Tema4.InteracciónHumano-Máquina. Resumen de la Clase Magistral.

Prof. Ángel Correa Torres.

Curso de Ergonomía Cognitiva 2017-2018.

Universidad de Granada.

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Ergonomía Cognitiva. Grado en Psicología

Este documento incluye las diapositivas y el resumen de los comentarios del

profesor correspondientes a la clase magistral sobre Interacción Humano-Máquina

del curso de Ergonomía Cognitiva en el Grado de Psicología de la Universidad de

Granada en su edición de 2017-2018.

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Cómo citar este documento:

Correa, A. (2018, Marzo). Interacción Humano-Máquina. Clase magistral

presentada en el Curso de Ergonomía Cognitiva 2017-18, Universidad de Granada.

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Deseo que este material te resulte útil y agradable como herramienta de

aprendizaje.

Ángel Correa Torres

Profesor Titular de Neuroergonomía

y Ergonomía Cognitiva

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Ergonomía Cognitiva. Grado en Psicología

Índice

0. Contextualización del tema .................................................................................... 4

1. Un viaje ergonómico en el tiempo ......................................................................... 4

2. La pesadilla y el sueño de la ingeniería ................................................................. 6

3. Las ironías de la automatización ........................................................................... 7

4. Abusos, desusos y malos usos de la automatización ........................................... 8

5. Estar fuera del bucle (y cómo entrar) .................................................................. 10

6. Aplicaciones de la automatización interesantes para la Ergonomía Cognitiva ... 11

7. Referencias bibliográficas .................................................................................... 13

Palabras clave: automatización, Lista de Fitts, niveles de automatización, ironías de la automatización, comunicación bidireccional, feedback-retroalimentación, abuso, desuso y mal uso de la automatización, complacencia, decremento de vigilancia, desconfianza, exceso de confianza, “que viene el lobo” (cry wolf), fuera del bucle, teoría del control, consciencia de la situación, sistemas de ayuda a la conducción (ADAS), sistemas de información en el vehículo (IVIS), interfaz cerebro-computadora (BCI), robots sociales, psicología robótica.

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0. Contextualización del tema

Hasta ahora nos hemos centrado en factores específicos del individuo. Con el

objetivo ergonómico cognitivo de asegurar que las personas (especialmente

cuando están trabajando) puedan realizar las tareas mentales de forma cómoda,

fácil, eficiente y segura, nos hemos interesado por conocer y medir diferentes

estados del individuo que realiza dichas tareas.

Concretamente, hemos aprendido qué factores pueden propiciar que las

personas sufran sobrecarga (o infracarga) mental, experimenten fallos durante una

tarea de vigilancia o sientan fatiga mental. También sabemos ya cómo medir dichos

estados en diferentes dimensiones (subjetiva, conducta y fisiológica), y qué se

puede hacer en el caso de que las condiciones psicológicas de la persona puedan

suponer un peligro para la seguridad pública y para su salud, es decir, cómo se

podría plantear una intervención ergonómica para evitar o paliar dichos estados.

Sin embargo, no olvidemos que el objeto de estudio de la ergonomía no es

el individuo, ni tampoco el sistema, dispositivos o herramientas que utilice, sino la

combinación de ambos: la ergonomía estudia el individuo actuando sobre dicho

sistema. El tema que vamos a estudiar a continuación es un claro reflejo de esta

concepción actual de la ergonomía, donde aprenderemos sobre la dinámica de

interacción entre los humanos y las máquinas.

1. Un viaje ergonómico en el tiempo

¿Por qué en ergonomía estudiamos las máquinas? ¿Cómo llegan las máquinas a

nuestras vidas?

Porque son las herramientas de nuestro tiempo. Si hacemos un largo viaje

en el tiempo, un repaso por la historia de la humanidad, Probablemente podamos

remontar los orígenes de la ergonomía al momento en que los humanos comienzan

a fabricar utensilios para su vida diaria: herramientas para cazar, para guardar,

preparar y cocinar los alimentos, etc. El diseño de estos utensilios va

evolucionando, se va refinando, por un proceso continuo de pilotaje o ensayo y

error (recordemos la “evolución natural del diseño” que comentaba Norman en su

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libro de 1990). Conforme entramos en nuevos periodos que cambian de forma

revolucionaria nuestra forma de vida, cambian las tareas, los objetivos y por tanto

las herramientas que necesitamos diseñar para la consecución de los mismos.

Por ejemplo, con la aparición revolucionaria en el Neolítico de la agricultura y

la ganadería, surgen las tareas del cuidado del campo y los animales domésticos, y

la necesidad de inventar nuevos utensilios que faciliten dichas tareas: labrar la

tierra, construir casas y granjas, etc.

Después llega la Edad Antigua, que da comienzo al periodo histórico con la

invención de la escritura. La ergonomía tendría mucho que decir a la hora de

mejorar el diseño de procedimientos, herramientas y condiciones de trabajo donde

se realizan tareas de escritura.

“Curiosamente”, la Edad Media coincide con la invención de la imprenta. Si

la invención de la escritura resultó ser un poderoso instrumento de difusión del

conocimiento, imaginemos cuando aparece una máquina que es capaz de

“escribir” mucho más rápido y más eficientemente que un escribiente humano o

artesano de la escritura. Las máquinas...¿por qué son tan importantes? Porque

pueden hacer el trabajo de los humanos muy rápido y con poco esfuerzo.

Saltamos hasta la edad contemporánea, donde nos encontramos la

revolución industrial, comparable en trascendencia a la revolución neolítica, pues

ha cambiado radicalmente nuestra forma de vivir: pasamos de una sociedad rural a

una industrial. La revolución industrial está ligada a la invención de la máquina de

vapor alimentada por carbón. Los trabajadores artesanos pasan a trabajar a las

fábricas, y progresivamente son sustituidos por máquinas que realizan de manera

muy eficaz un trabajo sencillo y repetitivo, la producción en serie. Recordemos las

impresionantes imágenes del trabajador Charles Chaplin en la película “Tiempos

Modernos”.

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2. La pesadilla y el sueño de la ingeniería

Para entendernos, podemos simplificar mucho las cosas diciendo que la “pesadilla”

de la ingeniería es el ser humano. ¿Qué desventajas presenta un operario humano

en el contexto laboral (en relación con las máquinas)?

Las personas nos equivocamos, no somos buenos haciendo varias cosas

simultáneamente (multitarea), nos cansamos, nos ponemos enfermos, trabajamos

a cambio de dinero, y en comparación con las máquinas somos más ineficientes

(más lentos, menos productivos) en muchos casos. Por tanto, el sueño de la

ingeniería es reemplazar a los humanos en todas las tareas que se pueda, es decir,

la “automatización”.

En este contexto, la automatización se refiere a la ejecución que una

máquina realiza de una función o tarea que antes realizaba un humano

(Parasuraman y Riley, 1997). La automatización puede entenderse como un

continuo que va desde niveles mínimos de automatización, donde el control manual

es total, hasta la automatización total, donde la máquina ejerce el control absoluto

de todos los aspectos del proceso incluyendo la monitorización, de modo que la

persona sólo puede ver pero no controlar los resultados de dicho proceso.

En esta “fiebre” por automatizar las tareas al máximo surge una pregunta

clave: ¿Qué puede automatizarse y qué no, con garantías de eficiencia y

seguridad? Y, ¿cuál es el nivel de automatización óptimo? (cuanto control le damos

a la máquina, es decir, ¿qué funciones asignamos a los seres humanos y cuáles a

las máquinas?).

Para responder a esta pregunta surge la Lista de Fitts (1951), que pretende

establecer en qué son buenos los humanos y en qué las máquinas.

Qué hacemos mejor los humanos que las máquinas:

• Detectar pequeñas cantidades de energía en los estímulos (visuales o

acústicos).

• Percibir patrones de luz y sonido.

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• Improvisar y usar procedimientos flexibles.

• Almacenar grandes cantidades de información a largo plazo y recordar lo

relevante en el momento oportuno.

• Razonar inductivamente

• Emitir juicios

Qué hacen mejor las máquinas que los humanos:

• Responder rápidamente a señales de control y ejercer una gran fuerza

fácilmente y con precisión

• Ejecutar tareas repetitivas y rutinarias

• Almacenar información brevemente y después borrarla

• Computación y razonamiento deductivo

• Manejar operaciones complejas y realizar muchas tareas al mismo tiempo.

3. Las ironías de la automatización Volvamos a la idea fundamental: ¿para qué sirve la automatización?

Recordemos que el objetivo de automatizar las funciones es disminuir la

carga de trabajo (tanto la física como la mental), facilitando así el trabajo e

incrementando la producción y la seguridad. En resumen, se trata de ganar en

seguridad (prevenir el error humano), ganar en comodidad y ahorrar tiempo.

Sin embargo, en el campo de la automatización se dan dos grandes ironías,

es decir, su efecto es justamente lo contrario de lo esperado (Bainbridge, 1983).

En la automatización se pretende sustituir al humano (porque es ineficiente y

se equivoca) por una máquina, pero:

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1) Los diseñadores de dichas máquinas también son humanos y también se

equivocan. Por ejemplo, cuando realizan diseños que no están pensados para, que

no están centrados en el usuario.

2) Los humanos siguen siendo indispensables para todas aquellas tareas

que el diseñador no sabe automatizar.

De este modo, es frecuente encontrar la paradoja de que la automatización

puede incrementar la carga y la inseguridad. Concretamente, con la automatización

de procesos también surgen los grandes accidentes en las centrales nucleares, de

aviación, trenes y automóviles. Esto ocurre porque la automatización cambia la

naturaleza del trabajo, el tipo de errores y los problemas que surgen. Los sistemas

muy automatizados dejan cada vez menos funciones al operario, convirtiéndose

este en un vigilante pasivo en lugar de un participante activo. Esto conlleva el

problema de que el operario debe de mantener unos niveles adecuados de

vigilancia a lo largo del tiempo. Como hemos visto en un tema anterior, el nivel de

vigilancia tiende a disminuir a los pocos minutos de la realización de una tarea.

Otro problema aparece cuando surge un conflicto entre los objetivos del

usuario y los del sistema automático. Por ejemplo, el sistema operativo de un

ordenador que “decide” unilateralmente instalar automáticamente actualizaciones y

reiniciarse a pesar de que el usuario prefería seguir trabajando en ese momento.

Para evitar estos conflictos es importante diseñar artefactos que permitan una

buena comunicación bidireccional entre la persona y la máquina, de manera que

ambos puedan comunicar sus intenciones y metas de forma transparente

(recordemos el principio de diseño de “hacer que las cosas sean visibles”), para

que la interacción sea lo más efectiva y segura posible.

4. Abusos, desusos y malos usos de la automatización

Retomamos la cuestión que nos planteábamos: cuánto control debe cederse

a la máquina en la interacción entre personas y máquinas. Por un lado está claro

que las personas son falibles y que las máquinas pueden realizar multitud de

cómputos en paralelo con gran rapidez. Sin embargo, los sistemas automáticos

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también pueden fallar, bien por una avería de alguno de sus componentes, por un

fallo de diseño, o por carecer de la flexibilidad, las emociones y el conocimiento del

mundo que tienen las personas.

Cuando los humanos interaccionamos con las máquinas, podemos hacer

usos diferentes de la automatización. Según el tipo de uso, Parasuraman y Riley

(1997) distinguen entre abuso, desuso y mal uso. Se produce un mal uso de la

automatización cuando se confía excesivamente en la máquina sin ser consciente

de sus limitaciones. Desgraciadamente existen numerosos ejemplos de accidentes

en los que los pilotos de avión se habían dejado llevar por el piloto automático pero

no se habían percatado de que este se había desconectado o no funcionaba

correctamente. Es decir, se da el fenómeno de la complacencia, o exceso de

confianza en el sistema automático. Por otra parte, cuando dejamos de hacer una

tarea que ahora realiza una máquina, perdemos la práctica con ella, es decir,

perdemos pericia y habilidad en su manejo (se “olvida” a cambiar de marchas

eficientemente cuando llevas muchos años conduciendo un coche automático).

Cuando dejamos muchas funciones a la máquina, nos convertimos en sus

vigilantes: pasamos de realizar acciones (que nos mantienen activos y pendientes

de la tarea) a vigilar cómo esas acciones las realiza la máquina, por lo que también

aparece el deterioro en la ejecución (y posibles accidentes) debido al decremento de la vigilancia.

Por el contrario, cuando se desconfía de la máquina, por ejemplo un

sistema de alerta que es demasiado sensible y emite muchas falsas alarmas, los

operarios acaban por desconectar o no usar el sistema, ya que interfiere y resulta

molesto cuando se “equivoca” muy a menudo. Esto se conoce como “desuso”.

Aquí se ha descrito el fenómeno de “que viene el lobo” (cry wolf), basado en el

cuento donde el pastor que mentía frecuentemente de que venía el lobo para

mofarse de los vecinos al final no recibía ayuda de ellos cuando realmente lo

necesitaba.

En el caso del abuso de la automatización, este se produce por parte de los

diseñadores, que le confieren demasiado control al sistema sin tener en cuenta al

usuario. Sin embargo, no es posible eliminar el error humano simplemente

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prescindiendo por completo del operario, pues entonces el sistema automático

ahora sería más vulnerable a los errores del diseñador. Por tanto, el diseño de la

automatización de un proceso debería de tener en cuenta las responsabilidades y

capacidades reales de los operarios, manteniéndolos informados e implicados

activamente en el proceso con objeto de que puedan intervenir en aquellas

condiciones donde la seguridad está comprometida. Dicho con otras palabras, en el

diseño de una interacción H-M, el operario debe estar en el bucle.

5. Estar fuera del bucle (y cómo entrar)

En ergonomía se ha descrito el fenómeno de estar “fuera del bucle” para referirse

al deterioro de la ejecución de un operario cuando interactúa con un sistema

altamente automatizado. Para comprender las implicaciones de encontrarse fuera

del bucle podemos recurrir a dos analogías: a) el funcionamiento de un termostato,

y b) interacción humano – humano.

a) El termostato como ejemplo de sistema de control:

En un sistema de control hay cuatro elementos básicos: estado actual del sistema,

estado objetivo del sistema, el proceso de comparación y la retroalimentación

(feedback). Imaginemos que nos encontramos en un aula con temperatura

ambiental que nos causa frío, 16ºC. Entonces accionamos el termostato para

informarle al sistema de que la temperatura objetivo que debe alcanzar es de 20ºC.

El sistema establece un proceso de comparación: ¿“temperatura actual =

temperatura deseada”? y del resultado de la comparación el sistema aplica una

regla que retroalimenta, que recae sobre el estado actual del sistema:

• Si tª actual es < tª objetivo, incrementa la intensidad de la calefacción

(“echa más leña al fuego”).

• Si tª actual es = tª objetivo, no hagas nada, objetivo cumplido.

• Si tª actual es > tª objetivo, baja la intensidad del calor (“suelta el

acelerador, frena...”

Con el feedback, por tanto, se cierra este bucle de control de la temperatura.

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b) ¿Qué elementos son importantes en la interacción entre humanos?

Hay un proceso de comunicación: nos intercambiamos información sobre

nuestras expectativas, deseos, intenciones, sentimientos. Con esta información nos

hacemos un “modelo mental” del otro, es decir, cómo pensamos que está y cómo

funciona. La comunicación tiene que ser bidireccional, por tanto tiene que haber un

buen feedback, y la información debe ser transparente, visible para la otra persona.

Pensemos ¿qué podríamos perder en esta interacción si cambiamos el

humano por una máquina? Ejemplo, el coche automático de google: ¿qué le

pedirías? ¿cómo debería funcionar?

El coche debe informar sobre su estado actual y sobre qué va a hacer en el

futuro (y cuándo): así evitaremos sorpresas, y podremos hacernos un modelo

mental del sistema (equivalente a la “imagen del sistema” de Norman, recordemos

del tema de diseño) sobre cómo funciona. Toda esta información nos ayudará a

formar una adecuada “consciencia de la situación”: saber qué está pasando,

poder tener control sobre lo que está ocurriendo en caso de situación peligrosa o

imprevista, tener tiempo para pensar y reaccionar, y que no me moleste cuando

estoy muy ocupado haciendo algo o tengo carga y fatiga mental (esto último se

relaciona con el concepto de automatización adaptativa que trataremos más

adelante).

Cuando ni el sistema ni el operario disponen de esta información, no se

produce una interacción H-M de calidad, y el usuario puede acabar fuera del bucle

si el sistema está muy automatizado y es muy opaco. Por tanto, para mejorar dicha

interacción debe existir una comunicación bidireccional real: se debe informar de

intenciones y planes (el usuario a la máquina y viceversa), y se debe mejorar la

identificación del estado mental del operador.

6. Aplicaciones de la automatización interesantes para la Ergonomía Cognitiva

• La automatización adaptativa: aplicación flexible del nivel de automatización,

teniendo en cuenta el estado cognitivo del usuario. Si la persona sufre

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sobrecarga, la máquina asume funciones para descargarle. Si la persona

sufre infracarga, la máquina le asigna funciones para que la persona no se

aburra, se enganche a la tarea, en definitiva, para que siga estando dentro

del bucle. El principal problema de esta aproximación ergonómica a la

automatización es alcanzar una identificación precisa del estado de la

persona. Los marcadores fisiológicos de la carga y la fatiga mental a veces

son poco específicos, y estos sistemas suelen ser reactivos más que

proactivos (no siempre anticipan ese estado cognitivo peligroso para realizar

la tarea). Además, dado que los humanos aprendemos de nuestros errores,

una excesiva automatización podría inhibir este proceso (hay un capítulo de

la serie “Black Mirror” donde una madre compra un programa, un implante

cerebral, que le filtra la realidad a su hija, de manera que le priva de las

experiencias negativas –un perro ladrando- para que no sufra; el efecto no

deseado de este sistema es que la niña acaba convertida en una inadaptada

desde el punto de vista evolutivo, por carecer de experiencias de miedo que

le ayuden a aprender cómo reaccionar ante estímulos amenazantes..

• Automatización en la conducción: los sistemas de ayuda a la conducción

(ADAS) y de información en el vehículo (IVIS), como el control de la

velocidad de crucero o el navegador GPS, respectivamente. El problema del

IVIS es que introduce una condición de tarea dual en la conducción, compite

por los recursos atencionales, por lo que produce carga mental y

distracciones si no está bien diseñado.

• Las interfaces cerebro-computadora, BCI, se aplican a pacientes con

problemas de movilidad y de comunicación. Aquí intervienen conceptos

clave como la vigilancia o la carga mental de los usuarios de estos sistemas

(más información en la lectura de este tema).

• Una aplicación con gran futuro para los profesionales de la ergonomía

cognitiva es el campo de la robótica. Los robots se están aplicando ya en la

terapia psicológica, neurorrehabilitación, compañía-cuidado-educación, por

lo que conocer los procesos cognitivos y afectivos durante la interacción con

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robots es fundamental. Actualmente se está tratando de que los robots

reconozcan y expresen emociones (elemento fundamental para una

interacción H-M de calidad), concretamente en el campo de los robots

sociales. Si repasamos la historia reciente nos encontramos con términos

como “Inteligencia artificial”, “aprendizaje automático”... no resultará

sorprendente cuando empecemos a leer y conocer sobre la emoción

artificial, la moral artificial (robots que apoyan las decisiones en un juicio),

incluso la consciencia artificial, o acaso algunos de estos ejemplos quedarán

en mera ciencia ficción...

7. Referencias bibliográficas

Bainbridge, L. (1983). Ironies of automation. Automatica, 19(6), 775–779.

Broadbent, E. (2017). Interactions With Robots: The Truths We Reveal About

Ourselves. Annual Review of Psychology, 68, 627–652.

Cañas, J. J. (2004). Personas y máquinas. Pirámide.

Correa, A. (en prensa). Neuroergonomía: Una ciencia sobre el cerebro y la

comodidad.

Fitts, P. (1951). Human engineering for an effective air-navigation and traffic control

system. Washington, DC: National Research Council.

Norman, D. (1990). La psicología de los objetos cotidianos. Nerea.

Parasuraman, R., & Riley, V. (1997). Humans and Automation: Use, Misuse,

Disuse, Abuse. Human Factors: The Journal of the Human Factors and

Ergonomics Society, 39(2), 230–253.