Evaluation of Modular Actuated Tangible User Interfaces

"Tangible Computing" is an active area of research in the field of human-computer-interaction. Its intention is the design of intuitive and meaningful user interfaces through a tight coupling of physical and virtual objects. Virtual objects are represented by a physical representation, which enhances interaction by feeling and direct physical manipulation, making the interaction "tangible". A key aspect are so-called "Tangible User Interface Objects" (short "tangibles"). These physical object are typically used on an interactive work surface to allow the manipulation of virtual objects and models. Tangible user interfaces provide unique properties like intuitive use, immediate feedback and minimal necessary visual attention.

Existing systems utilize physical objects in interaction tasks for input only, enabling the user to communicate changes to the system. Changes of the virtual objects on the other hand are not reported to the user in a similar way, since the employed tangibles do not have any output channels. Self-positioning tangibles, so-called "actuated" tangibles, have been researched only sparsely so far; all existing solutions have significant technical limitations and require considerable construction effort.

In the course of this project we developed new "Actuated Tangible User Interface Objects" (short ACTOs) in order to address this situation. A flexible and modular design allows the integration of different input and output devices, ranging from simple buttons over complex sensors to graphical displays or active mechanical components. Typically integral parts like actuation mechanism or tracking technology can be individually customized and interchanged. This makes the ACTO system ideal for research and education.

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„Tangible Computing“ ist ein aktives Forschungsfeld im Bereich Mensch-Computer-Interaktion. Das Ziel ist die Entwicklung intuitiver und ausdrucksstarker Benutzerschnittstellen durch stärkere Kopplung von physischen und virtuellen Objekten. Dabei wird virtuellen Gegenständen eine physische Repräsentation verliehen, wodurch sie leichter erfahrbar und manipulierbar, also „Tangible“ (engl. greifbar, fühlbar, erlebbar), werden. Einen Schwerpunkt der Forschung stellen sogenannte „Tangible User Interface Objects“ (kurz Tangibles) dar. Dabei handelt es sich um physische Objekte welche auf einer interaktiven Arbeitsfläche benutzt werden, um virtuelle Objekte und Modelle zu manipulieren. Angreifbare Benutzerschnittstellen bieten einzigartige Eigenschaften, wie beispielsweise intuitive Verwendbarkeit, unmittelbares Feedback und minimale notwendige visuelle Aufmerksamkeit.

Existierende Systeme verwenden meist physische Interaktionsobjekte ausschließlich zur Eingabe, um Änderungen durch einen Benutzer an das System weiterzuleiten. Änderungen der virtuellen Objekte können aber nicht auf gleiche Weise an den Benutzer zurückgegeben werden, da die eingesetzten Tangibles über keinerlei Ausgabekanäle verfügen. Selbst positionierbare, sogenannte „Actuated“ (engl. in Gang gebracht, ausgelöst, betätigt) Tangibles, wurden bisher nur wenig erforscht. Alle existierenden Lösungen haben große technische Einschränkungen und stellen außerdem einen großen Konstruktionsaufwand dar.

Im Rahmen dieses Projekts wurden daher neue „Actuated Tangible User Interface Objects“ (kurz ACTOs) entwickelt, welche diese Einschränkungen aufheben. Ein flexibles, modulares Design ermöglicht die Integration unterschiedlichster Ein- und Ausgabemodalitäten von einfachen Buttons über komplexe Sensoren bis zu Displays und aktiven mechanischen Komponenten. Üblicherweise unveränderbare Bestandteile wie der Fortbewegungsmechanismus oder die Technik zur Positionsbestimmung können individuell angepasst und ausgetauscht werden. Damit bietet sich unsere ACTO-Plattform besonders für den Einsatz zu Forschungszwecken und in pädagogischem Kontext an.