Modélisation et simulation du comportement humain pour des jumeaux numériques centrés sur l'humain

Modeling and Simulation of Human Behavior for Human-Centric Digital Twins

• Auteur / Autrice : Victor Lavairye
• Direction : François Terrier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration de systèmes et de technologies
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation du comportement humain

Jumeaux numériques

Simulation

Simulation

Human Behavior Modeling

Digital Twins

Résumé

Grâce à une représentation virtuelle synchronisée, les jumeaux numériques sont un moyen pour produire des analyses, prédictions et optimisations de systèmes du monde réel. Or certains de ces systèmes interagissent étroitement avec les humains de sorte que le rôle de ces derniers est déterminant dans le fonctionnement du système. C'est par exemple le cas dans des contextes comme l'industrie 5.0 ou la gestion du pilotage de systèmes critiques, où la qualité de la collaboration entre les humains et les machines dépendra de l'anticipation de leurs actions, interactions et décisions respectives. Ainsi, pour améliorer la précision des prédictions et étendre l'applicabilité dans divers domaines, il est nécessaire, en s'appuyant sur les connaissances issues des sciences humaines et sociales, de développer des jumeaux numériques qui prennent en compte la complexité et la richesse des comportements humains (processus décisionnels, interactions, émotions…). Ces modèles comportementaux pourront notamment s'appuyer sur l'apprentissage automatique, l'exploration de données, la modélisation basée sur des agents et l'ingénierie des connaissances. Après avoir identifié les modèles de comportements humains utiles, il s'agira d'étudier leur articulation conceptuelle et leur intégration technique avec les modèles des entités cyber-physiques dans le système de jumeau numérique. De plus, nous explorerons comment les services de jumeaux numériques sont impactés et peuvent être révisés pour prendre en compte ces aspects centrés sur l'humain. Enfin, nous évaluerons l'efficacité des jumeaux numériques centrés sur l'humain dans diverses applications en mettant en œuvre des expériences sur des cas réels représentatifs. Ce travail de recherche ambitionne les contributions suivantes : • Le développement d'une approche basée sur des modèles de comportement humain pour obtenir des jumeaux numériques centrés sur l'humain. • Des connaissances nouvelles sur l'impact du comportement humain sur le contrôle d'un système et inversement. • Des applications pratiques et des recommandations sur l'usage de jumeaux numériques centrés sur l'humain dans des scénarios du monde réel.

Thanks to synchronized virtual representation, digital twins are a means to produce analyses, predictions and optimizations of real-world systems. However, some of these systems tightly engage with humans so that the role of the latter is determining in the system's operation. This is for example the case in contexts such as industry 5.0 or the management of the control of critical systems, where the quality of collaboration between humans and machines will depend on the anticipation of their respective actions, interactions and decisions. Thus, to improve the accuracy of predictions and expand the applicability in various fields, it is necessary, based on knowledge from the human and social sciences, to develop digital twins that account for the complexity and richness of human behaviors (decision-making processes, interactions, emotions, etc.). These behavioral models may notably rely on machine learning, data mining, agent-based modeling and knowledge engineering. After having identified the useful human behavior models, we will study their conceptual articulation and their technical integration with the models of cyber-physical entities in the digital twin system. Additionally, we will explore how digital twin services are impacted and can be revised to account for these human-centric aspects. Finally, we will evaluate the effectiveness of human-centric digital twins in various applications by implementing experiments on representative real cases. This research work aims to make the following contributions: • The development of an approach based on human behavior models to achieve human-centric digital twins. • New knowledge on the impact of human behavior on the control of a system and vice versa. • Practical applications and guidelines for using human-centric digital twins in real-world scenarios.