Blending the Material and Digital World for Hybrid Interfaces

The development of digital technologies in the 21st century is progressing continuously and new device classes such as tablets, smartphones or smartwatches are finding their way into our everyday lives. However, this development also poses problems, as these prevailing touch and gestural interfaces often lack tangibility, take little account of haptic qualities and therefore require full attention from their users. Compared to traditional tools and analog interfaces, the human skills to experience and manipulate material in its natural environment and context remain unexploited. To combine the best of both, a key question is how it is possible to blend the material world and digital world to design and realize novel hybrid interfaces in a meaningful way. Research on Tangible User Interfaces (TUIs) investigates the coupling between physical objects and virtual data. In contrast, hybrid interfaces, which specifically aim to digitally enrich analog artifacts of everyday work, have not yet been sufficiently researched and systematically discussed. Therefore, this doctoral thesis rethinks how user interfaces can provide useful digital functionality while maintaining their physical properties and familiar patterns of use in the real world. However, the development of such hybrid interfaces raises overarching research questions about the design: Which kind of physical interfaces are worth exploring? What type of digital enhancement will improve existing interfaces? How can hybrid interfaces retain their physical properties while enabling new digital functions? What are suitable methods to explore different design? And how to support technology-enthusiast users in prototyping? For a systematic investigation, the thesis builds on a design-oriented, exploratory and iterative development process using digital fabrication methods and novel materials. As a main contribution, four specific research projects are presented that apply and discuss different visual and interactive augmentation principles along real-world applications. The applications range from digitally-enhanced paper, interactive cords over visual watch strap extensions to novel prototyping tools for smart garments. While almost all of them integrate visual feedback and haptic input, none of them are built on rigid, rectangular pixel screens or use standard input modalities, as they all aim to reveal new design approaches. The dissertation shows how valuable it can be to rethink familiar, analog applications while thoughtfully extending them digitally. Finally, this thesis’ extensive work of engineering versatile research platforms is accompanied by overarching conceptual work, user evaluations and technical experiments, as well as literature reviews.Die Durchdringung digitaler Technologien im 21. Jahrhundert schreitet stetig voran und neue Geräteklassen wie Tablets, Smartphones oder Smartwatches erobern unseren Alltag. Diese Entwicklung birgt aber auch Probleme, denn die vorherrschenden berührungsempfindlichen Oberflächen berücksichtigen kaum haptische Qualitäten und erfordern daher die volle Aufmerksamkeit ihrer Nutzer:innen. Im Vergleich zu traditionellen Werkzeugen und analogen Schnittstellen bleiben die menschlichen Fähigkeiten ungenutzt, die Umwelt mit allen Sinnen zu begreifen und wahrzunehmen. Um das Beste aus beiden Welten zu vereinen, stellt sich daher die Frage, wie neuartige hybride Schnittstellen sinnvoll gestaltet und realisiert werden können, um die materielle und die digitale Welt zu verschmelzen. In der Forschung zu Tangible User Interfaces (TUIs) wird die Verbindung zwischen physischen Objekten und virtuellen Daten untersucht. Noch nicht ausreichend erforscht wurden hingegen hybride Schnittstellen, die speziell darauf abzielen, physische Gegenstände des Alltags digital zu erweitern und anhand geeigneter Designparameter und Entwurfsräume systematisch zu untersuchen. In dieser Dissertation wird daher untersucht, wie Materialität und Digitalität nahtlos ineinander übergehen können. Es soll erforscht werden, wie künftige Benutzungsschnittstellen nützliche digitale Funktionen bereitstellen können, ohne ihre physischen Eigenschaften und vertrauten Nutzungsmuster in der realen Welt zu verlieren. Die Entwicklung solcher hybriden Ansätze wirft jedoch übergreifende Forschungsfragen zum Design auf: Welche Arten von physischen Schnittstellen sind es wert, betrachtet zu werden? Welche Art von digitaler Erweiterung verbessert das Bestehende? Wie können hybride Konzepte ihre physischen Eigenschaften beibehalten und gleichzeitig neue digitale Funktionen ermöglichen? Was sind geeignete Methoden, um verschiedene Designs zu erforschen? Wie kann man Technologiebegeisterte bei der Erstellung von Prototypen unterstützen? Für eine systematische Untersuchung stützt sich die Arbeit auf einen designorientierten, explorativen und iterativen Entwicklungsprozess unter Verwendung digitaler Fabrikationsmethoden und neuartiger Materialien. Im Hauptteil werden vier Forschungsprojekte vorgestellt, die verschiedene visuelle und interaktive Prinzipien entlang realer Anwendungen diskutieren. Die Szenarien reichen von digital angereichertem Papier, interaktiven Kordeln über visuelle Erweiterungen von Uhrarmbändern bis hin zu neuartigen Prototyping-Tools für intelligente Kleidungsstücke. Um neue Designansätze aufzuzeigen, integrieren nahezu alle visuelles Feedback und haptische Eingaben, um Alternativen zu Standard-Eingabemodalitäten auf starren Pixelbildschirmen zu schaffen. Die Dissertation hat gezeigt, wie wertvoll es sein kann, bekannte, analoge Anwendungen zu überdenken und sie dabei gleichzeitig mit Bedacht digital zu erweitern. Dabei umfasst die vorliegende Arbeit sowohl realisierte technische Forschungsplattformen als auch übergreifende konzeptionelle Arbeiten, Nutzerstudien und technische Experimente sowie die Analyse existierender Forschungsarbeiten

Social sustainability approaches in electronic textiles crafts communities

This paper reports on results from the project WEAR (Wearable technologists Engage with Artists for Responsible innovation), which between 2017-2018 has facilitated sustainable innovation processes in the field of smart textiles and wearable technology. 46 design-technology interdisciplinary projects and start-ups throughout Europe were selected through two Open Calls, and funded to develop creative solutions for a broad range of sustainability challenges within the relevant industries. This paper outlines collaboration between two WEAR teams (KOBA, Touch Craft) as makers and facilitators and their audiences through crafts and practical making of electronic textiles artefacts. In particular, it reports how local community engagement was used to address social cohesion and well-being potential. Findings highlight the importance of quality of interaction, in particular ongoing in-person exchange either between crafter and customer (KOBA) or facilitator and crafts community groups (Touch Craft). It further emerged that social cohesion could contribute to finding solutions to environmental and economical sustainability challenges through boosting local production, made-to-measure and local business development

Застосування Інтернет Речей в Індустрії 4.0

Introduction. Industry 4.0 is a concept that is considered a new phase in the Industrial Revolution, closely related to the application of information technologies and the digital transformation of manufacturing. The main purpose is to be created a more holistic and more connected ecosystem, focused on supply chain management in industrial companies. Implementation of solutions in Industry 4.0 is mostly related to the concept of the Internet of Things (IoT). Mass deployment of this type of technology in industrial enterprises is the basis of the so-called Industrial Internet of Things (IIoT). Achieving interoperability in the IIoT requires the combination of two technologies: the Internet of Things and the Internet of People. Aim and tasks. This article describes the implementation of the concept of the Internet of Things in industrial enterprises, as a key technology factor for developing Industry 4.0. Results. A brief overview of the evolution of industrial production - from the beginning of the Industrial Revolution to the emergence of Industry 4.0 is made. The main principles for implementing Industry 4.0 solutions ensure that the entire production process is computerized. Industry 4.0 solutions are mostly associated with the concept of the Internet of Things (IoT) whose definition and essence are obtained in this article. Based on the various concepts of the IoT are presented solutions that can be used in the industry, namely: in consumer devices in technology used in public organizations in infrastructure applications in industrial applications, also called the Industrial Internet of Things (IIoT). Therefore, we can say that there is a significant potential for improving production processes as regards: optimization of operations, forecasting equipment support, inventory optimization, improving workers' security, shipping chain optimization, etc. Conclusions. The application of the Internet of Things in enterprises is an important and decisive step in the process of their digital transformation and transition to Industry 4.0. The interaction between humans and machines, carried out through Internet technologies, leads to the emergence of the Internet of Everything, which will be a basic concept in industrial production in the coming years. However, the role of man in the production process should not be completely eliminated, but solutions should be sought that support and intellectualize his work.Вступ. Індустрія 4.0 – це концепція, яка вважається новим етапом промислової революції, тісно пов’язаним із застосуванням інформаційних технологій та цифровою трансформацією виробництва. Основна мета полягає у створенні більш цілісної та взаємопозв’язаної екосистеми, орієнтованої на управління ланцюгами поставок у промислових компаніях. Впровадження рішень в Індустрії 4.0 здебільшого пов'язане з концепцією Інтернету речей. Масове впровадження цього типу технологій на промислових підприємствах є основою так званого Індустріального Інтернету Речей. Досягнення сумісності в Індустріальному Інтернет речей вимагає поєднання двох технологій: Інтернету речей та Інтернету людей. Мета і завдання. У цій статті описано реалізацію концепції Інтернету речей на промислових підприємствах як ключового технологічного чинника для розвитку Індустрії 4.0. Результати.  Зроблено короткий огляд еволюції промислового виробництва – від початку промислової революції до виникнення Індустрії 4.0. Основні принципи впровадження рішень Індустрії 4.0 забезпечують комп’ютеризацію всього виробничого процесу. Рішення Індустрії 4.0 здебільшого пов’язані з концепцією Інтернету речей, визначення та суть якої наведено в цій статті. На основі різних концепцій Інтернет речей представлені рішення, які можуть бути використані в галузі, а саме: в споживчих пристроях в технологіях, що використовуються в громадських організаціях, в інфраструктурних додатках в промислових додатках, які також називаються Індустріальним Інтернетом Речей. Тому можна сказати, що існує значний потенціал для вдосконалення виробничих процесів, що стосується: оптимізації операцій, підтримки обладнання для прогнозування, оптимізації запасів, підвищення безпеки працівників, оптимізації ланцюга судноплавства тощо. Висновки. Застосування Інтернету речей на підприємствах є важливим і вирішальним кроком у процесі їх цифрової трансформації та переходу до Індустрії 4.0. Взаємодія між людьми та машинами, що здійснюється за допомогою Інтернет-технологій, призводить до появи Інтернету всього, що буде базовим поняттям у промисловому виробництві в найближчі роки. Однак роль людини у виробничому процесі не слід повністю виключати, а слід шукати рішення, що підтримують та інтелектуалізують його працю