Enabling Micro-level Demand-Side Grid Flexiblity in Resource Constrained Environments

The increased penetration of uncertain and variable renewable energy presents various resource and operational electric grid challenges. Micro-level (household and small commercial) demand-side grid flexibility could be a cost-effective strategy to integrate high penetrations of wind and solar energy, but literature and field deployments exploring the necessary information and communication technologies (ICTs) are scant. This paper presents an exploratory framework for enabling information driven grid flexibility through the Internet of Things (IoT), and a proof-of-concept wireless sensor gateway (FlexBox) to collect the necessary parameters for adequately monitoring and actuating the micro-level demand-side. In the summer of 2015, thirty sensor gateways were deployed in the city of Managua (Nicaragua) to develop a baseline for a near future small-scale demand response pilot implementation. FlexBox field data has begun shedding light on relationships between ambient temperature and load energy consumption, load and building envelope energy efficiency challenges, latency communication network challenges, and opportunities to engage existing demand-side user behavioral patterns. Information driven grid flexibility strategies present great opportunity to develop new technologies, system architectures, and implementation approaches that can easily scale across regions, incomes, and levels of development

ACCESSIBILITY IN CONTEXT: UNDERSTANDING THE TRULY MOBILE EXPERIENCE OF USERS WITH MOTOR IMPAIRMENTS

Touchscreen smartphones are becoming broadly adopted by the US population. Ensuring that these devices are accessible for people with disabilities is critical for equal access. For people with motor impairments, the vast majority of studies on touchscreen mobile accessibility have taken place in the laboratory. These studies show that while touchscreen input offers advantages, such as requiring less strength than physical buttons, it also presents accessibility challenges, such as the difficulty of tapping on small targets or making multitouch gestures. However, because of the focus on controlled lab settings, past work does not provide an understanding of contextual factors that impact smartphone use in everyday life, and the activities these devices enable for people with motor impairments. To investigate these issues, this thesis research includes two studies, first, an in-person study with four participants with motor impairments that included diary entries and an observational session, and, secondarily, an online survey with nine respondents. Using case study analysis for the in-person participants, we found that mobile devices have the potential to help motor-impaired users reduce the physical effort required for everyday tasks (e.g., turning on a TV, checking transit accessibility in advance), that challenges in touchscreen input still exist, and that the impact of situational impairments to this population can be impeding. The online survey results confirm these findings, for example, highlighting the difficulty of text input, particularly when users are out and mobile rather than at home. Based on these findings, future research should focus on the enhancement of current touchscreen input, exploring the potential of wearable devices for mobile accessibility, and designing more applications and services to improve access to physical world

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

Situational impairments to mobile interaction in cold environments

Abstract We evaluate the situational impairments caused by cold ambient temperature on fine-motor movement and vigilance during mobile interaction. For this purpose, we tested two mobile phone applications that measure fine motor skills and vigilance in controlled temperature settings. Our results show that cold adversely affected participants’ fine-motor skills performance, but not vigilance. Based on our results we highlight the importance of correcting measurements when investigating performance of cognitive tasks to take into account the physical element of the tasks. Finally, we identify a number of design recommendations from literature that can mitigate the adverse effect of cold ambiance on interaction with mobile devices