Un Simulador Web para aprender las preferencias y necesidades del humano en sistemas human-in-the-loop

Abstract

[ES] Los sistemas autónomos pueden reducir de forma importante la carga de trabajo de los humanos. Sin embargo, no todos los sistemas pueden realizar todas las tareas de forma completamente autónoma, por lo que en muchas ocasiones es necesario que el humano ayude a completar su funcionalidad ( human-in-the-loop ). A los sistemas con participación del humano los llamamos sistemas HiL. Cuando se diseñan sistemas HiL un aspecto clave es realizar un diseño adecuado de cómo se va a realizar el trabajo colaborativo entre humano y sistema. Esto significa fundamentalmente especificar cual va ser el trabajo que debe realizar el humano, cual va a ser el trabajo que va a realizar el sistema, cual es el flujo de control entre las actividades que realizan cada uno, y qué interacciones se van a llevar a cabo para establecer la comunicación entre ambos. Esta tarea no es sencilla y requiere conocer las necesidades y preferencias de los usuarios. Esto es especialmente importante en los sistemas HiL para conseguir una colaboración entre el sistema y el usuario capaz de involucrar al humano de forma adecuada ante situaciones donde no es posible alcanzar la autonomía, procurando garantizar una correcta integración humano-sistema. Imaginemos un robot que transporta mercancías en un almacén. Este robot tiene que realizar algunas tareas, como la carga y descarga, en colaboración con el humano. Si la forma de cooperación para la carga y descarga no se adecúa a la forma de trabajar del humano (por ejemplo, el robot le pide realizar una carga al humano cuando este está ocupado) o no consigue comunicarse de forma eficiente con él (por ejemplo, el humano no sabe si el robot está o no preparado para cargar), el humano puede cometer errores durante la carga o descarga, o incluso no aceptar el robot como colaborador de trabajo.

Establecer estas necesidades y preferencias no siempre es posible cuando se aborda el diseño de sistemas HiL, lo que origina sistemas que no consiguen una adecuada participación del humano y conducen a una mala experiencia de usuario. El presente TFM propone la construcción de un simulador de soluciones HiL para que los usuarios puedan probar las soluciones antes de ser implementadas, se recoja el feedback de estos usuarios y se analice de forma automática para mejorar los diseños. El simulador propuesto es un simulador genérico que se configurará de forma fácil para cada solución HiL concreta. Este simulador se desarrollará como una aplicación web, de forma que pueda ser probado por un gran número de usuarios. El feedback de estos usuarios se almacenará en la nube y posteriormente se analizará a través de herramientas de análisis automáticas. Estas herramientas procesarán los datos y proporcionarán informes que ayuden a identificar las necesidades y preferencias de los usuarios y a partir de ellas mejorar los diseños. Los nuevos diseños conllevarán la modificación del simulador, y la vuelta al ciclo de prueba.

[EN] Autonomous systems can significantly reduce the workload of humans. However, not all systems can perform all tasks completely autonomously, so in many cases it is necessary for humans to help complete their functionality (`human-in-the-loop¿). We call systems with human participation HiL systems. When designing HiL systems, a key aspect is to make an adequate design of how the collaborative work between human and system is going to be carried out. This fundamentally means specifying what work the human must do, what work the system is going to do, what is the control flow between the activities that each one performs, and what interactions are going to be carried out. out to establish communication between the two. This task is not easy and requires knowing the needs and preferences of users. This is especially important in HiL systems to achieve a collaboration between the system and the user capable of involving the human in an adequate way in situations where autonomy is not possible, trying to guarantee a correct human-system integration. Let's imagine a robot that transports goods in a warehouse. This robot has to perform some tasks, such as loading and unloading, in collaboration with the human. If the form of cooperation for loading and unloading does not suit the way of working of the human (for example, the robot asks the human to carry out a load when he is busy) or does not manage to communicate efficiently with him (for example , the human does not know whether or not the robot is ready to load), the human may make mistakes during loading or unloading, or even not accept the robot as a work partner.

Establishing these needs and preferences is not always possible when approaching HiL system design, leading to systems that do not get adequate human participation and lead to poor user experience. This TFM proposes the construction of a HiL solutions simulator so that users can test the solutions before being implemented, collect feedback from these users and automatically analyze it to improve designs. The proposed simulator is a generic simulator that will be easily configured for each specific HiL solution. This simulator will be developed as a web application, so that it can be tested by a large number of users. The feedback from these users will be stored in the cloud and subsequently analyzed through automatic analysis tools. These tools will process the data and provide reports that help identify the needs and preferences of users and, based on them, improve the designs. The new designs will entail modifying the simulator, and a return to the test cycle.