Application of advanced technology to space automation

Automated operations in space provide the key to optimized mission design and data acquisition at minimum cost for the future. The results of this study strongly accentuate this statement and should provide further incentive for immediate development of specific automtion technology as defined herein. Essential automation technology requirements were identified for future programs. The study was undertaken to address the future role of automation in the space program, the potential benefits to be derived, and the technology efforts that should be directed toward obtaining these benefits

The NASA SBIR product catalog

The purpose of this catalog is to assist small business firms in making the community aware of products emerging from their efforts in the Small Business Innovation Research (SBIR) program. It contains descriptions of some products that have advanced into Phase 3 and others that are identified as prospective products. Both lists of products in this catalog are based on information supplied by NASA SBIR contractors in responding to an invitation to be represented in this document. Generally, all products suggested by the small firms were included in order to meet the goals of information exchange for SBIR results. Of the 444 SBIR contractors NASA queried, 137 provided information on 219 products. The catalog presents the product information in the technology areas listed in the table of contents. Within each area, the products are listed in alphabetical order by product name and are given identifying numbers. Also included is an alphabetical listing of the companies that have products described. This listing cross-references the product list and provides information on the business activity of each firm. In addition, there are three indexes: one a list of firms by states, one that lists the products according to NASA Centers that managed the SBIR projects, and one that lists the products by the relevant Technical Topics utilized in NASA's annual program solicitation under which each SBIR project was selected

The cockpit for the 21st century

Interactive surfaces are a growing trend in many domains. As one possible manifestation of Mark Weiser’s vision of ubiquitous and disappearing computers in everywhere objects, we see touchsensitive screens in many kinds of devices, such as smartphones, tablet computers and interactive tabletops. More advanced concepts of these have been an active research topic for many years. This has also influenced automotive cockpit development: concept cars and recent market releases show integrated touchscreens, growing in size. To meet the increasing information and interaction needs, interactive surfaces offer context-dependent functionality in combination with a direct input paradigm. However, interfaces in the car need to be operable while driving. Distraction, especially visual distraction from the driving task, can lead to critical situations if the sum of attentional demand emerging from both primary and secondary task overextends the available resources. So far, a touchscreen requires a lot of visual attention since its flat surface does not provide any haptic feedback. There have been approaches to make direct touch interaction accessible while driving for simple tasks. Outside the automotive domain, for example in office environments, concepts for sophisticated handling of large displays have already been introduced. Moreover, technological advances lead to new characteristics for interactive surfaces by enabling arbitrary surface shapes. In cars, two main characteristics for upcoming interactive surfaces are largeness and shape. On the one hand, spatial extension is not only increasing through larger displays, but also by taking objects in the surrounding into account for interaction. On the other hand, the flatness inherent in current screens can be overcome by upcoming technologies, and interactive surfaces can therefore provide haptically distinguishable surfaces. This thesis describes the systematic exploration of large and shaped interactive surfaces and analyzes their potential for interaction while driving. Therefore, different prototypes for each characteristic have been developed and evaluated in test settings suitable for their maturity level. Those prototypes were used to obtain subjective user feedback and objective data, to investigate effects on driving and glance behavior as well as usability and user experience. As a contribution, this thesis provides an analysis of the development of interactive surfaces in the car. Two characteristics, largeness and shape, are identified that can improve the interaction compared to conventional touchscreens. The presented studies show that large interactive surfaces can provide new and improved ways of interaction both in driver-only and driver-passenger situations. Furthermore, studies indicate a positive effect on visual distraction when additional static haptic feedback is provided by shaped interactive surfaces. Overall, various, non-exclusively applicable, interaction concepts prove the potential of interactive surfaces for the use in automotive cockpits, which is expected to be beneficial also in further environments where visual attention needs to be focused on additional tasks.Der Einsatz von interaktiven Oberflächen weitet sich mehr und mehr auf die unterschiedlichsten Lebensbereiche aus. Damit sind sie eine mögliche Ausprägung von Mark Weisers Vision der allgegenwärtigen Computer, die aus unserer direkten Wahrnehmung verschwinden. Bei einer Vielzahl von technischen Geräten des täglichen Lebens, wie Smartphones, Tablets oder interaktiven Tischen, sind berührungsempfindliche Oberflächen bereits heute in Benutzung. Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher an einer Weiterentwicklung der Technik, um ihre Vorteile auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Interaktion zwischen Mensch und Automobil, nutzbar zu machen. Und das mit Erfolg: Interaktive Benutzeroberflächen werden mittlerweile serienmäßig in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einbau von immer größeren, in das Cockpit integrierten Touchscreens in Konzeptfahrzeuge zeigt, dass sich diese Entwicklung weiter in vollem Gange befindet. Interaktive Oberflächen ermöglichen das flexible Anzeigen von kontextsensitiven Inhalten und machen eine direkte Interaktion mit den Bildschirminhalten möglich. Auf diese Weise erfüllen sie die sich wandelnden Informations- und Interaktionsbedürfnisse in besonderem Maße. Beim Einsatz von Bedienschnittstellen im Fahrzeug ist die gefahrlose Benutzbarkeit während der Fahrt von besonderer Bedeutung. Insbesondere visuelle Ablenkung von der Fahraufgabe kann zu kritischen Situationen führen, wenn Primär- und Sekundäraufgaben mehr als die insgesamt verfügbare Aufmerksamkeit des Fahrers beanspruchen. Herkömmliche Touchscreens stellen dem Fahrer bisher lediglich eine flache Oberfläche bereit, die keinerlei haptische Rückmeldung bietet, weshalb deren Bedienung besonders viel visuelle Aufmerksamkeit erfordert. Verschiedene Ansätze ermöglichen dem Fahrer, direkte Touchinteraktion für einfache Aufgaben während der Fahrt zu nutzen. Außerhalb der Automobilindustrie, zum Beispiel für Büroarbeitsplätze, wurden bereits verschiedene Konzepte für eine komplexere Bedienung großer Bildschirme vorgestellt. Darüber hinaus führt der technologische Fortschritt zu neuen möglichen Ausprägungen interaktiver Oberflächen und erlaubt, diese beliebig zu formen. Für die nächste Generation von interaktiven Oberflächen im Fahrzeug wird vor allem an der Modifikation der Kategorien Größe und Form gearbeitet. Die Bedienschnittstelle wird nicht nur durch größere Bildschirme erweitert, sondern auch dadurch, dass Objekte wie Dekorleisten in die Interaktion einbezogen werden können. Andererseits heben aktuelle Technologieentwicklungen die Restriktion auf flache Oberflächen auf, so dass Touchscreens künftig ertastbare Strukturen aufweisen können. Diese Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung großer und nicht-flacher interaktiver Oberflächen und analysiert ihr Potential für die Interaktion während der Fahrt. Dazu wurden für jede Charakteristik verschiedene Prototypen entwickelt und in Testumgebungen entsprechend ihres Reifegrads evaluiert. Auf diese Weise konnten subjektives Nutzerfeedback und objektive Daten erhoben, und die Effekte auf Fahr- und Blickverhalten sowie Nutzbarkeit untersucht werden. Diese Dissertation leistet den Beitrag einer Analyse der Entwicklung von interaktiven Oberflächen im Automobilbereich. Weiterhin werden die Aspekte Größe und Form untersucht, um mit ihrer Hilfe die Interaktion im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens zu verbessern. Die durchgeführten Studien belegen, dass große Flächen neue und verbesserte Bedienmöglichkeiten bieten können. Außerdem zeigt sich ein positiver Effekt auf die visuelle Ablenkung, wenn zusätzliches statisches, haptisches Feedback durch nicht-flache Oberflächen bereitgestellt wird. Zusammenfassend zeigen verschiedene, untereinander kombinierbare Interaktionskonzepte das Potential interaktiver Oberflächen für den automotiven Einsatz. Zudem können die Ergebnisse auch in anderen Bereichen Anwendung finden, in denen visuelle Aufmerksamkeit für andere Aufgaben benötigt wird

A study of wide angle optical systems for use in visual simulations Final report, 29 Dec. 1964 - 29 Jun. 1965

Wide angle optical pickup systems for generating visual displays for manned space flight simulatio

NASA SBIR product catalog, 1991

This catalog is a partial list of products of NASA SBIR (Small Business Innovation Research) projects that have advanced to some degree into Phase 3. While most of the products evolved from work conducted during SBIR Phase 1 and 2, a few advanced to commercial status solely from Phase 1 activities. The catalog presents information provided to NASA by SBIR contractors who wished to have their products exhibited at Technology 2001, a NASA-sponsored technology transfer conference held in San Jose, California, on December 4, 5, and 6, 1991. The catalog presents the product information in the following technology areas: computer and communication systems; information processing and AI; robotics and automation; signal and image processing; microelectronics; electronic devices and equipment; microwave electronic devices; optical devices and lasers; advanced materials; materials processing; materials testing and NDE; materials instrumentation; aerodynamics and aircraft; fluid mechanics and measurement; heat transfer devices; refrigeration and cryogenics; energy conversion devices; oceanographic instruments; atmosphere monitoring devices; water management; life science instruments; and spacecraft electromechanical systems

The cockpit for the 21st century

Interactive surfaces are a growing trend in many domains. As one possible manifestation of Mark Weiser’s vision of ubiquitous and disappearing computers in everywhere objects, we see touchsensitive screens in many kinds of devices, such as smartphones, tablet computers and interactive tabletops. More advanced concepts of these have been an active research topic for many years. This has also influenced automotive cockpit development: concept cars and recent market releases show integrated touchscreens, growing in size. To meet the increasing information and interaction needs, interactive surfaces offer context-dependent functionality in combination with a direct input paradigm. However, interfaces in the car need to be operable while driving. Distraction, especially visual distraction from the driving task, can lead to critical situations if the sum of attentional demand emerging from both primary and secondary task overextends the available resources. So far, a touchscreen requires a lot of visual attention since its flat surface does not provide any haptic feedback. There have been approaches to make direct touch interaction accessible while driving for simple tasks. Outside the automotive domain, for example in office environments, concepts for sophisticated handling of large displays have already been introduced. Moreover, technological advances lead to new characteristics for interactive surfaces by enabling arbitrary surface shapes. In cars, two main characteristics for upcoming interactive surfaces are largeness and shape. On the one hand, spatial extension is not only increasing through larger displays, but also by taking objects in the surrounding into account for interaction. On the other hand, the flatness inherent in current screens can be overcome by upcoming technologies, and interactive surfaces can therefore provide haptically distinguishable surfaces. This thesis describes the systematic exploration of large and shaped interactive surfaces and analyzes their potential for interaction while driving. Therefore, different prototypes for each characteristic have been developed and evaluated in test settings suitable for their maturity level. Those prototypes were used to obtain subjective user feedback and objective data, to investigate effects on driving and glance behavior as well as usability and user experience. As a contribution, this thesis provides an analysis of the development of interactive surfaces in the car. Two characteristics, largeness and shape, are identified that can improve the interaction compared to conventional touchscreens. The presented studies show that large interactive surfaces can provide new and improved ways of interaction both in driver-only and driver-passenger situations. Furthermore, studies indicate a positive effect on visual distraction when additional static haptic feedback is provided by shaped interactive surfaces. Overall, various, non-exclusively applicable, interaction concepts prove the potential of interactive surfaces for the use in automotive cockpits, which is expected to be beneficial also in further environments where visual attention needs to be focused on additional tasks.Der Einsatz von interaktiven Oberflächen weitet sich mehr und mehr auf die unterschiedlichsten Lebensbereiche aus. Damit sind sie eine mögliche Ausprägung von Mark Weisers Vision der allgegenwärtigen Computer, die aus unserer direkten Wahrnehmung verschwinden. Bei einer Vielzahl von technischen Geräten des täglichen Lebens, wie Smartphones, Tablets oder interaktiven Tischen, sind berührungsempfindliche Oberflächen bereits heute in Benutzung. Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher an einer Weiterentwicklung der Technik, um ihre Vorteile auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Interaktion zwischen Mensch und Automobil, nutzbar zu machen. Und das mit Erfolg: Interaktive Benutzeroberflächen werden mittlerweile serienmäßig in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einbau von immer größeren, in das Cockpit integrierten Touchscreens in Konzeptfahrzeuge zeigt, dass sich diese Entwicklung weiter in vollem Gange befindet. Interaktive Oberflächen ermöglichen das flexible Anzeigen von kontextsensitiven Inhalten und machen eine direkte Interaktion mit den Bildschirminhalten möglich. Auf diese Weise erfüllen sie die sich wandelnden Informations- und Interaktionsbedürfnisse in besonderem Maße. Beim Einsatz von Bedienschnittstellen im Fahrzeug ist die gefahrlose Benutzbarkeit während der Fahrt von besonderer Bedeutung. Insbesondere visuelle Ablenkung von der Fahraufgabe kann zu kritischen Situationen führen, wenn Primär- und Sekundäraufgaben mehr als die insgesamt verfügbare Aufmerksamkeit des Fahrers beanspruchen. Herkömmliche Touchscreens stellen dem Fahrer bisher lediglich eine flache Oberfläche bereit, die keinerlei haptische Rückmeldung bietet, weshalb deren Bedienung besonders viel visuelle Aufmerksamkeit erfordert. Verschiedene Ansätze ermöglichen dem Fahrer, direkte Touchinteraktion für einfache Aufgaben während der Fahrt zu nutzen. Außerhalb der Automobilindustrie, zum Beispiel für Büroarbeitsplätze, wurden bereits verschiedene Konzepte für eine komplexere Bedienung großer Bildschirme vorgestellt. Darüber hinaus führt der technologische Fortschritt zu neuen möglichen Ausprägungen interaktiver Oberflächen und erlaubt, diese beliebig zu formen. Für die nächste Generation von interaktiven Oberflächen im Fahrzeug wird vor allem an der Modifikation der Kategorien Größe und Form gearbeitet. Die Bedienschnittstelle wird nicht nur durch größere Bildschirme erweitert, sondern auch dadurch, dass Objekte wie Dekorleisten in die Interaktion einbezogen werden können. Andererseits heben aktuelle Technologieentwicklungen die Restriktion auf flache Oberflächen auf, so dass Touchscreens künftig ertastbare Strukturen aufweisen können. Diese Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung großer und nicht-flacher interaktiver Oberflächen und analysiert ihr Potential für die Interaktion während der Fahrt. Dazu wurden für jede Charakteristik verschiedene Prototypen entwickelt und in Testumgebungen entsprechend ihres Reifegrads evaluiert. Auf diese Weise konnten subjektives Nutzerfeedback und objektive Daten erhoben, und die Effekte auf Fahr- und Blickverhalten sowie Nutzbarkeit untersucht werden. Diese Dissertation leistet den Beitrag einer Analyse der Entwicklung von interaktiven Oberflächen im Automobilbereich. Weiterhin werden die Aspekte Größe und Form untersucht, um mit ihrer Hilfe die Interaktion im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens zu verbessern. Die durchgeführten Studien belegen, dass große Flächen neue und verbesserte Bedienmöglichkeiten bieten können. Außerdem zeigt sich ein positiver Effekt auf die visuelle Ablenkung, wenn zusätzliches statisches, haptisches Feedback durch nicht-flache Oberflächen bereitgestellt wird. Zusammenfassend zeigen verschiedene, untereinander kombinierbare Interaktionskonzepte das Potential interaktiver Oberflächen für den automotiven Einsatz. Zudem können die Ergebnisse auch in anderen Bereichen Anwendung finden, in denen visuelle Aufmerksamkeit für andere Aufgaben benötigt wird

The tool space

Visions of futuristic desktop computer work spaces have often incorporated large interactive surfaces that either integrate into or replace the prevailing desk setup with displays, keyboard and mouse. Such visions often connote the distinct characteristics of direct touch interaction, e.g. by transforming the desktop into a large touch screen that allows interacting with content using one’s bare hands. However, the role of interactive surfaces for desktop computing may not be restricted to enabling direct interaction. Especially for prolonged interaction times, the separation of visual focus and manual input has proven to be ergonomic and is usually supported by vertical monitors and separate – hence indirect – input devices placed on the horizontal desktop. If we want to maintain this ergonomically matured style of computing with the introduction of interactive desktop displays, the following question arises: How can and should this novel input and output modality affect prevailing interaction techniques. While touch input devices have been used for decades in desktop computing as track pads or graphic tablets, the dynamic rendering of content and increasing physical dimensions of novel interactive surfaces open up new design opportunities for direct, indirect and hybrid touch input techniques. Informed design decisions require a careful consideration of the relationship between input sensing, visual display and applied interaction styles. Previous work in the context of desktop computing has focused on understanding the dual-surface setup as a holistic unit that supports direct touch input and allows the seamless transfer of objects across horizontal and vertical surfaces. In contrast, this thesis assumes separate spaces for input (horizontal input space) and output (vertical display space) and contributes to the understanding of how interactive surfaces can enrich indirect input for complex tasks, such as 3D modeling or audio editing. The contribution of this thesis is threefold: First, we present a set of case studies on user interface design for dual-surface computer workspaces. These case studies cover several application areas such as gaming, music production and analysis or collaborative visual layout and comprise formative evaluations. On the one hand, these case studies highlight the conflict that arises when the direct touch interaction paradigm is applied to dual-surface workspaces. On the other hand, they indicate how the deliberate avoidance of established input devices (i.e. mouse and keyboard) leads to novel design ideas for indirect touch-based input. Second, we introduce our concept of the tool space as an interaction model for dual-surface workspaces, which is derived from a theoretical argument and the previous case studies. The tool space dynamically renders task-specific input areas that enable spatial command activation and increase input bandwidth through leveraging multi-touch and two-handed input. We further present evaluations of two concept implementations in the domains 3D modeling and audio editing which demonstrate the high degrees of control, precision and sense of directness that can be achieved with our tools. Third, we present experimental results that inform the design of the tool space input areas. In particular, we contribute a set of design recommendations regarding the understanding of two-handed indirect multi-touch input and the impact of input area form factors on spatial cognition and navigation performance.Zukunftsvisionen thematisieren zuweilen neuartige, auf großen interaktiven Oberflächen basierende Computerarbeitsplätze, wobei etablierte PC-Komponenten entweder ersetzt oder erweitert werden. Oft schwingt bei derartigen Konzepten die Idee von natürlicher oder direkter Toucheingabe mit, die es beispielsweise erlaubt mit den Fingern direkt auf virtuelle Objekte auf einem großen Touchscreen zuzugreifen. Die Eingabe auf interaktiven Oberflächen muss aber nicht auf direkte Interaktionstechniken beschränkt sein. Gerade bei längerer Benutzung ist aus ergonomischer Sicht eine Trennung von visuellem Fokus und manueller Eingabe von Vorteil, wie es zum Beispiel bei der Verwendung von Monitoren und den gängigen Eingabegeräten der Fall ist. Soll diese Art der Eingabe auch bei Computerarbeitsplätzen unterstützt werden, die auf interaktiven Oberflächen basieren, dann stellt sich folgende Frage: Wie wirken sich die neuen Ein- und Ausgabemodalitäten auf vorherrschende Interaktionstechniken aus? Toucheingabe kommt beim klassischen Desktop-Computing schon lange zur Anwendung: Im Gegensatz zu sogenannten Trackpads oder Grafiktabletts eröffnen neue interaktive Oberflächen durch ihre visuellen Darstellungsmöglichkeiten und ihre Größe neue Möglichkeiten für das Design von direkten, indirekten oder hybriden Eingabetechniken. Fundierte Designentscheidungen erfordern jedoch eine sorgfältige Auseinandersetzung mit Ein- und Ausgabetechnologien sowie adequaten Interaktionsstilen. Verwandte Forschungsarbeiten haben sich auf eine konzeptuelle Vereinheitlichung von Arbeitsbereichen konzentriert, die es beispielsweise erlaubt, digitale Objekte mit dem Finger zwischen horizontalen und vertikalen Arbeitsbereichen zu verschieben. Im Gegensatz dazu geht die vorliegende Arbeit von logisch und räumlich getrennten Bereichen aus: Die horizontale interaktive Oberfläche dient primär zur Eingabe, während die vertikale als Display fungiert. Insbesondere trägt diese Arbeit zu einem Verständnis bei, wie durch eine derartige Auffassung interaktiver Oberflächen komplexe Aufgaben, wie zum Beispiel 3D-Modellierung oder Audiobearbeitung auf neue und gewinnbringende Art und Weise unterstützt werden können. Der wissenschaftliche Beitrag der vorliegenden Arbeit lässt sich in drei Bereiche gliedern: Zunächst werden Fallstudien präsentiert, die anhand konkreter Anwendungen (z.B. Spiele, Musikproduktion, kollaboratives Layout) neuartige Nutzerschnittstellen für Computerarbeitsplätze explorieren und evaluieren, die horizontale und vertikale interaktive Oberflächen miteinander verbinden. Einerseits verdeutlichen diese Fallstudien verschiedene Konflikte, die bei der Anwendung von direkter Toucheingabe an solchen Computerarbeitsplätzen hervorgerufen werden. Andererseits zeigen sie auf, wie der bewusste Verzicht auf etablierte Eingabegeräte zu neuen Toucheingabe-Konzepten führen kann. In einem zweiten Schritt wird das Toolspace-Konzept als Interaktionsmodell für Computerarbeitsplätze vorgestellt, die auf einem Verbund aus horizontaler und vertikaler interaktiver Oberfläche bestehen. Dieses Modell ergibt sich aus den vorangegangenen Fallstudien und wird zusätzlich theoretisch motiviert. Der Toolspace stellt anwendungsspezifische und dynamische Eingabeflächen dar, die durch räumliche Aktivierung und die Unterstützung beidhändiger Multitouch-Eingabe die Eingabebandbreite erhöhen. Diese Idee wird anhand zweier Fallstudien illustriert und evaluiert, die zeigen, dass dadurch ein hohes Maß an Kontrolle und Genauigkeit erreicht sowie ein Gefühl von Direktheit vermittelt wird. Zuletzt werden Studienergebnisse vorgestellt, die Erkenntnisse zum Entwurf von Eingabeflächen im Tool Space liefern, insbesondere zu den Themen beidhändige indirekte Multitouch-Eingabe sowie zum Einfluss von Formfaktoren auf räumliche Kognition und Navigation

Evaluation of Robotic Systems to Carry Out Traverse Execution, Opportunistic Science, and Landing Site Evaluation Tasks

This report covers the execution of and results from the activities proposed and approved in Exploration Analogs and Mission Development (EAMD) Field Test Protocol HMP2010: Evaluation of Robotic Systems to carry out Traverse Execution, Opportunistic Science, and Landing Site Evaluation Tasks. The field tests documented in this report examine one facet of a larger program of planetary surface exploration. This program has been evolving and maturing for several years, growing from a broad policy statement with a few specified milestones for NASA to an international effort with much higher fidelity descriptions of systems and operations necessary to accomplish this type of exploration

The space telescope

Papers concerning the development of the Space Telescope which were presented at the Twenty-first Annual Meeting of the American Astronautical Society in August, 1975 are included. Mission planning, telescope performance, optical detectors, mirror construction, pointing and control systems, data management, and maintenance of the telescope are discussed