《认知神经科学与人机交互的融合:人机交互研究的新趋势》序言

正认知神经科学研究表明,人类所有行为和心理活动都是由神经系统和神经元的功能决定的。人脑庞大的神经网络造就了人类强大的认知能力。近年来,认知神经科学领域的一系列研究成果和研究技术,为人机交互研究提供了一种新的、揭示用户行为背后认知加工机制的方法,扩展了人机交互的研究领域和研究方法,帮助人机交互研究人员探讨和回答了已有研究方法与研究技术无法精确研究的问题,比如用户兴趣波动模式、使用满意度变化规律等。对于人机交互研究的科研人员来说,认知神经科学的相关理论、研究思路和研究方法,可以帮助他们建立基于脑科学的更准确、更强大的人类认知加工功能模型。这些模型可以使研究者通过智能计算来评估人机交互过程并预测用户的交互行为。甚至在未来,认知神经科学的研究思路和方法,还可以帮助人机交互研究人员通过开发与大脑直接接触的脑机接口设备,真正缩小用户与智能外接设备之间的距离。     

用基于平行坐标图的可视化人机交互技术提取EEG信号特征的方法

应用可视化人机交互(HCI)方法进行了脑电图记录(EEG)信号特征提取技术的研究。该研究一方面在脑机接口(BCI)技术领域提出了一种新的特征提取技术方法,同时通过可视化人机交互的专家智慧参与,实现了面向对象领域和面向数据模式识别的有效结合,克服了单一机器学习的局限性。首先介绍了多元图表示的基本理论,然后提出了基于平行坐标图的可视化人机交互技术,接着进行了单通道和多通道EEG信号特征提取的可视化人机交互技术的研究,最后采用第二届国际脑机接口竞赛中的数据集Ⅳ进行了数据实验。实验表明,本文提出的方法的识别结果优于实验数据集国际竞赛最优结果和文献报道中的当前国际最优结果。     

人机结合的研究现状与进展

阐述了脑科学的形成及其多学科融合特点和研究重要性。从人机交互(HCI)和脑机接口(BCI)两个方面,综述了脑科学领域中的以开发仿脑计算机为目的的人机结合技术研究的进展和现状,并介绍了人机结合领域中的重要研究成果。分析了人机结合的研究趋势,指出开发基于脑机接口的人机交互将是下一代人机结合技术的发展方向。     

泛设计领域中的脑电研究现状与发展趋势

目的总结和梳理脑电技术在多个设计领域中的应用与研究现状,归纳其研究范式,探讨未来的发展趋势。方法梳理国内外相关文献和研究案例,对泛设计领域中的脑电研究进行分类总结。重点分析脑电在不同设计领域中的研究特点、脑电信号在不同设计情景下的表现特征以及脑机交互的应用。结论脑电在产品设计、界面设计、广告设计、人机交互和设计思维认知中有广泛的研究和应用。为增加脑电研究的普适性与脑电应用的便易性,需不断增强脑电的抗干扰性、实现非接触式采集以及完善脑认知的理论支撑。建立量化标准、多通道反馈机制和探索更多的应用场景是脑电在泛设计领域研究中的发展趋势。     

多通道人机交互中感觉刺激的模拟方法研究综述

目的 对多通道人机交互中感觉刺激模拟方法的研究现状进行梳理,总结现有研究中的相关技术原理与方法,为后续的相关研究和实践提供参考。方法 利用文献调研和典型案例分析方法,梳理了触觉、嗅觉及味觉三种单通道感觉刺激模拟的相关技术;概述了多通道感觉刺激融合的认知学理论,并以视听触融合、视听嗅融合为例,总结了多通道感觉刺激融合的具体实现方法;介绍了多通道感觉刺激融合在医疗康复、虚拟购物、智能教育等典型场景中的应用。结论 多通道人机交互中感觉刺激的模拟方法研究有望支持低负荷、高效率的新型人机交互方式,甚至带来超越真实的交互体验,具备广泛的应用潜力。     

舰艇船人机交互研究进展

舰艇船系统是一个庞大且复杂的人机系统,对其进行人机交互优化有助于提升船上工作的效率和安全性。本文将从显示界面、控制界面及工作台和环境设计三个方面分析梳理当前舰艇船人机交互设计相关的研究内容,然后简要介绍三类用于人机交互评估的方法,并提出未来舰艇船人机交互领域研究的发展方向。     

EEG-BCI实验范式交互界面设计综述研究

随着人工智能在神经科学和人机交互等领域的深度交叉融合,脑-机接口(BCI)再次引起了国内外智能交互领域学者的关注.目的 为了提高脑-机接口系统效率,运用交互设计思维呈现符合被试心理预期的界面形式,减少被试视觉疲劳,更加高效、准确的获取实验数据.方法 对目前基于事件相关电位(ERP)、视觉稳态诱发电位(SSVEP)和运动想象(MI)等EEG-BCI实验范式的交互界面设计进行了详细地梳理和归纳.结论 通过综述为脑-机接口实验范式设计研究提供参考,改善目前EEG-BCI在交互控制领域的应用局限性,提高BCI系统可用性、易用性.更有助于促进工效学、设计学科、认知神经科学、信息科学等多学科的交叉融合,为基于脑-机交互的人工智能发展提供新方向和新思路.     

智能人机系统的人机融合交互研究综述

目的 对人机融合的研究现状进行了梳理和分析,旨在为智能人机系统研究提供理论支撑.方法 从人机交互和人工智能的概念出发,结合多通道信息融合、人机融合认知决策机制、生理测量和人机融合协作模式等研究,对人机融合和智能人机交互的研究现状、研究热点与趋势进行了分析和归纳.结果 智能机器的信息处理逻辑与人类之间的沟通障碍,抑制了人工智能技术对人机资源整合的工效学意义,人机融合的研究促进了人工智能技术与人机交互的精准合作.结论 智能人机系统中,人、机、物理环境的融合不足是当前学界面临的挑战.人机融合研究应以感知识别、多通道信息融合、认知决策为着力点,帮助机器有效学习、理解、预测人类交互意图,探寻人机对话协作模式的影响要素.人机融合的群体智能对未来人机交互发展有着举足轻重的意义,通过多模态生理融合与自适应的可视化表征机理研究建立认知效率和可视化表征的联系,根据生理指标的变化构建意图空间并指导人机融合协作模式的研究.     

助行康复机器人人机交互设计研究综述

目的对助行康复机器人人机交互设计研究进行归纳整理、综合分析、评述与展望,以期为相关研究提供参考及借鉴。方法以人机交互设计方法为基础,通过文献研究法和定性研究法等对助行康复机器人的分类、人机交互控制策略与人机交互界面设计进行综述。结论指明了按功能、人机运动关联、步态训练区域和结构等助行康复机器人的分类方式与研究现状;归纳总结了三种助行康复机器人的人机交互控制策略的研究进展和研究成果,包括基于人体测量信号的控制策略、基于交互力测量的控制策略和基于机器人测量信号的控制策略;对比研究了助行康复机器人的人机交互硬件界面设计和人机交互软件界面设计,并预测了人机交互界面设计的发展趋势。     

双人协作任务中协作绩效的神经人因学探讨

目的 从神经人因学的视角出发,探讨双人协作任务中协作绩效的神经生理机制及其影响和促进.方法 采用文献调研和分析方法,分别对神经人因学、神经工效、人机交互、脑机接口等不同领域的相关文献进行了分析,首先系统梳理了神经人因学领域中双人协作任务中绩效的研究技术和方法;其次探讨了神经人因学视角下,协作任务中的绩效表现及其神经机制;再次在此基础上探讨了协作绩效的影响因素及如何增强和促进问题;最后总结了下一步神经人因学领域协作绩效研究如何在未来智能人机交互领域应用.结论 神经人因学视角下,双人协作任务中协作绩效的研究有助于理解人机协同作业或人机组队操作中,操作者之间的人际表征对协同、组队操作的影响作用,研究成果可直接应用于协同作业系统的设计和优化,特别是未来智能时代人机组队的设计和优化,满足众多复杂的人机系统协同作业设计的需求,为建立自然高效协同作业的交互模式提供科学依据.     

人工智能背景下的车载人机交互界面设计研究

通过人工智能技术对车辆用户的偏好、状态及环境信息进行分析处理,将在车载交互界面中展示更合理的驾驶建议和更符合用户习惯的车载人机交互界面布局,为用户提供更自然的人机交互体验。分析现有车载人机交互界面和人工智能技术的发展现状,将人工智能技术引入车载人机交互界面中,并对用户进行问卷调查及驾驶行为观察等定量和定性研究,分析用户的驾驶行为与偏好,了解用户在交互方式和界面展示形式等方面的需求,并根据这些需求和人工智能技术的特点提出车载人机交互界面的设计策略。本研究基于人工智能技术的特点和用户研究的结果,提出了车载人机交互界面的交互设计策略——车载人机交互界面应在层级设计、布局设计和信息呈现方面展开优化,以减少用户注意资源的占用。基于此策略,人工智能与车载人机交互界面应自然融合,车载人机交互界面将根据用户偏好和事件优先级进行动态调整。     

复杂系统人机交互中的多任务调度策略综述

目的 随着自动化技术的不断发展,系统的复杂性导致多任务成为人机系统交互中常见的场景,多任务呈现出信息模态的复杂化、任务类型多样化、任务中断普遍化等特点,其中多任务的调度策略对系统的运营安全和绩效起着十分重要作用.通过梳理和总结复杂系统人机交互中的多任务调度策略,旨在解决复杂人机系统在设计、建造、维护过程中的问题.方法 通过对国内外相关文献的回顾,以认知心理学的双任务转换生理机制实验研究为起点,从任务调度策略研究逐步分析延展到中断管理和多任务调度决策的发展过程,着重围绕人机交互过程中的多任务调度行为和任务突显性、优先级、参与感、难度、执行时间等不同属性对任务调度决策的影响,进行了详细梳理和总结.结论 在研究综述和相关文献的基础上指出了既有任务调度策略研究中存在的局限性,并从系统交互设计的角度对将来的人机交互多任务管理研究提出了建议.     

车载智能预警系统中的人机交互

目的 对现有车载智能预警系统中的人机交互有关研究方法、路径和关注点进行分析总结,找出此方向中的进展和薄弱环节。方法 通过智能汽车的发展重要组成部分——车载智能警示系统整体分析目前长足的进步领域,通过回顾分析车载预警系统的交互范式及交互任务,重点分析了预警系统的信息输出通道,从视觉、听觉、嗅觉、触觉/力学等通道分析近几年的研究成果,并对近几年车载预警系统中的人机交互关注点,如工作方式、风险因子处理、人群研究、交互信号、交互行为的主要研究成果和发展趋势进行了总结。结论 目前国内外的车载警示系统的人机交互研究主要集中在对各种驾驶场景下的预警交互策略、预警系统工作机制,风险行为、道路风险的预警研究上,对弱势群体、宏观政策、从复杂情境感知等角度去研究车载智能警示系统的交互策略和方法较少,预警系统中的与用户的交互问题还处于薄弱状态,缺乏体系,关键点上缺乏深度。     

认知老化与老年产品的交互界面设计

目的基于老年用户的人机交互模型与老年群体认知老化的特征,为当前老年产品的界面设计提供可行性的建议。方法通过对老年用户的人机交互模型以及老年群体在感知觉、记忆和情感等认知老化特征进行分析,回顾大量基于认知特性的老年产品界面设计的应用性研究,对老年产品的适老化界面设计进行总结归纳。结论对老年产品的适老化界面设计的总结归纳,有助于老年产品在结构框架层、交互层、设计层方面改进适老化界面设计,为自适应、智能关怀和场景式界面设计提供思路,从而设计出更符合老年用户需求的界面。     

基于文献计量的人机界面中用户体验中外对比研究

目的 对比分析国内外人机界面用户体验研究的异同,总结国内学界目前的研究现状并发现问题。方法 研究中使用WOS与CNKI作为数据来源,通过文献计量学的方法及综合运用CiteSpace 、VOSviewer等软件将文献资料进行可视化分析。结论 国内外人机界面用户体验研究领域文献产出较为一致,都在2019年及之前达到产出高峰,2019年后出现回落趋势。研究主体是与计算机科学、互联网技术等相关的理工科院校。在团队合作方面,国内跨团队的研究相对较少,存在明显的研究壁垒,需要加强研究合作的程度。在总体上呈现出“整体分散、局部集中”的特点。在     

多自由度包装机器人人机交互控制方法

目的 为了在人机交互内容和形式复杂度较高,深度信息获取较为困难的背景下,解决多自由度包装机器人控制存在的控制鲁棒性较差问题,提出新的多自由度包装机器人人机交互控制方法.方法 利用Kinect传感器获取多自由度包装机器人信息,并以此为基础,通过信息熵方法计算人机交互复杂度,构建相应的人机交互控制体系,基于拉格朗日方程建立人机交互动力学模型,完成多自由度包装机器人人机交互信息深度获取;采用自适应模糊控制器控制多自由度包装机器人人机交互流程与界面,实现多自由度包装机器人人机交互的控制.选样六自由度包装机器人为实验对象,确定最佳自由参数,进行人工交互控制仿真实验.结果 实验结果显示,仿真实验中的多自由度包装机器人动作完成率平均值为89.6％,平均包装时间为1.542 min,控制鲁棒性较佳.结论 该控制方法大大提高了机器人控制的鲁棒性,有效提升了包装机器人的包装效率.     

智慧养老领域隐式交互的应用现状及前景

目的对隐式人机交互在智慧养老领域的应用现状进行梳理,分析其特征及发展前景。方法综合梳理智慧养老交互设计研究现状,分析老年群体的生理心理特征及隐式交互理论基础,结合智慧养老领域典型场景中隐式交互的应用现状及相关课题展开讨论。结论总结出智慧养老领域隐式交互的应用特点,包括涉及较多关键性操作、长期监护及个人数据实时自动采集、第三方介入交互、系统平台建设和社会的参与。推断智慧养老领域隐式交互未来发展方向,即在以物联网、大数据、人工智能为依托的智慧养老领域,隐式交互是满足以人为本设计开发的核心部分,它可以通过生物感应、环境识别、数据挖掘、机器学习、协同共创等方式来实现。新技术应用与落地,数据库建设与共享,将是未来应用研究的关键和热点。