Supporting young children in ambient intelligence environments

Abstract

Η Διάχυτη Νοημοσύνη (Ambient Intelligence - AmI) αποτελεί το όραμα της κοινωνίας της πληροφορίας του μέλλοντος που απορρέει από την σύγκλιση πανταχού παρόντων υπολογιστικών συστημάτων, της επικοινωνίας και των ευφυών διεπαφών. Πολλές εφαρμογές της Διάχυτης Νοημοσύνης έχουν ως στόχο τη βελτίωση και την υποστήριξη της καθημερινότητας ενός συνόλου ομάδων χρηστών, το οποίο περιλαμβάνει και μη παραδοσιακούς χρήστες διαδραστικών τεχνολογιών όπως είναι τα μικρά παιδιά. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα που προκύπτουν από την εφαρμογή της Διάχυτης Νοημοσύνης για τα μικρά παιδιά δεν έχουν ακόμη εξερευνηθεί σε ικανοποιητικό βαθμό. Η παρούσα διατριβή έχει ως στόχο την δημιουργία ενός περιβάλλοντος Διάχυτης Νοημοσύνης ικανό να υποστηρίξει την ανάπτυξη μικρών παιδιών μέσω του παιχνιδιού. Προκειμένου να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, προτείνεται ένα τεχνολογικό πλαίσιο (framework) για να υποστηρίξει το σχεδιασμό, την ανάπτυξη και υλοποίηση καινοτόμων παιχνιδιών. Τα παιχνίδια αυτά έχουν τη δυνατότητα να παρακολουθούν και να αξιολογούν τις ικανότητες των παιδιών, ενώ παράλληλα εμπλουτίζουν την εμπειρία του παιχνιδιού καθώς προσαρμόζονται συνεχώς σε αυτές. Παράλληλα, οι ανάγκες των παιδιών για δραστηριότητα, άσκηση και ευχαρίστηση καλύπτονται με το βέλτιστο δυνατό τρόπο, ενώ παράλληλα παρέχονται δυνατότητες για την ενίσχυση της δημιουργικότητας. Το προτεινόμενο τεχνολογικό πλαίσιο υποστηρίζει την δημιουργία έξυπνων παιχνιδιών που μοιράζονται μοναδικά χαρακτηριστικά, όπως: α) είναι προσαρμόσιμα στις ικανότητες των παιδιών, β) έχουν την δυνατότητα να δημιουργήσουν κατάλληλους διαύλους επικοινωνίας με τα παιδιά (λεκτικούς ή μη), γ) δίνουν στα παιδιά τον έλεγχο ώστε με την εξάσκηση να μπορούν να παίξουν αυτόνομα, ενισχύοντας τους με αυτόν τον τρόπο την αίσθηση της αυτοπεποίθησης και την ανεξαρτησίας, δ) αυξάνουν το κίνητρο και ε) μειώνουν τον φόβο της αποτυχίας και του λάθους. Προκειμένου να δημιουργηθεί το προτεινόμενο τεχνολογικό πλαίσιο, οι ενδιαφερόμενοι χρήστες (δηλαδή μικρά παιδιά, οι γονείς τους καθώς και οι ειδικοί στην ανάπτυξη του παιδιού) αρχικά προσδιορίστηκαν και εν συνεχεία έγινε η συλλογή και ανάλυση των απαιτήσεών τους. Με αυτόν τον τρόπο έγινε ο ορισμός των λειτουργικών και μη-λειτουργικών απαιτήσεων, επιτρέποντας τον καθορισμό σεναρίων αλληλεπίδρασης στο πλαίσιο ενός περιβάλλοντος Διάχυτης Νοημοσύνης. Αναφορικά με την υλοποίηση του τεχνολογικού πλαισίου, δημιουργήθηκε μια αρχιτεκτονική διεργασιών βασισμένη σε υπηρεσίες (service-oriented architecture) που περιλαμβάνει επιμέρους υποσυστήματα. Τα επιμέρους υποσυστήματα σχεδιάστηκαν και δημιουργήθηκαν λαμβάνοντας υπόψη μια γενικευμένη αρχιτεκτονική, ούτως ώστε να υποστηρίζουν τον ορισμό και την εξαγωγή διαχείρισης γνώσης, εναλλακτικές τεχνικές αλληλεπίδρασης στο πλαίσιο της Διάχυτης Νοημοσύνης, προσωποποίηση και προσαρμογή. Επιπλέον, το προτεινόμενο τεχνολογικό πλαίσιο υποστηρίζει την αυτόματη εξαγωγή γνώσης σχετικά με τις ικανότητες και της συνολικής ανάπτυξης των παιδιών βάση της παρακολούθησης της αλληλεπίδρασης, ούτως ώστε να προσφέρει ενδείξεις που αφορούν την ανάπτυξή τους σε σχέση με το επίπεδο ωριμότητας των ικανοτήτων τους. Με αυτόν τον τρόπο, η παρεχόμενη τεχνολογική υποδομή επιτρέπει την αναγνώριση τυχόν προβλημάτων ανάπτυξης τα οποία χρήζουν περαιτέρω διάγνωσης και έρευνας. Για το σκοπό αυτό, στους γονείς παρέχονται γενικές πληροφορίες, με έναν ευχάριστο και πρακτικό τρόπο, σχετικά με την σωματική και διανοητική ανάπτυξη των παιδιών τους, καθώς και ενδείξεις πιθανών ανώριμων ικανοτήτων. Τέλος, εκτενή δεδομένα χρήσης καθώς και το πλήρες ιστορικό της αλληλεπίδρασης παρέχονται στους ειδικούς στην ανάπτυξη των μικρών παιδιών για το καθορισμό του αν και κατά πόσο το παιδί κατακτά τα ορόσημα ανάπτυξης. Παράλληλα, η τεχνολογική υποδομή χρησιμοποιείται με τη βοήθεια εργοθεραπευτώνούτως ώστε να δημιουργηθούν καινοτόμοι τρόποι εφαρμογής πρωτοπόρας τεχνολογίας στην πράξη. Στο πλαίσιο ενός περιβάλλοντος Διάχυτης Νοημοσύνης, η χρήση του τεχνολογικού πλαισίου στην πράξη επικυρώθηκε με τον σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός συνόλου από επαυξημένα αντικείμενα, τα οποία δρουν ως υλικά και ψηφιακά μέσα για να επιτρέψουν την αλληλεπίδραση των παιδιών με το σύστημα. Τα αντικείμενα αυτά περιλαμβάνουν ένα επαυξημένο παιδικό τραπέζι, μια επαυξημένη καρέκλα, ένα ψηφιακό στυλό, ψηφιακά ζάρια, κοκ. Επιπλέον, αρκετά φυσικά αντικείμενα όπως κομμάτια από παζλ, κάρτες αναγνώρισης, παιχνίδια, κοκ., τα οποία δεν περιλαμβάνουν τεχνολογία, εμπλουτίστηκαν και επαυξήθηκαν χρησιμοποιώντας εργαλεία που προφέρει το τεχνολογικό πλαίσιο. Για την παροχή επαυξημένων διόδων επικοινωνίας, διάφορες εφαρμογές δημιουργήθηκαν, όπως ένας τρισδιάστατος εικονικός χαρακτήρας-συμπαίκτης, ψηφιακές αναπαραστάσεις γνωστών παραδοσιακών παιχνιδιών. Οι εφαρμογές αυτές αποτελούν το απαραίτητο ενδιάμεσο λογισμικό το οποίο φιλοξενεί τις νέες διόδους επικοινωνίας που προτείνονται από την παρούσα διατριβή. Για να υποστηριχθούν οι ανάγκες των επιμέρους ομάδων χρήσης (με βάση τις ορισμένες απαιτήσεις τους) τόσο για τους γονείς όσο και για τους ειδικούς στην ανάπτυξη των μικρών παιδιών αναπτύχθηκαν εφαρμογές διαχείρισης των εφαρμογών και των συστημάτων, περιλαμβάνοντας ποικίλες εφαρμογές διαχείρισης περιεχομένου και παρακολούθησης της αλληλεπίδρασης. Τέλος, το τεχνολογικό πλαίσιο αυτό καθαυτό είναι ένα εργαλείο έτοιμο για χρήση από τους προγραμματιστές οι οποίοι επιθυμούν να αναπτύξουν καινοτόμες εφαρμογές που υποστηρίζουν παιγνιώδη αλληλεπίδραση σε περιβάλλοντα Διάχυτης Νοημοσύνης. Με αυτή την έννοια, το τεχνολογικό πλαίσιο παρέχει ένα σύνολο από εργαλεία για την δημιουργία, τον ορισμό αλληλεπίδρασης, παρακολούθησης και ενσωμάτωσης ευφυών επαυξημένων αντικειμένων ούτως ώστε να μειώσουν κατακόρυφα την απαιτούμενη προσπάθεια υλοποίησης. Το τεχνολογικό πλαίσιο έχει εγκατασταθεί στους χώρους προσομοίωσης του κτιρίου Διάχυτης Νοημοσύνης του ΙΤΕ και αξιολογήθηκε σε δύο φάσεις από παιδιά, γονείς και ειδικούς στην ανάπτυξη των μικρών παιδιών, προκειμένου να αναγνωριστούν πιθανά προβλήματα. Η πρώτη φάση της αξιολόγησης έγινε μετά την υλοποίηση της κύριας τεχνολογικής υποδομής, ώστε να υπάρχει μια πρώτη καταμέτρηση της αποδοχής από τους χρήστες και του εργονομικού σχεδιασμού των αντικειμένων. Συμμετέχοντες στην αξιολόγηση ήταν παιδιά τριών έως έξι ετών. Το δεύτερο στάδιο της αξιολόγησης διεξήχθη μετά την περάτωση του συνόλου του τεχνολογικού πλαισίου, ούτως ώστε να αξιολογηθεί η χρησιμότητά του σε κάθε ομάδα χρήσης. Σε αυτό το στάδιο, η βάση χρηστών της αξιολόγησης διευρύνθηκε, περιλαμβάνοντας παιδιά τριών έως έξι ετών, τους γονείς τους καθώς και ειδικούς στην ανάπτυξη των μικρών παιδιών.