur, autour de deux tâches principales : les techniques d'interaction et l'architecture logicielle. Sujet de thèse Ce travail se concentre sur les techniques d'interaction tirant parti de la modularité et/ou de la porosité de l'interface, et sur leur développement dans des IU distribuées. Techniques d'interaction : À un haut niveau d'abstraction, le travail consistera à identifier, par le biais de scénarios des études connexes sur les interfaces à changement de forme, les nouvelles possibilités d'interaction permises par les interfaces dynamiquement reconfigurables (par exemple, la fusion ou la rupture de groupes de modules physiques). Les techniques d'interaction proposées seront prototypées à l'aide d'une nouvelle architecture d'interface utilisateur. Architecture logicielle : À un faible niveau d'abstraction, l'objectif est d'implémenter les bases d'architectures d'interface utilisateur adaptées aux interfaces à changement de forme moléculaire. La répartition des événements utilisateurs est actuellement centralisée. L'approche de recherche, en étroite collaboration avec des roboticiens, consiste d'abord à identifier et à rassembler les problèmes et les contraintes qui auraient un impact sur le développement d'applications utilisant l'approche standard de l'interface utilisateur. Ces observations seront ensuite utilisées pour évaluer dans quelle mesure notre représentation actuelle de l'architecture des applications doit changer et pour proposer des solutions adéquates. Les techniques d'interaction serviront à évaluer l'impact sur l'architecture de l'interface utilisateur et à notifier les solutions proposées.

Context and Scientific field Shape-changing user interfaces (UI) have emerged as a new way to interact with computers, using dynamic changes in a device's physical shape for input and output. The prototyping of shape-changing UI, let alone their development, is a consensual grand challenge in the Human-Computer Interaction (HCI) community [Alexander et al. 2018]. The objective of the PhD is to study programmable matter as a new way to implement shape-changing user interfaces. Programmable matter is defined here as a modular robot composed of a huge number of mm-scale, stand-alone, spherical and detachable robots that can rearrange themselves in the 3D space, allowing for as many shapes as play-doh. The research hypothesis is that programmable matter can overcome the drawbacks of current implementations of shape-changing interfaces such as pneumatic actuation [Yao et al. 2013], rod-based displays [Robinson et al. 2016] and mechanical structures [Kim et al. 2018a]. These solutions do not allow the modularity or the porosity of the interface [Kim et al. 2018b]. On the contrary, programmable matter allows reaching these shapes. While previous work in HCI has introduced modular robotics, it has been limited to 2D display made of mobile robots moving on a table [Le Goc et al. 2016]. To reach the objective, the plan is to rely on a user-centered methodology, around two main tasks: interaction techniques and software architecture. PhD topic This work focuses on interaction techniques leveraging the modularity and/or porosity of the interface, and their development in distributed UIs. Interaction techniques : At a high level of abstraction, the work will be identify, through scenarios of the related studies on shape-changing interfaces, the new interaction possibilities enabled by dynamically reconfigurable interfaces (e.g., merging or breaking groups of physical modules). The proposed interaction techniques will be prototyped using a new UI architecture. Software architecture : At a low level of abstraction, the goal is to layout the foundations of UI architectures suited for molecular shape-changing interfaces. The dispatch of users' events is currently centralized. The research approach, in close collaboration with roboticists, consists of first identifying and gathering the problems and constraints that would impact the development of applications using standard UI approach. These observations will then be used, to assess how drastically our current representation of application architecture has to change and to propose adequate solutions. Interaction techniques will serve to assess how these would impact UI architecture and inform the proposed solutions.