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Title: Human-in-the-Loop Cyber-Physical-Systems based on Smartphones
Authors: Nunes, David Sousa 
Orientador: Silva, Jorge Sá
Keywords: Human-in-the-Loop; Smartphones; Sistemas Ciber-Físicos; Humanos na malha de controlo; Cyber-Physical Systems
Issue Date: 4-Dec-2017
Citation: NUNES, David Sousa - Human-in-the-loop cyber-physical-systems based on smartphones. Coimbra : [s.n.], 2017. Tese de doutoramento. Disponível na WWW: http://hdl.handle.net/10316/41911
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/SFRH/SFRH/BD/94760/2013/PT 
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: Technological devices increasingly become smaller, more mobile, powerful and efficient. However, each time we have to hurdle through unintuitive menus, errors and incompatibilities we become stressed by our technology. As first put forward by the renowned computer scientist Mark Weiser, the ultimate form of computers may be an extension of our subconscious. The ideal computer would be capable of truly understanding people's unconscious actions and desires. Instead of humans adapting to technology and learning how to use it, it would be technology that would adapt to the disposition and uniqueness of each human being. This thesis focuses on the realm of Human-in-the-loop Cyber-Physical Systems (HiTLCPSs). HiTLCPSs infer the users’ intents, psychological states, emotions and actions, using this information to determine the system's behavior. This involves using a large variety of sensors and mobile devices to monitor and evaluate human nature. Therefore, this technology has strong ties with wireless sensor networks, robotics, machine-learning and the Internet of Things. In particular, our work focuses on the usage of smartphones within these systems. It begins by describing a framework to understand the principles and theory of HiTLCPSs. It provides some insights into current research being done on this topic, its challenges, and requirements. Another of the thesis' objectives is to present our innovative taxonomy of human roles, where we attempt to understand how a human may interact with HiTLCPSs and how to best explore this resource. This thesis also describes concrete examples of the practical usage of HiTL paradigms. As such, we included a comprehensive description of our research work and associated prototypes, where the major theoretical concepts behind HiTLCPS were applied and evaluated to specific scenarios. Finally, we discuss our personal view on the future and evolution of these systems.
A tecnologia tem vindo a tornar-se cada vez mais pequena, móvel, poderosa e eficiente. No entanto, lidar com menus pouco intuitivos, erros, e incompatibilidades, causa frustração aos seus utilizadores. Segundo o reconhecido cientista Mark Weiser, os computadores do futuro poderão vir a existir como se fossem uma extensão do nosso subconsciente. O computador ideal seria capaz de entender, em toda a sua plenitude, as ações e os desejos inconscientes dos seres humanos. Em vez de serem os humanos a adaptarem-se à tecnologia e a aprender a usá-la, seria a tecnologia a aprender a adaptar-se à disposição e individualidade de cada ser humano. Esta tese foca-se na área dos Human-in-the-loop Cyber-Physical Systems (HiTLCPSs). Os HiTLCPSs inferem as intenções, estados psicológicos, emoções e ações dos seus utilizadores, usando esta informação para determinar o comportamento do sistema ciber-físico. Isto envolve a utilização de uma grande variedade de sensores e dispositivos móveis que monitorizam e avaliam a natureza humana. Assim sendo, esta tecnologia tem fortes ligações com redes de sensores sem fios, robótica, algoritmos de aprendizagem de máquina e a Internet das Coisas. Em particular, o nosso trabalho focou-se na utilização de smartphones dentro destes sistemas. Começamos por descrever uma estrutura para compreender os princípios e teoria associados aos HiTLCPSs. Esta análise permitiu-nos adquirir alguma clareza sobre a investigação a ser feita sobre este tópico, e sobre os seus desafios e requisitos. Outro dos objetivos desta tese é o de apresentar a nossa inovadora taxonomia sobre os papeis do ser humano nos HiTLCPSs, onde tentamos perceber as possíveis interações do ser humano com estes sistemas e as melhores formas de explorar este recurso. Esta tese também descreve exemplos concretos da utilização prática dos paradigmas HiTL. Desta forma, incluímos uma descrição do nosso trabalho experimental e dos protótipos que lhe estão associados, onde os conceitos teóricos dos HiTLCPSs foram aplicados e avaliados em diversos casos de estudo. Por fim, apresentamos a nossa perspetiva pessoal sobre o futuro e evolução destes sistemas.
Description: Tese de doutoramento em Ciências e Tecnologias da Informação, apresentada ao Departamento de Engenharia Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/41911
Rights: openAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Informática - Teses de Doutoramento

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