L'effet du contexte social sur les gestes réalisés avec un smartphone

National audienceIn this paper, the effect of social exposure on smartphone motion gestures is investigated. A within-subject repeated measures experiment was conducted where participants performed sets of motion gestures on a smartphone in both private and public locations. Using data from the smartphone's accelerometer, we found that the location had a significant effect on both the duration and intensity of the participants' gestures. As a result, we argue that it may not be sufficient for gesture input systems to be designed and calibrated purely in private lab settings. Instead, motion gesture input systems for smartphones may need to be aware of the changing context of the device and to account for this in algorithms that interpret gestural input.Dans cet article, nous étudions l'effet du contexte social sur la réalisation de gestes avec le smartphone. Une étude pendant laquelle les participants devaient réaliser un ensemble de gestes avec un smartphone en public et en privé est présentée. L'analyse des données de l'accéléromètre du smartphone, montre que le contexte social à un effet significatif sur la durée et l'intensité des gestes. Ces résultats nous permettent d'affirmer que le design et la calibration de gestes dans le contexte privé du laboratoire seul n'est pas suffisant. Les systèmes interactifs utilisant les gestes par smartphone doivent également prendre en compte le contexte dans lequel les gestes sont réalisés pour la détection de ces derniers

An inertial motion capture framework for constructing body sensor networks

Motion capture is the process of measuring and subsequently reconstructing the movement of an animated object or being in virtual space. Virtual reconstructions of human motion play an important role in numerous application areas such as animation, medical science, ergonomics, etc. While optical motion capture systems are the industry standard, inertial body sensor networks are becoming viable alternatives due to portability, practicality and cost. This thesis presents an innovative inertial motion capture framework for constructing body sensor networks through software environments, smartphones and web technologies. The first component of the framework is a unique inertial motion capture software environment aimed at providing an improved experimentation environment, accompanied by programming scaffolding and a driver development kit, for users interested in studying or engineering body sensor networks. The software environment provides a bespoke 3D engine for kinematic motion visualisations and a set of tools for hardware integration. The software environment is used to develop the hardware behind a prototype motion capture suit focused on low-power consumption and hardware-centricity. Additional inertial measurement units, which are available commercially, are also integrated to demonstrate the functionality the software environment while providing the framework with additional sources for motion data. The smartphone is the most ubiquitous computing technology and its worldwide uptake has prompted many advances in wearable inertial sensing technologies. Smartphones contain gyroscopes, accelerometers and magnetometers, a combination of sensors that is commonly found in inertial measurement units. This thesis presents a mobile application that investigates whether the smartphone is capable of inertial motion capture by constructing a novel omnidirectional body sensor network. This thesis proposes a novel use for web technologies through the development of the Motion Cloud, a repository and gateway for inertial data. Web technologies have the potential to replace motion capture file formats with online repositories and to set a new standard for how motion data is stored. From a single inertial measurement unit to a more complex body sensor network, the proposed architecture is extendable and facilitates the integration of any inertial hardware configuration. The Motion Cloud’s data can be accessed through an application-programming interface or through a web portal that provides users with the functionality for visualising and exporting the motion data

Anonymous Panda: preserving anonymity and expressiveness in online mental health platforms

Digital solutions that allow people to seek treatment, such as online psychological interventions and other technology-mediated therapies, have been developed to assist individuals with mental health disorders. Such approaches may raise privacy concerns about the use of people’s data and the safety of their mental health information. This work uses cutting-edge computer graphics technology to develop a novel system capable of increasing anonymity while maintaining expressiveness in computer-mediated mental health interventions. According to our preliminary findings, we were able to customize a realistic avatar using Live Link, Metahumans, and Unreal Engine 4 (UE4) with the same emotional depth as a real person. Furthermore, these findings showed that the virtual avatars’ inability to express themselves through hand motion gave the impression that they were acting in an unnatural way. By including the hand tracking feature using the Leap Motion Controller, we were able to improve our comprehension of the prospective use of ultra-realistic virtual human avatars in video conferencing therapy, i.e., both studies helped us understand how vital facial and body expressions are and how problematic their absence is in communicating with others.Soluções digitais que permitem às pessoas procurar tratamento, tais como terapias psicológicas online e outras terapias com recurso à tecnologia, foram desenvolvidas para ajudar indivíduos com distúrbios de saúde mental. Tais abordagens podem suscitar preocupações sobre a privacidade na utilização dos dados das pessoas e a segurança da informação sobre a sua saúde mental. Este trabalho utiliza tecnologia de ponta em computação gráfica para desenvolver um sistema inovador capaz de aumentar o anonimato, mantendo simultaneamente a expressividade nas inter venções de saúde mental mediadas por computador. Segundo os nossos resultados preliminares, conseguimos personalizar um avatar realista usando Live Link, Metahumans, e Unreal Engine 4 (UE4) com a mesma profundidade emocional que uma pessoa real. Além disso, os resultados mostraram que a incapacidade dos avatares virtuais de se expressarem através do movimento das mãos deu a impressão de que estavam a agir de uma forma pouco natural. Ao incluir a função de rastreio das mãos utilizando o Leap Motion Controller, conseguimos melhorar a nossa compreensão do uso prospetivo de avatares humanos virtuais e ultrarrealistas na terapia de videoconferência, ou seja, os estudos realizados ajudaram-nos a compreender como as expressões faciais e corporais são vitais e como a sua ausência é problemática na comunicação com os outros

Wearable Sensors Applied in Movement Analysis

Recent advances in electronics have led to sensors whose sizes and weights are such that they can be placed on living systems without impairing their natural motion and habits. They may be worn on the body as accessories or as part of the clothing and enable personalized mobile information processing. Wearable sensors open the way for a nonintrusive and continuous monitoring of body orientation, movements, and various physiological parameters during motor activities in real-life settings. Thus, they may become crucial tools not only for researchers, but also for clinicians, as they have the potential to improve diagnosis, better monitor disease development and thereby individualize treatment. Wearable sensors should obviously go unnoticed for the people wearing them and be intuitive in their installation. They should come with wireless connectivity and low-power consumption. Moreover, the electronics system should be self-calibrating and deliver correct information that is easy to interpret. Cross-platform interfaces that provide secure data storage and easy data analysis and visualization are needed.This book contains a selection of research papers presenting new results addressing the above challenges

Earables: Wearable Computing on the Ears

Kopfhörer haben sich bei Verbrauchern durchgesetzt, da sie private Audiokanäle anbieten, zum Beispiel zum Hören von Musik, zum Anschauen der neuesten Filme während dem Pendeln oder zum freihändigen Telefonieren. Dank diesem eindeutigen primären Einsatzzweck haben sich Kopfhörer im Vergleich zu anderen Wearables, wie zum Beispiel Smartglasses, bereits stärker durchgesetzt. In den letzten Jahren hat sich eine neue Klasse von Wearables herausgebildet, die als "Earables" bezeichnet werden. Diese Geräte sind so konzipiert, dass sie in oder um die Ohren getragen werden können. Sie enthalten verschiedene Sensoren, um die Funktionalität von Kopfhörern zu erweitern. Die räumliche Nähe von Earables zu wichtigen anatomischen Strukturen des menschlichen Körpers bietet eine ausgezeichnete Plattform für die Erfassung einer Vielzahl von Eigenschaften, Prozessen und Aktivitäten. Auch wenn im Bereich der Earables-Forschung bereits einige Fortschritte erzielt wurden, wird deren Potenzial aktuell nicht vollständig abgeschöpft. Ziel dieser Dissertation ist es daher, neue Einblicke in die Möglichkeiten von Earables zu geben, indem fortschrittliche Sensorikansätze erforscht werden, welche die Erkennung von bisher unzugänglichen Phänomenen ermöglichen. Durch die Einführung von neuartiger Hardware und Algorithmik zielt diese Dissertation darauf ab, die Grenzen des Erreichbaren im Bereich Earables zu verschieben und diese letztlich als vielseitige Sensorplattform zur Erweiterung menschlicher Fähigkeiten zu etablieren. Um eine fundierte Grundlage für die Dissertation zu schaffen, synthetisiert die vorliegende Arbeit den Stand der Technik im Bereich der ohr-basierten Sensorik und stellt eine einzigartig umfassende Taxonomie auf der Basis von 271 relevanten Publikationen vor. Durch die Verbindung von Low-Level-Sensor-Prinzipien mit Higher-Level-Phänomenen werden in der Dissertation anschließ-end Arbeiten aus verschiedenen Bereichen zusammengefasst, darunter (i) physiologische Überwachung und Gesundheit, (ii) Bewegung und Aktivität, (iii) Interaktion und (iv) Authentifizierung und Identifizierung. Diese Dissertation baut auf der bestehenden Forschung im Bereich der physiologischen Überwachung und Gesundheit mit Hilfe von Earables auf und stellt fortschrittliche Algorithmen, statistische Auswertungen und empirische Studien vor, um die Machbarkeit der Messung der Atemfrequenz und der Erkennung von Episoden erhöhter Hustenfrequenz durch den Einsatz von In-Ear-Beschleunigungsmessern und Gyroskopen zu demonstrieren. Diese neuartigen Sensorfunktionen unterstreichen das Potenzial von Earables, einen gesünderen Lebensstil zu fördern und eine proaktive Gesundheitsversorgung zu ermöglichen. Darüber hinaus wird in dieser Dissertation ein innovativer Eye-Tracking-Ansatz namens "earEOG" vorgestellt, welcher Aktivitätserkennung erleichtern soll. Durch die systematische Auswertung von Elektrodenpotentialen, die um die Ohren herum mittels eines modifizierten Kopfhörers gemessen werden, eröffnet diese Dissertation einen neuen Weg zur Messung der Blickrichtung. Dabei ist das Verfahren weniger aufdringlich und komfortabler als bisherige Ansätze. Darüber hinaus wird ein Regressionsmodell eingeführt, um absolute Änderungen des Blickwinkels auf der Grundlage von earEOG vorherzusagen. Diese Entwicklung eröffnet neue Möglichkeiten für Forschung, welche sich nahtlos in das tägliche Leben integrieren lässt und tiefere Einblicke in das menschliche Verhalten ermöglicht. Weiterhin zeigt diese Arbeit, wie sich die einzigarte Bauform von Earables mit Sensorik kombinieren lässt, um neuartige Phänomene zu erkennen. Um die Interaktionsmöglichkeiten von Earables zu verbessern, wird in dieser Dissertation eine diskrete Eingabetechnik namens "EarRumble" vorgestellt, die auf der freiwilligen Kontrolle des Tensor Tympani Muskels im Mittelohr beruht. Die Dissertation bietet Einblicke in die Verbreitung, die Benutzerfreundlichkeit und den Komfort von EarRumble, zusammen mit praktischen Anwendungen in zwei realen Szenarien. Der EarRumble-Ansatz erweitert das Ohr von einem rein rezeptiven Organ zu einem Organ, das nicht nur Signale empfangen, sondern auch Ausgangssignale erzeugen kann. Im Wesentlichen wird das Ohr als zusätzliches interaktives Medium eingesetzt, welches eine freihändige und augenfreie Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ermöglicht. EarRumble stellt eine Interaktionstechnik vor, die von den Nutzern als "magisch und fast telepathisch" beschrieben wird, und zeigt ein erhebliches ungenutztes Potenzial im Bereich der Earables auf. Aufbauend auf den vorhergehenden Ergebnissen der verschiedenen Anwendungsbereiche und Forschungserkenntnisse mündet die Dissertation in einer offenen Hard- und Software-Plattform für Earables namens "OpenEarable". OpenEarable umfasst eine Reihe fortschrittlicher Sensorfunktionen, die für verschiedene ohrbasierte Forschungsanwendungen geeignet sind, und ist gleichzeitig einfach herzustellen. Hierdurch werden die Einstiegshürden in die ohrbasierte Sensorforschung gesenkt und OpenEarable trägt somit dazu bei, das gesamte Potenzial von Earables auszuschöpfen. Darüber hinaus trägt die Dissertation grundlegenden Designrichtlinien und Referenzarchitekturen für Earables bei. Durch diese Forschung schließt die Dissertation die Lücke zwischen der Grundlagenforschung zu ohrbasierten Sensoren und deren praktischem Einsatz in realen Szenarien. Zusammenfassend liefert die Dissertation neue Nutzungsszenarien, Algorithmen, Hardware-Prototypen, statistische Auswertungen, empirische Studien und Designrichtlinien, um das Feld des Earable Computing voranzutreiben. Darüber hinaus erweitert diese Dissertation den traditionellen Anwendungsbereich von Kopfhörern, indem sie die auf Audio fokussierten Geräte zu einer Plattform erweitert, welche eine Vielzahl fortschrittlicher Sensorfähigkeiten bietet, um Eigenschaften, Prozesse und Aktivitäten zu erfassen. Diese Neuausrichtung ermöglicht es Earables sich als bedeutende Wearable Kategorie zu etablieren, und die Vision von Earables als eine vielseitige Sensorenplattform zur Erweiterung der menschlichen Fähigkeiten wird somit zunehmend realer

Review of Wearable Devices and Data Collection Considerations for Connected Health

Wearable sensor technology has gradually extended its usability into a wide range of well-known applications. Wearable sensors can typically assess and quantify the wearer’s physiology and are commonly employed for human activity detection and quantified self-assessment. Wearable sensors are increasingly utilised to monitor patient health, rapidly assist with disease diagnosis, and help predict and often improve patient outcomes. Clinicians use various self-report questionnaires and well-known tests to report patient symptoms and assess their functional ability. These assessments are time consuming and costly and depend on subjective patient recall. Moreover, measurements may not accurately demonstrate the patient’s functional ability whilst at home. Wearable sensors can be used to detect and quantify specific movements in different applications. The volume of data collected by wearable sensors during long-term assessment of ambulatory movement can become immense in tuple size. This paper discusses current techniques used to track and record various human body movements, as well as techniques used to measure activity and sleep from long-term data collected by wearable technology devices

How a Diverse Research Ecosystem Has Generated New Rehabilitation Technologies: Review of NIDILRR’s Rehabilitation Engineering Research Centers

Over 50 million United States citizens (1 in 6 people in the US) have a developmental, acquired, or degenerative disability. The average US citizen can expect to live 20% of his or her life with a disability. Rehabilitation technologies play a major role in improving the quality of life for people with a disability, yet widespread and highly challenging needs remain. Within the US, a major effort aimed at the creation and evaluation of rehabilitation technology has been the Rehabilitation Engineering Research Centers (RERCs) sponsored by the National Institute on Disability, Independent Living, and Rehabilitation Research. As envisioned at their conception by a panel of the National Academy of Science in 1970, these centers were intended to take a “total approach to rehabilitation”, combining medicine, engineering, and related science, to improve the quality of life of individuals with a disability. Here, we review the scope, achievements, and ongoing projects of an unbiased sample of 19 currently active or recently terminated RERCs. Specifically, for each center, we briefly explain the needs it targets, summarize key historical advances, identify emerging innovations, and consider future directions. Our assessment from this review is that the RERC program indeed involves a multidisciplinary approach, with 36 professional fields involved, although 70% of research and development staff are in engineering fields, 23% in clinical fields, and only 7% in basic science fields; significantly, 11% of the professional staff have a disability related to their research. We observe that the RERC program has substantially diversified the scope of its work since the 1970’s, addressing more types of disabilities using more technologies, and, in particular, often now focusing on information technologies. RERC work also now often views users as integrated into an interdependent society through technologies that both people with and without disabilities co-use (such as the internet, wireless communication, and architecture). In addition, RERC research has evolved to view users as able at improving outcomes through learning, exercise, and plasticity (rather than being static), which can be optimally timed. We provide examples of rehabilitation technology innovation produced by the RERCs that illustrate this increasingly diversifying scope and evolving perspective. We conclude by discussing growth opportunities and possible future directions of the RERC program