Metodologia e strumenti ingegneristici centrati sulla UX per la progettazione dell'HRI in industria

The ongoing fourth industrial revolution, known as Industry 4.0 (I4.0), is characterized by the implementation of emerging technologies to answer to the new market requests (e.g., flexible production and product customization). Among the nine pillars at the base of the I4.0 program, autonomous robots represent a great opportunity to improve the production efficiency and quality, as well as the humans’ work. Robots can be present in smart factories in different ways and interact with humans at different levels (e.g., coexistence, collaboration). For instance, robots can collaborate with humans and perform repetitive or dangerous tasks, allowing operators to focus on more complex and problem-solving aspects of production. However, to properly benefit from robots, it is crucial to include the User eXperience (UX) during the Human-Robot Interaction (HRI) design process. Despite this, currently the HRI field is strongly focused on technical aspects, and a lack of usercentered approaches and practices (i.e., users’ needs and UX at the base of the design decisions) for designing HRI have been identified both in research and practical applications. To fill this gap, the present PhD thesis proposes a structured UX-based methodology and toolkit for HRI design (UX-HRI) that guides designers keeping the focus on the UX during the entire design process and as the basis of technical and functional choices. The proposed tools follow the traditional user-centered design phases (i.e., research, design, prototyping, evaluation) and allow to define and design appropriate interaction modalities for specific HRI scenarios. In particular: the User-Task Matrix and the Experience Map tools facilitate interaction context analysis during the research phase; the HMI Definition Matrix supports the decision of the interface to adopt; the VR-based Prototype allows designing from the user’s point of view; and the VR-based UX Evaluation and UX-HRC Heuristics enable to verify the design's compliance with UX requirements. The UX-HRI methodology and tools have been applied to three industrial use cases, demonstrating their validity and usefulness to easily introduce the UX consideration during the design process and properly satisfy the users’ needs.

La quarta rivoluzione industriale, nota come Industria 4.0 (I4.0), è caratterizzata dall'implementazione di tecnologie emergenti per rispondere alle nuove richieste del mercato, come una produzione flessibile e una maggiore personalizzazione del prodotto. Tra i nove pilastri alla base del programma I4.0, i robot autonomi rappresentano una grande opportunità per migliorare l'efficienza e la qualità della produzione, così come il lavoro degli operatori. I robot possono essere presenti nelle fabbriche intelligenti in diversi modi e interagire con gli operatori a diversi livelli (ad esempio, coesistenza, collaborazione). Per esempio, i robot possono collaborare con gli operatori per eseguire compiti ripetitivi o pericolosi, consentendo ai lavoratori di concentrarsi su aspetti più complessi e di risoluzione dei problemi. Tuttavia, per beneficiare correttamente dei robot, è fondamentale includere la User eXperience (UX) durante il processo di progettazione della Human-Robot Interaction (HRI). Nonostante ciò, attualmente le ricerche e le applicazioni HRI sono fortemente focalizzate su aspetti tecnici, ed è stata individuata una mancanza di approcci e pratiche progettuali centrate sull'utente. Per colmare tale lacuna, la presente tesi di dottorato propone una metodologia strutturata per la progettazione HRI basata sulla UX (UX-HRI), che guida i progettisti mantenendo l'attenzione sulla UX durante l'intero processo di progettazione e alla base delle scelte tecniche e funzionali. Gli strumenti proposti seguono le tradizionali fasi di progettazione centrata sull’utente (ovvero ricerca, progettazione, prototipazione, valutazione) e consentono di definire e progettare modalità di interazione appropriate per specifici scenari HRI. In particolare: la User-Task Matrix e l’Experience Map facilitano l'analisi del contesto di interazione durante la fase di ricerca; l’HMI Definition Matrix supporta la decisione dell'interfaccia da adottare; il VR-based Prototype consente di progettare dal punto di vista dell'utente; e la VR-based UX Evaluation e le UX-HRC Heuristics consentono di verificare la conformità del progetto ai requisiti UX. La metodologia UX-HRI e i suoi strumenti sono stati applicati a tre casi d’uso industriali, dimostrando la loro validità e utilità per introdurre facilmente la considerazione della UX durante il processo di progettazione e soddisfare adeguatamente le esigenze degli utenti.