Methods, technologies and services for smart interactive social spaces

Smart Spaces (defined as environments having sensing and adaptation capabilities, a multiplicity of connected devices and various forms of interaction) open up an enormous potential for new added value services in many domains. Designing applications for Smart Spaces requires a multi-faceted research that explores people's needs with regard to technological feasibility, as well as limitations and opportunities of novel interaction paradigms. This thesis discusses how novel developments in ubiquitous computing, findings from empirical studies, and a user-centered design approach help to shape new added-value services in Smart Spaces. Our main focus is on novel interaction paradigms across different devices and interfaces (e.g., full-body interaction), exploring how their integration leads to new solutions that benefit the intended user, and how UX can be personalized to the specific needs and preferences of each single person or target group. To this end, various design concepts and alternatives have been defined and analyzed in different domains, and empirical studies have led to explore how users interact with interconnected devices in Smart Spaces. Attention has been paid on the usage of alternative control and interaction mechanisms. A number of technological solutions have been developed to empower control and interaction that (i) encompass design patterns of interaction that address all aspects of the services as perceived by users; (ii) take into account context changing and awareness; (iii) support interface adaptation, exploiting the knowledge about the current user, the interaction flow, and his/her tasks; (iv) master ``information overload'' by offering the proper content on the right channel at the proper time. To empirically measure the effectiveness of the approach, we have created some domain-specific technological set-ups, exploiting prototypes built in collaboration with national and international partners, and we have collected data on users' behaviours in ecological settings - public and semi-public spaces: a Department Entrance Hall (the Department of Electronics, Information and Bioengineering at Politecnico di Milano); two fashion stores in Milan; a smart office building (Open House Innovation in Helsinki); a mobile telephony store (TIM Shop in Milan). The results of these studies and the main lessons learned are also reported in this thesis.

Gli ambienti intelligenti (così definiti perché godono di capacità quali percezione e adattamento, una molteplicità di dispositivi connessi e varie forme di interazione) aprono un enorme potenziale per nuovi servizi a valore aggiunto in molti campi. Progettare applicazioni per gli ambienti intelligenti richiede una ricerca poliedrica che esplora i bisogni delle persone in relazione alla fattibilità tecnologica, così come i limiti e le opportunità di nuovi paradigmi di interazione. Questa tesi discute come nuovi sviluppi nella computazione ubiqua, i risultati di studi empirici, e un approccio progettuale incentrato sull'utente, aiutino a modellare nuovi servizi a valore aggiunto per gli ambienti intelligenti. Particolare attenzione è dedicata a nuovi paradigmi di interazione attraverso diversi dispositivi e interfacce (ad esempio, l'interazione con il corpo), esplorando come la loro integrazione porti a nuove soluzioni che avvantaggino l'utilizzatore finale, e come l'esperienza d'uso possa essere personalizzata in conformità con le esigenze e le preferenze specifiche di ogni singolo utente o gruppo di utenti. A tal fine, vari concetti di progettazione e alternative sono stati definiti e analizzati in diversi campi, e studi empirici hanno portato a scoprire come gli utenti interagiscano con i dispositivi interconnessi negli spazi intelligenti. L'attenzione è stata concentrata sull'uso di meccanismi alternativi di controllo e di interazione. Una serie di soluzioni tecnologiche sono state sviluppate per abilitare controlli e interazioni tali da (i) includere modelli di interazione che pongano attenzione su tutti gli aspetti dei servizi così come percepiti dagli utenti; (ii) tenere in considerazione il cambiamento del contesto e l'analisi dello stesso; (iii) supportare l'adattamento dell'interfaccia; (iv) gestire il ``sovraccarico delle informazioni'' offrendo contenuti adeguati al canale in tempo utile. Per misurare l'efficacia dell'approccio in modo empirico, abbiamo creato delle installazioni tecnologiche basate sul dominio d'interesse, sfruttando dei prototipi sviluppati in collaborazione con partner nazionali e internazionali, e abbiamo raccolto dei dati sui comportamenti degli utenti in configurazioni ambientali reali - in spazi pubblici e semi-pubblici: all'entrata di un dipartimento (il dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano); in due negozi di moda in Milano; in un complesso di edifici smart (l'Open House Innovation di Helsinki); in un negozio di telefonia (il negozio di TIM in Milano). I risultati di questi studi, così come le lezioni apprese sono riportate in questa tesi.