User eXperience e Ambienti Collaborativi per il design in ambito aerospaziale.

User eXperience e Ambienti Collaborativi per il design in ambito aerospaziale.
Marinella Ferrino – Thales Alenia Space - Torino
Lorenzo Rocci –Thales Alenia Space –Torino
Giuseppe Buffa-Thales Alenia Space –Torino

In Thales Alenia Space in Italia, sito di Torino in ambito digital transformation uno dei workstream è
focalizzato sulla user experience che include metodi e processi che pongono l’Uomo al centro del Progetto.
La messa a punto di prodotti digitali utilizzando l’approccio della user experience ha contribuito ad innovare
i processi aziendali (e.g. riduzione uso carta, riduzione dei tempi di prototipizzazione, una diversa gestione
delle conferenze…) con conseguente riduzione di costi e tempi per la gestione e scambio di conoscenze tra i
team di esperti delle varie discipline, le agenzie (ESA, NASA, JAXA..) e gli utenti finali, gli astronauti, che
avendo “esperienza” dell’ambiente micro-gravitazionale forniscono linee guida sulla base delle reali esigenze
dell’utente per la progettazione delle prossime missioni lunari e marziane.

L'ergonomia ha lo scopo di rispondere all'esigenza di mantenere l'uomo nel ciclo dell'intero processo di
sviluppo del design per costruire oggetti funzionali, adatti agli utenti al fine di ottimizzare il benessere e
l’interazione uomo-sistema. Sappiamo che il corpo umano è il risultato dell'effetto dell'ambiente
gravitazionale terrestre, che riflette centinaia di migliaia di anni di selezione e adattamento. Diversi studi
hanno dimostrato che la forma del corpo dipende dall'interazione del corpo stesso con il mondo fisico
circostante e dalla capacità umana di acquisire nuove conoscenze mediante l'esperienza diretta, questa
conoscenza può essere opportunamente indirizzata e può diventare parte integrante del design. Nel 2012
abbiamo con gli astronauti sin dalle prime fasi del progetto per ripensare il design di una nuova cassetta
degli attrezzi da utilizzare sulla ISS La toolbox, realizzata in additive manufacturing utilizzando un polimero
termoplastico e il processo fused deposition modelling (FDM) è stata utilizzata per la prima volta a bordo
della Stazione da Luca Parmitano che ha testato l’usabilità del prodotto che ha portato a una riduzione del
crew time nell’esecuzione delle procedure di manutenzione. In questo contesto abbiamo collaborato con
Model Project S.R.L. d che a seguito di questa collaborazione è stata certificata e inclusa nella lista dei nostri
fornitori aziendali.

Un altro prodotto innovativo è stato realizzato utilizzando l’approccio “user experience” per fornire ai teams
operativi di terra che supportano gli astronauti nelle loro attività a bordo del laboratorio europeo Columbus di
utilizzare una piattaforma digitale dove l’utente gestire in autonomia i risultati delle analisi di configurazione e
human factors per finalizzare le procedure di volo relative ai nuovi esperimenti che ogni tre mesi vengono
integrati nel modulo; questo risultato ha portato ad una ottimizzazione dei tempi di esecuzione delle analisi,
riducendo la produzione di documentazione cartacea e fornendo all’utente informazioni di maggiore dettaglio
che possono essere gestite direttamente in ambiente 3D. Questo prodotto è stato apprezzato a livello
internazionale ed è entrato nella routine delle attività di increment che vengono fornite ogni tre mesi ad ESA
e NASA per la gestione degli esperimenti che vengono eseguiti sul modulo europeo COLUMBUS.

In questo contesto, sulla base della nostra esperienza acquisita durante la costruzione della ISS e la
disponibilità di tecnologie digitali (VR, XR, eXtended reality..) sempre più ottimizzate dal punto di vista
dell’usabilità abbiamo messo a punto un processo che utilizza gli ’“ambienti collaborativi immersivi” che
consentono una più completa, accurata osservazione dell’oggetto simulato in un rapporto interattivo
tridimensionale favorendo lo scambio di informazioni tra i partners del progetto e la possibilità di coinvolgere
gli astronauti che hanno esperienza della microgravità sin dalle prime fasi di progetto: questo ci consente di
interagire con gli utenti finali sin dalle prime fasi di progetto. Per le future missioni cis lunari stiamo ora
affrontando una grande sfida orientata a "ripensare" il design per migliorare l'abitabilità nello Spazio. Con la
piattaforma digitale ora a disposizione, è possibile “collaborare” utilizzando i propri avatars, da remoto in
tempo reale, cosi i progettisti e gli astronauti possono condividere un ambiente virtuale per verificare ad
esempio il layout dell’habitat, con una migliore percezione dei volumi destinati alle varie funzioni abitative
(dormire, mangiare…), dove l’utente può interagire con le interfacce mediante avatars che sono
rappresentativi dell’utente stesso. L’utilizzo di questo nuovo processo è stato condiviso con la comunità
internazionale e le agenzie ESA, ASI, NASA, JAXA e verrà utilizzato per il design dell’habitat IHAB

Questo approccio favorisce il potenziamento dell’esperienza conoscitiva, progettuale e creativa applicata,
nel nostro caso, alla realizzazione degli ambienti abitati in microgravità ma che può essere applicato anche
in altri ambiti industriali e sarà utile in applicazioni per il training, per la manutenzione e nel futuro sarà ci
prepariamo a realizzare una visione di Thomas Maldonado, che nel nel 1994 in “Reale e Virtuale” introdusse
il concetto di tecnologia come conoscenza, sottolineando l’importanza del nostro rapporto di esperienza
individuale e collettiva con la fisicità del mondo in quanto noi siamo il risultato di un processo biologico e
culturale in cui il suddetto rapporto di esperienza ha avuto un ruolo determinante nella nostra evoluzione” gli
ambienti collaborativi digitali verranno implementati con funzioni dell’ambiente come ad esempio la
sensazione tattile, che potenzierà l’esperienza conoscitiva, progettuale e creativa dell’uomo con il mondo.
L’esperienza dell’utente sarà sempre più centrale per disegnare i futuri ambienti di lavoro e di vita dove
l’utente sarà coinvolto in un nuovi mondi “metaversi” ma nella direzione che indicava Maldonado “Non una
fuga mundi ma una creatio mundi” dove anche la riduzione degli impatti eco-ambientali ed etici entreranno
nel processo di trasformazione del modo di lavorare sulle società future.

Thomas Maldonado, in “Reale e Virtuale” nel 1994 introdusse il concetto di tecnologia come conoscenza,
sottolineando l’importanza del nostro rapporto di esperienza individuale e collettiva con la fisicità del mondo
in quanto noi siamo il risultato di un processo biologico e culturale in cui il suddetto rapporto di esperienza ha
avuto un ruolo determinante nella nostra evoluzione” In questa visione, sulla base della nostra esperienza
nella costruzione di moduli abitati della ISS (Stazione Spaziale Internazionale) e la disponibilità di tecnologie
XR sempre più ottimizzate dal punto di vista dell’usabilità in Thales Alenia Space in Italia, sito di Torino
abbiamo messo a punto un processo che utilizza gli ’“ambienti collaborativi immersivi” che consentono una
più completa, accurata osservazione dell’oggetto simulato in un rapporto interattivo tridimensionale
favorendo lo scambio di informazioni tra i partners del progetto e la possibilità di coinvolgere gli astronauti
che hanno esperienza della microgravità sin dalle prime fasi di progetto: questo consente di valutare nuove
soluzioni di design orientate agli utenti finali, utilizzando i metodi della ”user experience” e mettendo l’uomo
al centro del progetto. Questo approccio favorisce il potenziamento dell’esperienza conoscitiva, progettuale
e creativa applicata, nel nostro caso, alla realizzazione degli ambienti per lo Spazio e fornire l’occasione di
realizzare nuovi prodotti e servizi per migliorare la produttività maturando la consapevolezza degli impatti
che la trasformazione digitale avrà sulle società future inclusi gli aspetti eco-ambientali ed etici.

Descrizione della soluzione adottata e dei relativi strumenti, metodi, partner;

In Thales Alenia Space, l’applicazione della “User Experience” ci     ha permesso di orientare lo sviluppo dei
software alle reali esigenze degli utenti consentendo la messa a      punto di prodotti e servizi ottimizzati con
l’ausilio delle nuove tecnologie di realtà virtuale offrendo           un approccio innovativo alla verifica
multidisciplinare del design degli Habitat Cis Lunari utilizzando     “ambienti collaborativi immersivi” dove i
tecnici, esperti possono condividere in un ambiente “realistico”.

Allo scopo abbiamo sviluppato, utilizzato software digitali avanzati, degli ambienti collaborativi immersivi che
consentono di raccogliere l’esperienza soggettiva dell’utente, e nel nostro caso, trattandosi di progettare per
l’ambiente micro gravitazionale, avere la disponibilità di interagire con gli astronauti coinvolti sin dalle prime
fase del processo di sviluppo del design.

In Thales Alenia Space l’applicazione della UX (User Experience) associata alle nuove tecnologie ( e.g. AM
(additive Manufacturing), VR (Virtual Reality) ha portato alla messa a punto dei seguenti prodotti /servizi che
offrono un approccio innovativo alla verifica multidisciplinare del design e alle fasi di supporto operativo

       UX & VR: piattaforma digitale in uso dal 2016 per il supporto alle operazioni a bordo della ISS.
        Questo scenario si basa su modelli CAD a cui sono stati associati pattern realistici per ottenere uno
        scenario interattivo da condividere tra i teams coinvolti nelle missioni di supporto da terra. potrà
        essere integrato con i dati funzionali per ottenere un simulatore da utilizzare per analisi e
        ottimizzazione(e.g. digital twin) .
       UX/VR & Ambienti collaborativi: piattaforma digitale sviluppata nel 2019 in uso sin dalle prime fasi
        del progetto IHAB da condividere in sito e/o da remoto con la comunità internazionale per favorire le
        sinergie tra progettisti, utenti finali (astronauti) e agenzie NASA; ESA, JAXA.
       UX & Additive Manufacturing: COL toolbox in uso su ISS Stazione Spaziale Internazionale dal 2012.

Una descrizione di maggiore dettaglio degli use cases presentati è riassunta in tabella 1:
Esperimenti in COLUMBUS (ISS) Design per il Cis Lunar Gateway                                Progettare per la microgravità

Obbiettivo: Fornire uno scenario
virtuale interattivo, aggiornato ogni       Obbiettivo:     Fornire    alla     comunità     Obbiettivo: ripensare il design di una
tre mesi, per consente di condividere in    internazionale uno ambiente virtuale             “cassetta degli attrezzi” da utilizzare nel
modo più efficace ed ecosostenibile         “collaborativo” per supportare lo sviluppo       laboratorio europeo Columbus ISS sulla base
(paperless approach) i risultati della      del design degli ambienti abitati della          delle conoscenze acquisite dalla crew in
revisione dei requisiti di configurazione   Stazione Cis Lunare GATEWAY.                     microgravità (UX approach). Per realizzare
e human factors tra i teams che             La possibilità di coinvolgere anche gli          questo design, sono stati applicati i metodi
seguono le attività della Stazione          utenti finali che in questo caso sono gli        dell’ergonomia (UX) per la raccolta dei dati
Spaziale Internazionale (ISS)         per   astronauti ci consente di raccogliere e          utilizzando video interviste, prototipi e altri
fornire un supporto che aiuti a trovare     utilizzare le loro valutazioni, che              strumenti      per consentire un efficace
le informazioni tecniche da condividere     esprimono la loro “diretta” esperienza           interazione tra l’utente e i designer al fine di
in tempi brevi per trovare soluzioni        dell’ambiente micro-gravitazionale, sin          raccogliere gli “user needs” e tradurli in una
coinvolgendo i vari centri europei e le     dalle prime fasi di progetto. La possibilità     forma/funzione ottimizzata per l’uso in 0g.
Agenzie ( ESA, NASA, JAXA) in caso di       di interagire in tempo reale e da remoto         Il prodotto è stato realizzato utilizzando un
necessità. Uno degli scopi è anche          consente di coinvolgere, a seconda delle         polimero termoplastico 3D che è stato
quello di supportare la definizione delle   necessità, i vari esperti, e.g. designer,        nell’occasione qualificato per lo Spazio e il
procedure da fornire agli astronauti        tecnici, ingegneri, fornitori, centri di         processo di Fused Deposition Modelling
per operare gli esperimenti in              ricerca, le Agenzie (ESA; NASA , JAXA) e         (FDM). Questo materiale ha consentito di
microgravità. (Vedi figure 1 e 2)           tutti gli attori possono diventare parte         ridurre la massa finale (con soddisfazione
Risultati: Per realizzare questo            attiva in una sessione di verifica del design    del cliente (ESA) considerando i costi che a
prodotto, che attualmente e’ in uso per     “collaborativa” con un evidente riduzione        seconda dei lanciatori vanno da 20k a 110k
il laboratorio ESA Columbus.è stato         de i tempi necessari a chiarire le criticità e   per un 1kg di massa al lancio. La
fondamentale partire dalla raccolta         a trovare soluzioni.                             combinazione dell’approccio UX e della
delle esigenze degli utenti: designer,      Gli utenti coinvolti, infatti, possono           stampa 3D ha consentito di realizzare un
ingegneri, di diverse aree disciplinari,    interagire tra di loro per valutare il design    prodotto finale ottimizzato che è stato
che hanno fornito, sulla base della         inun ambiente immersivo, utilizzando i           testato con successo a bordo del modulo
loro esperienza , le linee guida agli       loro propri avatars rappresentativi delle        Columbus nel 2013 da Luca Parmitano
sviluppatori del software             per   antropometrie dell’utente stesso, che si         durante la missione VOLARE ( vedi foto ). La
realizzare una piattaforma digitale         trova a operare le interfacce interne            cassetta degli attrezzi è attualmente in uso
“user centred design”. E’ stato             dell’Habitat in studio in un “metaverso”         sulla ISS la riduzione del crew time
verificato ( dal 2016 a oggi) che il        dove è possibile incontrare i colleghi e         nell’esecuzione delle attività e l’esperienza a
nuovo processo VR/UX ha portato al          comunicare in modo efficace riducendo il         consentito di maturare nel team di
40% di riduzione delle tempistiche per      numero di meeting e i viaggi di lavoro, che      progettisti l’importanza di utilizzare nuove
completare le analisi ed ha aumentato       in tempo di pandemia come in questo              tecnologie e un approccio collaborativo,
la soddisfazione dell’utente che ora        periodo, ha indiscutibili valenze non            dove lo user è al centro del progetto. La
può interagire in autonomia in un           soltanto di tipo economico.                      sinergia che si crea in questi contesti
ambiente 3D e gestire le informazioni                                                        “collaborativi” favorisce la creatività e la
tecniche      con maggiore dettagli         Impatti:                                         realizzazione di prodotti, processi e servizi
rispetto al passato.                            (1) miglioramento del team work,             innovativi da condividere con altre realtà
                                                     gamification methods                    aziendali.
Impatti:                                        (2) riduzione di viaggi ( tempi/costi)
    (1) coinvolgimento dello user sin           (3) raccolta e utilizzo dei commenti         Impatti:
         dalle prime fasi del design                 dell’utente finale che ha                          (1) ripensare il design per
    (2) contributo alla definizione di               esperienza dell’ambiente micro-                        innovare in modo creativo
         “new ways of working”                       gravitazionale                                     (2) “smart manufacturing”
    (3) riduzione di tempi/costi                (4) prodotti orientati all’utente che                   (3) UX approach: lo “user” al
    (4) promuovere lo sviluppo di                    contribuisce alla definizione                          centro del progetto
         nuovi servizi che tengano                   delle linee guida di progetto con                  (4) Soddisfazione del cliente in
         conto dell’esperienza e delle               la sua esperienza ( UX approach)                       termini di usabilità del
         esigenze dell’utente finale.                sin dalle prime fasi di progetto.                      prodotto ma anche di
                                                                                                            tempi/costi) .

Descrizione dei risultati/vantaggi ottenuti;

       Maggiore soddisfazione cliente
       Ottimizzazione lavoro di team
       Riduzioni viaggi\riunioni in presenza
       Riduzione documenti cartacei
       Maggiore facilità di esposizione dei problemi e relativa compressione
       Implementazione nel design dei bisogni dell’utente.

Eventuali previsioni di estensioni dell’applicazione/progetto ad altri ambiti applicativi.

L’applicazione della User eXperience e degli ambienti collaborativi possono essere applicati anche in altri
settori industriali orientati alla riduzione degli impatti ambientali, al miglioramento della performance e alla
soddisfazione del cliente. Alcuni esempi:

       DESIGN REVIEW
        Collegamento in situ o in remoto a scenari VR, rappresentativi dell’ambiente/sistema dove l’utente
        potrà interagire in ambiente immersivo per analisi ad esempio di usabilita’, accessibilita’,
        operabilita’, visibilita’ delle interfacce, questi scenari potranno poi essere integrati da altri dati in base
        alle esigenze del cliente. L’architettura di sistema potrà essere progettata/raffinata di volta in volta in
        base alle diverse esigenze del cliente. A questo, potrà essere associato l’utilizzo di prototipi fisici
        ottenuti tramite tecnologie “additive” (AM) a supporto dell’ideazione e realizzazione di “smart
        products” in sinergia con le tecnologie di simulazione virtuale e realtà aumentata.

       FORMAZIONE & TRAINING
        Collegamento in situ o in remoto per attività di formazione (e.g. training, dimostrazioni)

       SUPPORTO ALLA RICERCA
        Collegamento in situ o in remoto per supporto ad attività di ricerca (e.g. visualizzazione di modelli,
        simulazione integrate e nelle varie fasi di sviluppo del design)

       VR & TECNOLOGIE ADDITIVE
        Utilizzo delle tecnologie additive per realizzare prototipi in polimeri, associato all’ambiente virtuale,
        aumentata e mixed per potenziare la sperimentazione di nuove idee, la realizzazione di design
        innovativi riducendo i tempi di sviluppo del design, e favorendo l’identificazione e la risoluzione dei
        problemi ad esso associati.
        .
       CATALOGO DI MODELLI DIGITALI DEI PRODOTTI
        Facilitare lo scambio di conoscenze, in ambiente collaborativo, e.g. tra fornitori e clienti per la
        valutazione e un possibile riuso di prodotti già disponibili sul territorio (es. un equipaggiamento per
        automotive montato su un sistema spaziale).

L’obbiettivo è contribuire a sviluppare nuovi sistemi, servizi e tecnologie per migliorare la produttività
maturando la consapevolezza degli impatti che la trasformazione digitale avrà sulle società future; i nuovi
modi di lavorare, le nuove figure professionali e i nuovi comportamenti che ne conseguiranno non saranno
orientati soltanto al miglioramento continuo e all’ottimizzazione dei posti di lavoro ma anche alla sicurezza e
al benessere dell’individuo e delle comunità.

Per questo, la complessità degli aspetti trasformativi in atto nei vari ambiti produttivi dovrà tenere in conto gli
aspetti eco-ambientali ed etici per garantire l’eccellenza delle soluzioni che emergeranno dalle future
esperienze di utilizzo degli ambienti digitali collaborativi per favorire la cross fertilizzazione tra i vari ambiti
interdisciplinari.

l’Uomo al centro del progetto, tradurre l’esperienza dell’utente in linee guida di progetto ci consente di tenere
in conto gli aspetti antropologici e culturali associati per contribuire alla Digital Factory e alla Smart
Manufacturing in evoluzione con nuovi prodotti, processi e servizi da sviluppare . A questo scopo ricordiamo
la nostra collaborazione nell’ambito del CIM4.0 Competence Industry Manufacturing 4.0 di cui Thales Alenia
Space è uno dei partners e dove abbiamo condiviso la nostra esperienza contribuendo alle attività di
orientamento e formazione nell’ambito dell’Accademy https://cim40.com/cim4-0-academy/ fornendo linee
guida e scenari vr per orientare lo sviluppo degli ambienti collaborativi del futuro.

In questo contesto, la contaminazione tra le varie discipline e l’individuazione di nuove aree di applicazione
porteranno evidenti vantaggi atti a ottimizzare la produttività, definire nuovi requisiti, standardizzare i
processi ed identificare nuove aree di business. (e.g. digital twin; predictive maintenance) utilizzando un
processo di progettazione in ambiente collaborativo ( in situ e/o in remoto) basato su tecnologie digitali e sui
metodi dell’ergonomia di prodotto e di processo. In particolare, pensando alla futura disponibilità di facilities
basate sulla realtà virtuale e aumentata associate a piattaforme di integrazione di grandi moli di dati e
informazioni eterogenee sarà importante condividere con gli stakeholders (e.g. clienti, fornitori, sviluppatori
di software, progettisti, operatori delle linee produttive o utilizzatori di un sistema) un approccio condiviso
per favorire l’ottimizzazione e l’ usabilità dei sistemi.

La chiave per completare la realizzazione di questo servizio è l’interdisciplinarietà, quindi sarebbe importante
pensare a formare dei teams che includessero expertises provenienti da discipline diverse per lavorire la
cross-fertilization in modo che gli esperti delle tecnologie (e.g. programma e sistema, SW (eg. sviluppo,
architettura, networking, XR , big data, data science, AI, knowledge management) lavorino in sinergia con
ergonomi, antropologi, esperti in scienze sociali e in scienze della vita.

Questo approccio fornirà spunti creativi per gestire i processi di comunicazione della conoscenza in un
sistema integrato allo scopo di comprendere i sistemi sociali complessi che si vanno delineando, per
concorrere a sviluppare capacità gestionali che favoriscano la collaborazione tra i vari team di progettazione.

Un mix di competenze che potranno inoltre caratterizzare la progettazione digitale nella direzione di
tematiche relative ai consumi, ai servizi collettivi, alla sostenibilità economica, sociale e ambientale delle
soluzioni tecnologiche, includendo i metodi di ricerca sui nuovi media e della gestione delle informazioni.

Riferimenti Bibliografici

http://www.modelproject.it/presentazione-Model-Project.pdf.
On line at http://www.slideshare.net/esaops/esas-3d-printed-toolbox-for-columbus
Online at http://blogs.esa.int/atv/2013/06/05/boxing-clever-atv-4-to-deliver-3d-printed-toolbox-to-space/

Online at http://spaceweekly.com
On line at http://www.spaceflightnow.com/ariane/va213

Usability Aspects for a new toolbox user needs based enabled by additive manufacturing technologies for ISS Columbus
            th
module. 65 International Astronautic Congress, Toronto, Canada. IAC -2014.

Manufacturing Applied to ISS Columbus Toolbox: Lesson Learned and Results. SMEET Advanced Thermoplastic Polymers
and Additive Germany April 2013. Braunshweig, Germany.

Gateway4U Collaborative Environment for Design Evaluation Workshop AR/VR for European Space
Programs 02/12/2019 https://indico.esa.int/event/316/timetable/

http://www.lastampa.it/2018/02/04/tecnologia/news/a-torino-un-laboratorio-per-viaggiare-nello-spazio-con-la-realt-virtuale-
0EeBW3xNfBCMX70zcFoS0L/pagina.html

Virtual Reality and User Experience for Collaborative Design and Human Factors Requirement Verification: Use Case
and Lesson Learnt. ESA Workshop, SECESA 2020 - 29 Sept-1-2 October 2020.

https://blogs.esa.int/exploration/fr/virtual-reality-session-with-esa-astronauts-for-gateway-design/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576517301947

Figura 1 -UX applicato allo sviluppo di una piattaforma digitale a supporto delle operazioni a bordo della
              Stazione Spaziale Internazionale ( ISS) laboratorio europeo Columbus (2016) .

Figura 2

Esempi di scenari disponibili nel 3D tool a supporto della comunità ISS per finalizzare le procedure di volo
               per gli esperimenti da eseguire a bordo nel laboratorio Columbus (2016).