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Ilaria Mariani Thingk & Dipartimento di Design, Politecnico di Milano
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Abstract. Il saggio esplora il background teorico e il processo iterativo di progettazione che ha portato allo sviluppo di un’interfaccia da incorporare all’interno di materiali tessili, rendendo lo stesso tessuto una superficie inte- rattiva. In un segmento di mercato in cui gli assistenti vocali rappresentano l’attuale standard, si è progettata un’interfaccia integrata in un divano che combina e-textile (trigger) e processori (calcolo) per innescare interazioni, discrete, immediate e coinvolgenti.
Keywords. User Interface, superfici interattive, Embedded Technology, Smart Textile, e-textile, User Experience
Verso esperienze totalizzanti
Le Smart Home sono ambienti in cui le tecnologie dell’infor- mazione e della comunicazione sono distribuite e intercon- nesse (Miraz et al., 2015; C. Wilson et al., 2015), formando un sistema in rete di dispositivi e oggetti dotati di sensori, attua- tori e controllori. Questo ambito trae ampio beneficio dal po- tere computazionale e operativo che la tecnologia ha intro- dotto nei nostri ambienti; innovazioni che avanzano a ritmo incessante. In termini di trasformazioni legate alle ICT nelle pratiche quotidiane, l’integrazione pervasiva dell’ubiquitous computing unitamente ai progressi quali la connessione wi- reless e a banda larga, hanno innescato un interessante ciclo
di “informatizzazione domestica e digitalizzazione” (Røpke et
al., 2010), finalizzato a migliorare o persino sostituire alcu- ne delle esperienze che fino ad oggi conosciamo (Park et al., 2003). Siamo già consapevoli di come questo avanzamento abbia influenzato quasi ogni aspetto della nostra vita, e lo vediamo quotidianamente con i nostri device portatili. Ciò che si è attivato solo da pochi anni, è invece l’introduzione di intelligenza nelle nostre case, al fine di supportare il no- stro stile di vita, di gestione dell’energia e la nostra sicurezza (Balta-Ozkan et al., 2013). Dal momento in cui i microproces-
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ne, la potenza di calcolo ha potuto inserirsi negli oggetti di uso quotidiano come elettrodomestici e altri prodotti. Mo- dellati come ecosistemi di oggetti e dispositivi interconnessi, gli smart object possono collegare persone, dati, processi e prodotti per creare esperienze più ricche e fluide (Lin et al., 2002). Operando nel campo della HCI con una prospettiva di tipo UX, il nostro obiettivo è capitalizzare tali progressi tec- nologici per incorporare al meglio la potenza di calcolo negli oggetti di tutti i giorni, fornendo interazioni che risultino im- mediate, personalizzate e piacevoli; interazioni così integrate con le nostre vite da “scomparire”, massimizzando il comfort e efficienza. In ambito domestico, ciò significa facilitare la co- municazione tra utenti e oggetti per la gestione dell’ambien- te domestico (Cook, 2012; Firth et al., 2013).
Nel contesto Smart Home stanno diventando comuni og- getti intelligenti come TV, luci, altoparlanti e aria condiziona- ta, rivelando un punto dolente condiviso: l’interazione con elettrodomestici intelligenti spesso implica più telecomandi o applicazioni specifiche per la gestione del loro funziona- mento. Un problema che oggi viene spesso superato grazie ai citati smart speaker, in grado di riconoscere e connettersi a più oggetti e dispositivi smart, funzionando come un hub di gestisce di operazioni e funzioni. Il mercato continua a fa- vorire quelle interfacce che tentano di andare oltre le GUI,
ComScore ha stimato che nel 2020 circa il 50% delle opera-
zioni su tali oggetti o ecosistemi di oggetti interconnessi sa- ranno gestite tramite interfacce conversazionali, rendendo la voce un vero contendente di touchscreen, tastiere e app. Tuttavia, specifici scenari e contesti di utilizzo rendono i VUI una scelta spesso poco adatta, come nel caso di luoghi ru-
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morosi o affollati, o al contrario di ambienti o situazioni in cui è sconsigliato parlare ad alta voce, o anche in caso di disposi- tivi che sono pensati per essere gestiti da varie persone. Inol- tre, i VUI implicano intrinsecamente problemi di accessibilità, come l’opportunità di essere utilizzati da utenti che soffrono di sordità e/o incapacità di parlare.
Insieme al trend delle interfacce conversazionali (Pearl, 2016), cresce l’interesse per il recupero di una dimensione analogica, dove la materialità è apprezzata e ricercata (Ka- rana et al., 2015). Tenendo conto di questi aspetti, abbiamo continuato a studiare le nuove possibilità derivanti dalle in- terfacce incorporate nelle superfici (Tolino et al., 2019), po- nendo la nostra attenzione sui tessuti intelligenti (Baurley, 2004). Questo dopo aver sperimentato e testato l’incorpora- mento in legno e pelle (Wired.it, 2014).
Espandendo il concetto di materialità, ci siamo quindi con- centrati sui tessuti intelligenti, in quanto possono sfruttare caratteristiche come la capacità di rilevare e rispondere a stimoli elettrici, meccanici, magnetici, ottici, termici o chimici pur avendo l’aspetto e la sensazione dei fili tradizionali, per- sonalizzabili dalla flessibilità al colore (Acar et al., 2019). L’in- novazione che ha portato alle prestazioni odierne è alla base dell’interfaccia qui presentata: un controller digitale che può essere integrato senza soluzione di continuità nel tessuto. Sul tema, due casi di studio richiedono una particolare atten- zione: Project Jacquard di Google e Arduino LilyPad. Il primo è il risultato di un’intensa esplorazione condotta da Google per le tecnologie di produzione che intrecciano in modo flu- ido e senza soluzione di continuità l’interattività in oggetti e ambienti di uso quotidiano sfruttando informatica ed e-texti-
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le. Dal 2015, il progetto ha sviluppato filati altamente condut- tivi per la tessitura di connessioni flessibili tra componenti elettronici in tessuto. Il progetto ha contribuito all’avanza- mento di conoscenza che ha portato un forte impatto sullo stato dell’arte sull’argomento, producendo vari componenti e connettori micro elettronici capaci di rispondere a diverse tipologie di feedback: tattile, visivo, uditivo e oltre (Poupyrev et al., 2016). In termini di prodotti, Project Jacquard ha poi portato allo sviluppo di Tag Jacquard, un mini dispositivo ri- caricabile, dotato di BlueTooth e LED in grado di controllare lo smartphone tramite gesti della mano sul tessuto. Attivan- do partnership, Tag Jacquard è diventato parte della nuova
Levi’s Trucker Jacket e dello zaino Cit-e di Saint Laurent, che
incorporano la tecnologia Jacquard per scattare selfie e foto a distanza e interagire con l’Assistente Google (Google, n.d.). Il secondo caso di studio è LilyPad Arduino (2007 e LilyPad
ProtoSnap nel 2017), una PCB di forma rotonda progettata
per tessuti e dispositivi indossabili intelligenti. LilyPad Ar-
duino può essere cucito al tessuto, e le numerose linguette
lungo il bordo rotondo della PCB consentono di assemblare insieme alimentatori, sensori e attuatori, nonché diversi mo- duli utilizzando un filo conduttivo che crea connessioni sia fisiche che elettriche (Buechley & Eisenberg, 2008, 2009). I moduli LilyPad sono fatti per essere facilmente collegabili e intercambiabili, e il sistema di per sé è semplice e intuitivo, favorendo l’accessibilità e un ampio utilizzo. Tuttavia, la na- tura dell’oggetto e dei suoi componenti lo rende riconoscibi- le al tatto: sia i moduli che gli attivatori possono essere per- cepiti sotto il tessuto. Essendo un sistema Arduino, LilyPad è progettato e utilizzato principalmente per sviluppo di pro- totipi (Posch et al., 2019), e non per essere integrato nella
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produzione industriale. Di conseguenza, non è stato oggetto di miglioramenti volti a rendere i moduli e i componenti im- percettibili al tatto.
Partendo da questo ragionamento, nella startup THINGK (thingk.design), spin-off del Politecnico di Milano che esplo- ra le tecnologie interattive progettando prodotti che vanno dalla Home Appliance al mercato Hi-Tech e Media, abbiamo investigato la possibilità di un’interfaccia flessibile e adatta- bile, in grado di essere incorporata nel tessuto dell’oggetto, rendendo la superficie stessa interattiva (TRL 9). Seguendo i nostri interessi di ricerca, che si riassumono nel nostro desi- derio di aumentare oggetti di uso quotidiano attraverso dei superpoteri, la nostra progettualità si affianca a una nozio- ne che consideriamo particolarmente affascinante, quella di
memoria d’uso (F. R. Wilson, 1999). Negli anni, questa visione
ci ha portato a esplorare possibili applicazioni che prevedo- no manipolazioni analogiche su oggetti che nascondono una dimensione digitale, riecheggiando interazioni dirette radi- cate nei nostri usi.
Metodologia di ricerca e progetto
In THINGK, conduciamo ricerca e sviluppo combinando un approccio di innovazione guidato dal design (Saffer, 2006; Utterback et al., 2006; Verganti, 2009) attraverso un design focalizzato sull’utente (Abras et al., 2004; Julier, 2013; Kraft, 2012), con l’obiettivo di coinvolgere i fruitori finali e spesso anche gli stakeholder durante l’intero processo di progetta- zione: dalla raccolta di approfondimenti sul mercato al test dei prototipi e all’analisi delle loro esperienze.
Il nostro processo di progettazione consiste in quattro fasi: (1) ricerca, (2) progettazione, (3) sviluppo e (4) produzione.
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La ricerca consiste in una desk research sulle tendenze tecno- logiche e di stili di vita, ricerca di casi di studio, best practice e analisi dello stato dell’arte. Le fasi di progettazione e sviluppo sono iniziate nel 2017 a seguito di processi iterativi di test e implementazione. Mentre la progettazione è stata eseguita internamente a THINGK, lo sviluppo ha coinvolto una PMI lo- cale specializzata nel settore dell’arredamento per la realiz- zazione di prototipi. I test iniziali sono stati condotti con pic- coli gruppi di progettisti. Successivamente, durante la Milano Design Week 2017, si è svolto un ampio test sul campo, dove sono stati esposti due prototipi in fase avanzata, incontran- do una massiccia esposizione. Ciò ha garantito la raccolta di una quantità importante di dati e feedback che ci ha guidato nell’implementazione. I prototipi sviluppati sono quindi stati valutati con gruppi selezionati di product e interaction desi- gner. I dati sono stati raccolti conducendo l’osservazione dei partecipanti e le interviste semi-strutturate. È attualmente in corso la fase di produzione che si sta svolgendo in colla- borazione con diverse PMI italiane, realizzando interfacce incorporate nei tessuti su vari prodotti attraverso specifiche partnership.
Di seguito, presentiamo il processo di progettazione che ha portato allo sviluppo di un’interfaccia che, incorporata nel tessuto, rende la superficie tessile un controller digitale.
Inizialmente concepita e testata come incorporata in un cu- scino da divano.
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Progettare un’interfaccia tessile smart
L’interfaccia sviluppata si posiziona su uno smart object col- locato in un segmento di mercato, quello degli Smart Ap- pliance, in cui gli assistenti vocali rappresentano la categoria di concorrenti in crescita, mentre i telecomandi e le app uni- versali sono gli standard. L’e-textile diventa la tecnologia che abbiamo scelto per sperimentare un’interfaccia che utilizza tessuti intelligenti come parte di una UI che svolge funzioni essenziali pur essendo elegante, discreta e immediata. Riconoscendo che le superfici si inseriscono in un ecosistema (Taylor et al., 2007) sviluppando il concept dell’interfaccia, ci siamo attenuti ai principi della calm technology (Case, 2015; Weiser & Brown, 1996). Di fatto, l’interfaccia segue il prin- cipio secondo cui la tecnologia dell’informazione dovrebbe essere umana e facilmente comprensibile, migliorando la nostra vita quotidiana piuttosto che creare distrazioni o di- sturbi. Secondo i principi della calm technology, l’attenzione dovrebbe essere catturata senza problemi quando necessa- rio, mentre quanto non necessaria, la tecnologia dovrebbe rimanere discretamente in secondo piano.
L’interfaccia sviluppata è un sistema di controllo digitale di tipo smart textile incorporato nella schiuma di poliuretano utilizzata per assemblare un cuscino. Si basa su una combi- nazione di e-textile (trigger) e processori (calcolo). L’e-textile utilizzato è un tessuto capacitivo con fibre d’argento colle- gate a componenti elettronici. Il compito attribuito alla su- perficie interattiva è lavorare come una serie di interruttori on-off. Considerando tale obiettivo, il sistema è costruito per fornire i dati tipici di pulsanti touch control, garantendo nel contempo flessibilità e comfort tipici di un tessuto. Il tessuto capacitivo è stato posizionato sulla superficie della schiuma
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di poliuretano, mentre il sistema centrale è incorporato più in profondità nel corpo schiumoso del cuscino. Sebbene per la nostra sperimentazione abbiamo impiegato il poliureta- no espanso, l’integrazione è di fatto possibile anche con altri polimeri reticolati che vengono utilizzati sia nella produzio- ne dei cuscini che nel rivestimento morbido delle superfici. Realizzare l’interfaccia sfruttando la tecnologia smart textile permette di avere una superficie di tessuto che svolge la fun- zione di vari pulsanti; in parallelo, l’integrazione del sistema centrale nel corpo del prodotto rende la soluzione molto ro- busta. Poiché la tecnologia è integrata in un materiale mor- bido (un cuscino nel nostro primo caso d’uso), è possibile far cadere il dispositivo senza rischi. Inoltre è anche possibile pressare e stirare il prodotto (come un normale cuscino). I motivi che ci hanno portato ad utilizzare un tessuto capa- citivo piuttosto che uno conduttivo sono di tipo tecnico, uni- tamente a vantaggi di progettazione e benefici economici a lungo termine legati alla tecnologia. Gli e-textiles capacitivi possono essere cuciti sulla superficie o semplicemente po- sizionati sotto il tessuto di rivestimento. Pertanto, senza in- terferire con le operazioni che l’interfaccia è programmata per eseguire, l’integrazione di fibre capacitive sotto un altro tessuto permette di progettare liberamente l’estetica del ri- vestimento. Ciò significa ampia libertà creativa e di perso- nalizzazione per i designer. In prospettiva, l’uso di materiali capacitivi apre a possibili implementazioni in termini di in- terazioni gestuali che risultano particolarmente complicate utilizzando materiali conduttivi; un esempio è pizzicare per ingrandire. Inoltre, l’utilizzo di sensori capacitivi ci permet- te di sfruttare le economie di scala degli smartphone, che fanno un uso massiccio di tale tecnologia. Questo garantisce
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Fig 1. Casi d’uso: A. Modalità standby; B. Gesture per aumentare o diminuire
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anche una riduzione costante dei prezzi nel tempo, oltre alla possibilità di un rapido aggiornamento e miglioramento del- la tecnologia, in quanto oggetto costante di ricerca e svilup- po per il mercato degli smartphone.
Il controller è composto da 4 superfici tessili intelligenti (pa- tch) accoppiate in due bande verticali parallele (fig. 1a). Nel caso d’uso sviluppato, una regola il volume (patch 1 e 2, aree di controllo a sinistra) e l’altra abbassa le luci (patch 3 e 4, aree di controllo a destra). Il sistema non legge la posizione del dito lungo la superficie bidimensionale, ma la presenza in un punto. Abbiamo introdotto due aree di controllo (ban- de d’ora in avanti) per aumentare il numero di interazioni sfruttando il materiale capacitivo e le sue caratteristiche. Per attivare un’azione è necessario agire su due punti di con- tatto. In questo modo viene fornita un’indicazione della di- rezione (fig. 1b ) che può essere tradotta in comandi come aumentare (patch 1> 2 e 3> 4) o diminuire (patch 2>1 e 4> 3). In alternativa, è possibile toccare ripetutamente il pun- to della fascia in cui si trova il punto di contatto. Oltre ad aumentare il numero di operazioni eseguibili – gestendo le due funzionalità abbinate – le quattro patch di controllo hanno permesso di tracciare il movimento della mano tra le bande stesse. Un movimento che non è più verticale (su una banda: su per aumentare, giù per diminuire) o orizzontale (operando su due bande: patch 2 + 4 per aumentare, o 1 + 3 per decrescente, operando sui due dispositivi accoppiati al stesso tempo), ma obliquo, che può essere associato ad al- tre funzioni, come l’attivazione della sequenza di accensione (fig. 1c, nell’ordine, patch 1, 2, 3 e 4). Questa sequenza con- sente al controller di uscire dalla modalità standby (sblocco),
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che si innesca dopo 120 secondi di inattività, per il risparmio energetico. Tale interazione evita l’attivazione involontaria del comando semplicemente appoggiando parti del corpo sull’area sensibile, un caso frequente considerando data la natura e il contesto del cuscino.
Quindi, per comunicare visivamente la presenza dell’inter- faccia, le bande sono state individuate tramite gradienti bi- colori stampati in modo speculare (come visibile in fig. 2). Questo grafico simbolico ha lo scopo di rappresentare visi- vamente la crescita e la decrescita dell’intensità.
Durante lo sviluppo del cuscino abbiamo considerato i casi d’uso e le interazioni più frequenti, nonché le reazioni, rispo- ste e feedback attese dall’interazione con l’oggetto. Inoltre, facendo affidamento sull’accelerometro, l’oggetto è pro- grammato per rilevare l’orientamento per (i) accensione e (ii) uscita dalla modalità standby una volta ruotato verso l’alto. In termini di tecnologia informatica, il sistema centrale del controller è costituito da:
BlueTooth (per comunicare con Smart TV, laptop e
tablet)+ Wi-Fi (per comunicare con le nuove generazio- ni di lampadine intelligenti con e senza bridge) + In- fra-Red (per comunicare con alcuni televisori);
Batteria ricaricabile agli ioni di litio con sistema di ri-
carica compatibile con lo standard Qi, che consente la procedura di ricarica wireless;
Un accelerometro per rilevare l’orientamento (e le va-
riazioni di orientamento), permettendoci di program- mare l’interfaccia smart per l’attivazione quando è ri- volta verso l’alto;
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gestione dell’interfaccia, poiché abbiamo focalizzato la nostra attenzione sulla gestione dell’energia, con l’o- biettivo di ridurre il più possibile il consumo di energia;
Un led per segnalare lo stato di stand-by o acceso
quando l’interazione è in corso.
Per accoppiare l’e-textile con i dispositivi da controllare, ab- biamo sviluppato un’apposita app che funziona come un hub e che dialoga utilizzando i protocolli BlueTooth e Wi-Fi a seconda della necessità. L’intero sistema funziona quindi come una combinazione di (i) e-textile che rileva e comunica gli input a (ii) il sistema centrale dell’interfaccia incorporato nel cuscino dove avviene l’interpretazione e il calcolo; e (iii) una app responsabile del collegamento tra il nucleo dell’in- terfaccia e i dispositivi.
La decisione di implementare il sistema con una app è dovu- ta principalmente alla necessità di accoppiare diversi dispo- sitivi. Ciò permette di superare un problema non trascurabile relativo al rischio di obsolescenza che caratterizza i prodotti samrt: a differenza del software che può essere facilmente aggiornato dai produttori, l’hardware è difficilmente modifi- cabile o aggiornabile. Per affrontare un rischio così elevato di obsolescenza tecnologica, soprattutto considerando il rit- mo veloce dell’evoluzione digitale e dei progressi tecnologici (Jones et al., 2020), abbiamo deciso di gestire e impostare l’interfaccia tramite un’app aggiornabile facilmente. Ad oggi è possibile accoppiare l’interfaccia con un massimo di due oggetti, associando un comando ad ogni area di controllo ma i nostri scenari di utilizzo presuppongono il controllo di più dispositivi in una stanza. In un primo momento abbiamo deciso di controllare la luce e il suono che sono le due carat-
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teristiche principali dell’area living. L’app è stata concepita come un ponte che associa due funzioni controllate dall’in- terfaccia ad altrettanti dispositivi smart presenti in casa. Dall’identificazione dei dispositivi al loro accoppiamento con il cuscino come “telecomando”, ciò risolve una funzione di interoperabilità, aggirando la maggior parte dei problemi di incompatibilità che derivano dalla mancanza di driver. Di fat- to, un sistema controllato in digitale consente di aggiornare e potenziare la tecnologia, senza essere soggetta all’obsole- scenza dei dispositivi associati. Inoltre, permette di aggior- nare e personalizzare le funzioni dell’interfaccia abbinando- la ai nuovi dispositivi wireless che arriveranno sul mercato. Pertanto, se la prima serie di prove si è concentrata su luce e suono, un successivo esperimento potrebbe riguardare il controllo del volume del televisore e dell’intensità del condi- zionatore tramite il controllo intelligente a infrarossi.
Risultati: cosa ha funzionato e cosa no
Nel 2016 abbiamo avviato il test invitando gruppi selezionati di designer e utenti a interagire con i prototipi in fase inizia- le, osservati dal team di THINGK. In preparazione per questi test abbiamo accoppiato le due bande dell’interfaccia tessile intelligente rispettivamente a (i) una lampadina Philips HUE montata su una lampada e (ii) un iPad Apple.
Agli utenti è stato chiesto di operare sul volume e abbassare la luce. Sebbene l’intero sistema come l’interfaccia tessile in- telligente e la sua applicazione funzionassero perfettamen- te, si è verificato un primo problema. Poiché l’interfaccia era stata pre-impostata prima dell’arrivo degli utenti coinvolti nel