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Hdr Année : 2021

Tools and methods for Human-Autonomy Teaming: contribution to cognitive state monitoring and system adaptation

Méthodes et outils pour le développement des Équipes Humains – Systèmes Autonomes : contribution à l’évaluation des états cognitifs de l’opérateur et à l’adaptation des systèmes sociotechniques

Résumé

The Human-Autonomy Teaming paradigm (HAT) has recently emerged to model and design hybrid teams, where a human operator must cooperate with an artificial agent, able to independently evolve in dynamic and uncertain situations. An important challenge in HAT is to transform autonomous systems into better teammates, capable of joining humans in highly interdependent activities. The presented works explore two main avenues, supported by industrial collaborations (in the domain of transportation and industrial systems), academic partnerships (especially with South Australian universities), and with the supervision PhD students. The first axis deals with the monitoring of cognitive states, to equip the machine with an ability to detect when human face difficulties. To address this question, a global approach is proposed to classify operator’s mental workload from the fusion of multi-sourced physiological and behavioral data. The second axis focused on the mechanisms for adapting human-autonomy teaming, making machine more “compatible” with human. Two kinds of solution are explored. One focused on the offline enhancement of the know-how-to-cooperate of machines, with the aid of CWA method and MDE techniques. The other deals with online adaptation of human-machine cooperation, where autonomous system can be considered inside the team - as a teammate - or above the team - as a coach. Finally, new research directions are opened, supported by ongoing initiatives in France and abroad. These perspectives relate to the consolidation of a multilevel approach for cognitive state monitoring, the building of a transparent dialogue between human and autonomy, a deeper consideration of transitional and longitudinal situations in HAT, and the scale-up challenge of studying HAT with human teams.
Le paradigme Human-Autonomy Teaming (HAT) a récemment émergé pour concevoir des équipes hybrides, dans lesquelles un opérateur humain coopère avec un agent artificiel autonome. Un défi majeur est de transformer cet agent autonome en un meilleur coéquipier, capable de plus d’interdépendance avec les humains. Les travaux présentés explorent deux axes, soutenus par des collaborations industrielles (dans les domaines du transport et des systèmes industriels), des partenariats académiques (notamment l'Australie Méridionale), et l'encadrement de doctorants. Le premier axe porte sur le suivi des états cognitifs, afin de doter la machine d'une capacité de détection des difficultés rencontrées par l'humain. Pour répondre à cette question, une approche globale est proposée pour classifier la charge mentale de l'opérateur à partir de la fusion de données physiologiques et comportementales. Puis sont explorés les mécanismes de régulation mis en oeuvre par les humains, en étudiant le concept de contrôle cognitif et sa relation avec la charge mentale. Le deuxième axe traite des mécanismes d'adaptation de ces équipes, pour rendre la machine plus "compatible" avec l'homme. Deux pistes sont explorées. L'une porte sur l'amélioration hors ligne du savoir-coopérer des machines, à l'aide de la méthode CWA et des techniques IDM. L'autre s’intéresse à l'adaptation en ligne de la coopération homme-machine, où le système autonome peut être un coéquipier à l'intérieur de l'équipe, ou un coach au-dessus de l'équipe. Enfin, des pistes de recherche sont ouvertes, soutenues par des initiatives en cours en France et à l'étranger. Elles concernent la consolidation d'une approche multi-niveau et neuro-ergonomique pour le suivi des états cognitifs, la construction d'un dialogue transparent entre l'humain et l'agent autonome, une prise en compte des situations transitoires et longitudinales, et le passage à l'échelle pour étudier des configurations plus complexes de ces équipes hybrides.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03430791 , version 1 (16-11-2021)
tel-03430791 , version 2 (15-01-2022)
tel-03430791 , version 3 (18-01-2023)

Identifiants

Citer

Philippe Rauffet. Tools and methods for Human-Autonomy Teaming: contribution to cognitive state monitoring and system adaptation. Human-Computer Interaction [cs.HC]. Université Bretagne Sud, 2021. ⟨tel-03430791v3⟩
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