Méthodes et modèles de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine

L'importance accordée aux interactions homme-machine en général est actuellement énorme. L'orientation prise par les chercheurs et les industriels pour couvrir ce domaine est désormais résolument pluridisciplinaire. Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches en informatique se situe dans cette mouvance en étant consacré à l'étude de méthodes de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine (IHM) dans les systèmes complexes. Ce domaine de recherche se positionne au carrefour de l'ingénierie des IHM, du génie logiciel et de l'intelligence artificielle, tout en prenant en compte des concepts et modèles issus des sciences cognitives. Les aspects méthodologiques du développement d'interfaces homme-machine servent de canevas théorique tout au long du mémoire qui est organisé en trois chapitres. Le premier est consacré à un état de l'art sur le domaine de recherche. Après une étude critique des différents cycles de développement du génie logiciel, il recense autour d'un cadre théorique et méthodologique un ensemble de méthodes, modèles, techniques et outils contribuant au développement d'applications interactives dans les systèmes complexes. Le second chapitre est bâti autour d'un ensemble de contributions à l'ingénierie de conception et d'évaluation des interfaces homme-machine. Ces contributions résultent d'un travail d'équipe depuis mon arrivée au laboratoire en septembre 1985. Après une présentation des systèmes réalisés dans le cadre de cette recherche, ce chapitre présente plusieurs méthodes de conception ou d'évaluation mises en place autour de ceux-ci. Enfin, le troisième chapitre tire les leçons des aspects méthodologiques étudiés dans les deux premiers en proposant un modèle, appelé ∇, de développement d'applications interactives. Au cours de ces prochaines années, l'approfondissement de ce modèle devrait servir de cadre de pensée pour nos recherches. Pour l'ensemble des axes de recherche envisagés, un travail considérable reste à accomplir, au vu de la place de plus en plus importante que tient l'ingénierie des interfaces homme-machine dans de nombreux domaines

Vers une auto-protection des machines par un effort communautaire

L'objectif de ce projet de recherche est de proposer une solution innovatrice au problème de la prévention des activités malveillantes et illégitimes dans un système informatique, par l'utilisation de concepts issus de différents domaines des sciences cognitives. Pour ce faire, un nouveau paradigme, visant à solutionner les problèmes auxquels font face les solutions traditionnelles, a été recherché. Notre source d'inspiration pour modéliser les comportements est constitué par des stratégies qui ont permis aux humains de survivre dans un environnement hostile. Premièrement, nous nous sommes inspirés de la capacité de l'Homme à produire un raisonnement adapté à des situations inédites. Deuxièmement, nous nous sommes inspirés du comportement humain qu'est la formation de communautés d'individus qui permettent d'assurer une défense collective. Et finalement, nous nous sommes inspirés de la protection qu'offre à une population la diversité des individus qui la composent. C'est en utilisant la notion des schémas (frame de Minsky) pour représenter l'état des systèmes (le contexte d'une anomalie), en fuzzifiant (utilisation d'un système basé sur la logique floue) le raisonnement d'analyse des anomalies, en permettant aux systèmes de collaborer efficacement, et en faisant en sorte que les agents aient tous leurs propres caractéristiques de raisonnement uniques et distinctes, que ce projet de recherche aborde la problématique de la détection d'intrusions. La mise en place de ces mécanismes dans l'agent nommé ci-après ACCIS (Agent Collaboratif pour la Corrélation de l'Information de Sécurité) permettra d'améliorer les solutions traditionnelles pour la protection des systèmes informatiques sur deux principaux plans. Premièrement, en raffinant les capacités d'analyse, mais également en permettant aux mécanismes de défense d'être partiellement imprévisibles rendant la tâche des individus malveillants beaucoup plus difficile. Plus concrètement, les objectifs du projet de recherche sont de prouver la faisabilité d'un système: rendant les solutions pour la protection des ordinateurs plus autonomes (en réduisant les besoins de configurations, d'analyse et d'intervention humaine), tendant vers une pro-activité efficace par la suggestion de réactions précises, possédant un domaine d'analyse global (en définissant le « système » à surveiller comme un réseau et non une machine précise) et riche (en utilisant différents types d'informations hétérogènes).\ud _____________________________________________________________________________

Agents mobiles natifs pour systèmes embarqués

L’objectif de ce projet de recherche est de développer une technologie d’agents mobiles pour systèmes embarqués. Dans un premier temps, une plateforme d’agents mobiles pour systèmes embarqués homogènes est réalisée et, ensuite dans un deuxième temps, une application d’informatique diffuse qui exploite la mobilité du contexte d’exécution est mise en œuvre pour valider cette plateforme. La mobilité d’un agent est définie comme suit: son exécution est interrompue sur le nœud courant, appelé nœud source, ensuite les données représentant l’état de l’agent sont transférées du nœud source vers un nœud destination et enfin, arrivé au nœud destination, son exécution se poursuit là où elle avait été interrompue sur le nœud de départ. Cette opération, appelée migration du contexte d’exécution, est intégrée aux fonctionnalités d’un noyau temps réel, permettant ainsi la mobilité d’agents logiciels au sein d’une grappe de systèmes embarqués homogènes. Les applications visées par le projet relèvent du domaine de l’informatique diffuse et plus particulièrement de son application à l’espace intelligent

Conception et développement d'un système multi-agent d'aide à la décision pour la gestion de production dynamique

Une prise de décision efficace repose souvent sur le contrôle de l'information dans le temps, cette action vise à capturer des éléments d'information les plus importants qui sont mis à jour de différentes manières. L'intégration des agents aux Systèmes Interactifs d'Aide à la Décision (SIAD) fournit un moyen rentable pour la prise de décision. Les agents planifient dans le système et poursuivent leurs buts et sous-objectifs en coopérant, coordonnant leurs tâches et en négociant entre eux afin de répondre avec souplesse et intelligence aux situations dynamiques et imprévues. En gestion de production temps-réel, le système d'aide à la décision mémorise l'état courant de l'atelier. Il connaît à tout moment l'ensemble des décisions et des événements possibles. Nous distinguons trois contextes d'aide à la décision : (i) aide à la décision pour une séquence admissible; (ii) aide à la décision pour le recouvrement de l'admissibilité et (iii) aide à la décision et à la négociation entre les centres de décision hors du contexte planifié. La présente thèse propose un SIAD à base d'agents afin de résoudre certains problèmes d'incertitude dans le système d'ordonnancement de la production dynamique. Le système développé donne aux centres de décision la possibilité pour prendre des décisions dans un contexte dynamique. Plus précisément, les Stations Intégrées de Production (SIP) seront équipées d'un comportement suffisant pour exécuter des opérations concrètes et réagir simultanément à la complexité des problèmes causés par l'ordonnancement dynamique dans des situations réelles. Ces agents expriment leurs préférences en utilisant la méthode ELECTRE III, afin de résoudre les différences. Le mécanisme de négociation est basé sur le Protocole Contract Net (CNP). Le protocole développé sur JADE fournit des échanges de messages entre les agents et leur propose des comportements prédéfinis. L'approche est testée à travers des scénarii simples.An effective decision making is often based on control information in time. This action aims to capture the current state of the most important information elements updated in different ways. For Decision Support Systems (DSS), the software agents' integration provides an automated, cost-effective means for making decisions. The agents in the system autonomously plan and pursue their actions and sub-goals to cooperate, coordinate, and negotiate with others, and to respond flexibly and intelligently to dynamic and unpredictable situations. In real-time production management, the DSS memorizes the current state-of the workshop. It knows constantly all possible decisions and the possible events involved. We distinguish 3 contexts for the decision-making aid: (1) Decision-making aid in the context of an acceptable sequence; (2) Assistance for the admissibility covering; and (3) negotiation support among different decision-making centers in a dynamic context. The present thesis proposes an agent architecture-based DSS in order to solve some uncertainty problems in dynamic production system scheduling. The proposed DSS gives the decision centers the opportunity to make decisions in a dynamical context. Specifically, Integrated Station of Production agents (ISP) will be equipped with a sufficient behavior to carry out practical operations and simultaneously react to the complex problems caused by the dynamic scheduling in real situations. These agents express their preferences by using ELECTRE III method in order to solve differences. The negotiation mechanism is based on the Contract Net Protocol (CNP). The coordination protocol developed on JADE provides message exchanges between agents and offers them predefined behaviors. The approach is tested through simple scenarios

Formalisation Multi-Agents de la Sociologie de l'Action Organisée

The sociology of the organised action (Crozier, Friedberg) is widely used to make diagnostics of organisational context when some structural difficulties are encountered. However, the results of a SOA analysis is essentially informal, no comparisons or generalisation are possible. This work present a formalisation of this theory as: - a meta-model of social organisations, - techniques for an analytic study of an organisation, - simulation, using a model of the actors' bounded rationality, to compute how the actors' behaviours could be regularised.Bien souvent utilisée comme outils d'intégration et d'échange entre les différentes parties de projets scientifiques interdisciplinaires, la simulation numérique est en plein essor dans les sciences sociales, et notamment la simulation multi-agents. En effet, la capacité de calcul de plus en plus puissante des ordinateurs et les méthodes de recherche individu-centrées en sciences sociales (micro-économie ou individualisme méthodologique, pour ne citée que celles-ci) ont suscité un intérêt croissant pour la représentation logicielle de processus interagissant les un avec les autres dans le cadre d'un phénomène qualifié de complexe. Notre thèse se positionne ainsi dans ce contexte, plus particulièrement au niveau des relations causales entre des comportements microscopiques en interaction et un phénomène macroscopique émergeant. Notre travail de recherche s'inscrit dans un projet mené en collaboration avec des sociologues qui vise à rendre compte de phénomènes organisationnels. Plutôt que de s'emparer de cas empiriques et de produire des modèles ad'hoc, nous proposons une démarche innovante consistant à formaliser une théorie sociologique : la Sociologie de l'Action Organisée (SAO) de M. Crozier et E. Friedberg. L'intérêt d'une telle modélisation est de disposer d'un méta-modèle sociologiquement fondé permettant de modéliser de façon formelle différentes organisations relevant de son champ d'expertise. Nous proposons de mettre en œuvre cette formalisation via un laboratoire virtuel, SocLab, permettant d'éditer le modèle d'une organisation puis de mener des expériences et tester nos hypothèses. Du méta-modèle de la SAO à l'outil d'expérimentation SocLab, notre thèse propose une démarche méthodologique pour l'analyse organisationnelle assistée par l'expérimentation virtuelle. Dans la perspective d'analyser la causalité émergente des processus organisationnels, nous avons défini une série d'indicateurs numériques qui servent de base aux interprétations indispensables à la vérification et la validation d'un modèle. Ces indicateurs permettent de caractériser acteurs, relations, et transactions dans les termes de la SAO et de comparer différents modèles, d'une même organisation ou d'organisations différentes. Nous présentons ensuite un modèle d'agent adaptatif à base de règles qui rend compte du comportement stratégique des acteurs dont la rationalité est orientée vers la coopération tel que le postule la SAO. Nous présentons par ailleurs une méthodologie de validation des modèles de rationalité. Enfin nous illustrons notre démarche avec un cas d'étude issu du corpus SAO, que nous modélisons, soumettons à diverses hypothèses, que nous interprétons et (in)validons par la simulation. Outre la démarche de formalisation de la SAO et le développement du laboratoire virtuel SocLab, la thèse présente de nombreuses originalités que ce soit au niveau des concepts développés autour de l'échange et de la coopération, au niveau du modèle d'agent stratégique-coopératif, ou au niveau des outils d'analyse produits ou mis en œuvre. L'intérêt principal réside dans le développement d'une démarche rigoureuse couvrant de nombreux aspects de l'utilisation de l'expérimentation virtuelle en sociologie qui devrait permettre au chercheur, à l'étudiant comme aux consultants en organisation de produire des raisonnements solides sur le /phénomène organisation/

Processus de collaboration interprofessionnelle en santé et services sociaux : proposition d'une grille d'observation des rencontres d'équipe interdisciplinaires

De nos jours, la collaboration interprofessionnelle (CIP) est considérée par plusieurs comme une manière efficace, efficiente et satisfaisante d'offrir des soins et services de santé. Or, actuellement, les milieux cliniques ne sont pas bien outillés pour être en mesure de reconnaître les pratiques exemplaires de CIP des pratiques plus déficientes. Ce projet doctoral a donc pour but d'outiller les gestionnaires et les professionnels de la santé pour qu'ils puissent évaluer la qualité des pratiques de CIP. Les objectifs spécifiques sont: 1) Proposer un cadre de référence qui illustre la façon dont les facteurs interactionnels de CIP s'actualisent concrètement en santé et services sociaux; 2) décrire la façon dont les facteurs interactionnels de CIP s'actualisent lors de la rencontre d'équipe interdisciplinaire et en identifier les indicateurs observables; 3) développer une grille d'observation pour évaluer la qualité des facteurs interactionnels de CIP par l'observation des rencontres d'équipe interdisciplinaires et en faire une validation initiale dans un contexte de réadaptation. Lors de la première étude, un cadre de référence a été développé et validé auprès d'experts selon une procédure proposé par Jabareen (2009). Pour la seconde étude, un groupe de consensus auprès d'experts (n=6) a été organisé et suivi d'une enquête. Lors de la troisième étude, des items ont été développés et pré-testés de façon itérative en impliquant des experts du construit (n=7) et des observateurs non-experts (n=4). La fidélité inter-observateur a été déterminée entre deux observateurs, suite à l'analyse de 30 enregistrements vidéo de rencontres dans deux centres de réadaptation. Le kappa de Cohen a été utilisé comme test statistique (résultats entre 0,17 et 0,79). Ces trois études ont permis de développer un cadre théorique décrivant cinq types de pratiques de CIP, de mieux préciser le déroulement d'une rencontre d'équipe interdisciplinaire et de développer une grille d'observation de 20 items pouvant être répondus selon une échelle à trois niveaux. En conclusion, ce projet doctoral a contribué à l'avancement des connaissances en proposant une conceptualisation novatrice des facteurs interactionnels de CIP, ainsi qu'un outil unique permettant d'évaluer la qualité de ces facteurs par l'observation des comportements de groupe lors des rencontres d'équipe interdisciplinaires

Système collaboratif d'aide à l'ordonnancement et à l'orchestration des tâches de soins à compétences muiltiples

Health care systems management and the avoidance of overcrowding phenomena are major issues. The aim of this thesis is to implement a Collaborative Support System for Scheduling and Orchestration (CSSystSO) of multi-skill health care tasks in order to avoid areas bottlenecks in the Pediatric Emergency Department (PED) and improve health care quality for patients. The CSSystSO integrates a collaborative Workflow approach to model patient journey in order to identify dysfunctions and peaks of activities of medical staff in the PED. The dynamic and uncertain aspect of the problem has led us to adopt an alliance between Multi-Agent Systems (MAS) and Evolutionary Algorithms (EA) for health care tasks treatment and scheduling taking into account the level of experience of the PED actors and their availabilities. In case of perturbations in the PED, a coalition of agents is formed to collaborate and negotiate in order to provide orchestration Workflow decisions to minimize the waiting time of patients during their treatment. The experimental results presented in this thesis justify the interest of the alliance between MAS and Metaheuristics to manage overcrowding phenomena in the PED. This work belongs to the project HOST (Hôpital: Optimisation, Simulation et évitement des tensions). (http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-11-TECS-0010).Dans la gestion des systèmes de soins, la maîtrise des flux hospitaliers et l’anticipation des tensions sont des enjeux majeurs. Le but de cette thèse est de contribuer à l’étude et au développement d’un Système Collaboratif d’Aide à l’Ordonnancement et à l’Orchestration (SysCAOO) des tâches de soins à compétences multiples pour gérer les tensions dans les Services d’Urgences Pédiatriques (SUP) afin d’améliorer la qualité de prise en charge des patients. Le SysCAOO intègre une approche Workflow collaboratif pour modéliser le parcours patient afin d’identifier les dysfonctionnements et les pics d’activités du personnel médical dans le SUP. L’aspect dynamique et incertain du problème nous a conduits à adopter une alliance entre les Systèmes Multi-Agent (SMA) et les Algorithmes Evolutionnaires (AE) pour le traitement et l’ordonnancement des tâches de soins en tenant compte du niveau d’expérience des acteurs du SUP et leurs disponibilités. En cas d’aléas dans le SUP, une coalition d’agents se forme pour collaborer et négocier afin de proposer des décisions d’orchestration du Workflow et minimiser le temps d’attente des patients en cours de leur prise en charge. Les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse justifient l’intérêt de l’alliance entre les SMA et les Métaheuristiques afin de gérer les tensions dans le SUP. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s’intègrent dans le cadre du projet HOST (Hôpital : Optimisation, Simulation et évitement des tensions) (http://www.agence-nationale-recherche.fr/?Projet=ANR-11-TECS-0010)

Vers un agent intégrant les mesures oculométriques et physiologiques pour l'apprentissage humain

Bien que les environnements informatiques pour l'apprentissage humain (EIAH) aient apporté une amélioration à la qualité de l'apprentissage, des recherches restent à mener pour bien comprendre et interagir avec l'apprenant. Dans notre recherche, nous avons tenté d'extraire des règles comportementales d'un agent artificiel pouvant offrir de l'aide à l'apprenant. Nous avons mis en place un environnement d'apprentissage d'un cours en sciences physiques sur l'effet photo-électrique vu sous l'angle quantique. Il s'agissait d'un apprentissage en sciences basé sur l'utilisation d'un simulateur et fondé sur l'expérimentation et le conflit cognitif. Les apprenants utilisaient des ordinateurs personnels dotés d'un oculomètre et de capteurs physiologiques et étaient connectés en réseau à un tuteur humain placé dans un local distant. Durant le déroulement du cours, les apprenants étaient soutenus par le tuteur humain avec qui ils pouvaient échanger des paroles ou des messages textuels pour surmonter les difficultés éprouvées et qui nuisaient à la qualité de l'apprentissage. Le tuteur humain était capable de déceler les faiblesses et de chercher des indices reflétant l'état de la compréhension des apprenants et intervenait pour aider et soutenir, malgré son éloignement et l'impossibilité de voir les gestes ou expressions faciales de l'apprenant. Tout au long des expérimentations, nous avons recueilli des informations oculométriques, physiologiques, des mouvements et actions de la souris et sur les variations des variables du simulateur. Nous avons également enregistré une vidéo de l'apprenant et du dialogue avec le tuteur. Nous disposions de données qui n'étaient pas à la portée du tuteur humain. Dans nos analyses de ces données non verbales et des traces d'utilisation, nous avons essayé de trouver des indicateurs pouvant être associés aux interventions du tuteur humain. Ces indicateurs ont servi à l'élaboration de règles pouvant être utilisées par un agent tuteur artificiel lui permettant d'identifier le comportement de l'apprenant et d'agir de la même façon qu'un tuteur humain pour le soutien à l'apprentissage. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnements informatiques pour l'apprentissage humain, Cyberapprentissage, Simulation informatique, Expérimentation assistée par ordinateur, Soutien à l'apprenant, Systèmes tutoriels intelligents, Apprentissage constructiviste, Modèle de l'apprenant, Suivi oculaire, Réponse psycho-galvanique