MINIMA: mitigare gli impatti negativi del monitoraggio di alti livelli di automazione.

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BrainSigns ha partecipato con l’Università di Bologna al progetto di ricerca MINIMA che ha lo scopo di studiare come mitigare gli impatti negativi sui controllori di volo di alti livelli di automazione nella strumentazione di controllo del traffico aereo.    

Il problema potrebbe diventare presto un problema cruciale negli ambienti operativi, in generale ed in particolare nel Controllo del Traffico Aereo. Può essere gestito misurando in tempo reale il cosiddetto “Fattore Umano”, utilizzando anche le più innovative tecnologie derivanti dalle neuroscienze e le neuromatriche di BrainSigns.   MINIMA PROJECT 1

IL PROBLEMA: 

In ambiente di controllo operativo è in atto una sempre maggiore tendenza ad automatizzare le interfacce ed i sistemi normalmente utilizzati dagli operatori, con l’obiettivo di supportare l’operatore stesso nelle sue attività e migliorare dunque la qualità e la sicurezza del servizio offerto. Non è esente da tale tendenza il settore della Gestione del Traffico Aereo (ATM, Air Traffic Management).

Questa tendenza comporta però un parallelo cambiamento nelle mansioni dell’operatore, il cui compito rischia di ridursi alla supervisione di un sistema che svolge dei compiti al suo posto. Poiché anche i sistemi artificiali non sono infallibili è comunque necessaria la supervisione di un operatore umano pronto ad intervenire in caso di necessità ed è importante monitorare il verificarsi di fenomeni come ad esempio una eccessiva fiducia nel sistema o il mind wandering (l’operatore non pone più attenzione al task operativo, focalizzandosi invece su pensieri e immagini che il più delle volte sono slegati dal contesto circostante). L’operatore in contesti di forte automazione più che di stanchezza potrebbe soffrire il fenomeno di “Out-of-the-loop” (Mica R. Endsley ,1995). 

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OBIETTIVO RICERCA:

Il Progetto MINIMA (MItigating Negative Impacts of Monitoring high levels of Automation), ha in particolare l’obiettivo finale di sviluppare un Sistema in grado di misurare in tempo reale il livello di Attenzione e Vigilanza dei Controllori di Traffico Aereo, sulla base della loro attività cerebrale ed oculare, per adattare al meglio il grado di automazione dell’interfaccia ATM utilizzata ed evitare fenomeni di “out of the loop”. Si tratta di Automazione Adattiva: se il Controllore risulta adeguatamente “vigile”, l’interfaccia effettuerà la maggior parte delle funzioni in modalità automatica. Viceversa se verrà misurato un significativo decremento del livello di vigilanza del Controllore l’interfaccia gli assegnerà il controllo manuale di alcune funzioni, in modo da prevenire fenomeni come quello dell’Out-of-the-Loop, ossia perdere temporaneamente la consapevolezza sullo stato attuale dell’ambiente circostante, il che comporterebbe un grave e pericoloso peggioramento delle sue prestazioni.

STRUMENTI UTILIZZATI NELLA RICERCA:

  • Electroencefalogramma (EEG)
  • Eyetracker

DESCRIZIONE DELLA RICERCA:

 Il progetto MINIMA rientra nel programma Europeo Horizon 2020, in particolare sotto il ramo di SESAR Joint Undertaking, e vede coinvolti:

  • DLR, il Centro di ricerca Tedesco in Aerospazio;
  • L’Università di Bologna, ed in particolare il Dipartimento di Ingegneria Industriale con annesso laboratorio di Realtà Virtuale;
  • BrainSigns srl, responsabile delle registrazioni ed analisi dei biosegnali nonché sviluppatore del misuratore di Attenzione e Vigilanza;
  • ONERA, Centro di ricerca Francese in Aerospazio;
  • ENAV Spa (Ente Nazionale di Assistenza al Volo), provider delle figure professionali (Controllori) che partecipano al protocollo sperimentale.

L’attività sperimentale della ricerca si è articolata in due fasi:

  • La prima è stata incentrata nel correlare specifiche caratteristiche dell’attività cerebrale alle variazioni di vigilanza. Sono stati coinvolti 5 Controllori di Volo per uno studio pilota, la loro attività cerebrale è stata registrata attraverso 38 canali EEG e tali dati sono stati utilizzati offline per mettere a punto il Misuratore di Vigilanza;
  • Nella seconda fase del progetto, il Misuratore è stato validato reclutando 15 Controllori di Volo professionisti, ai quali è stato chiesto di utilizzare l’interfaccia ATM in due modalità, una del tutto automatica ed una in cui il livello di automazione è regolato (Automazione Adattiva) dalla misurazione in tempo reale del livello di Attenzione e Vigilanza del Controllore stesso. Le analisi dei dati avranno l’obiettivo di dimostrare che è possibile adattare in maniera efficace il livello di automazione dell’interfaccia, dunque incrementando il livello globale di Vigilanza e le prestazioni del Controllore rispetto allo scenario con Automazione fissa sul livello massimo. Tale fase è in corso di svolgimento. 

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RISULTATI DELLA RICERCA:

 La prima fase del progetto si è conclusa con i seguenti risultati:

  • BrainSigns ha verificato la possibilità di registrare, anche in un contesto altamente realistico, specifiche caratteristiche di attività cerebrale correlate allo stato di Vigilanza, riducendo il numero di elettrodi necessari da 38 a 14;
  • BrainSigns ha sviluppato un prototipo per la misurazione in tempo reale della Vigilanza di un operatore sulla base della sua attività cerebrale, chiamato Brain Vigilance Reader (BVR). Durante lo studio pilota della prima fase, tale misuratore ha ottenuto performance di corretta classificazione del livello di vigilanza pari all’80%.

La seconda fase (Validazione) è attualmente in corso, con l’obiettivo di testare l’interazione online tra BVR e interfaccia ATM, dimostrando se e come questo sistema possa essere utilizzato per migliorare l’interazione tra uomo e macchina in tali ambienti, col fine ultimo di incrementare gli standard di sicurezza del servizio.

 

 

Gianluca

Bioengineering Researcher

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