Il posto di lavoro simbiotico: sfruttare le valutazioni intelligenti per un'ergonomia fisica e cognitiva adattiva

This thesis work aimed to integrate modern data science, signal processing, and artificial intelligence approaches for monitoring in real time the physical and cognitive state of human operators in the modern industry. The guiding principle was Industry 5.0, a key concept about the industry of the future, projected to put the human being at the center. The aim is to redesign the entire industrial context and process in order to make it inclusive and human-centric. This monitoring occurs by listening and observing the physiology of organs, the center of the emotional and cognitive processes of the human being: the heart, the brain, the eyes and the skin. Furthermore, it is possible to assess the state of fatigue and the risk of developing, in the long run, musculoskeletal disorders by analyzing posture and movement. From a careful analysis of these, it is possible to obtain information on the complex psycho-physiological state of the operators, their concentration, their fatigue, and their stress. To this end, different types of biosensors have been used and experience has been gained in the analysis of complex signals such as ECG, EEG, GSR, oculomotor, and physical postures. The objectives were to extract useful metrics for analyzing stress, mental workload, and postural fatigue, in compliance with modern EU regulations. Accurate monitoring of the operator’s health status allows the designer to reorga- nize the environments and production processes in a way that is more inclusive, adaptive, and tailored to the human being. The results demonstrate that metrics extracted from different psycho-physiological signals are suitable in effectively describing the emotional, cognitive, and fatigue state of the operator, in different contexts. Possible applications include the creation of technologies capable of adapting to the physical and cognitive state recorded by the user, proposing scenarios for redesigning industrial environments around humans.

Questo lavoro di tesi mira a integrare moderni approcci di analisi dati, processamento del segnale e intelligenza artificiale per monitorare in tempo reale lo stato fisico e cognitivo degli operatori dell’industria moderna. L’obiettivo è riprogettare l’intero ambiente e processo industriale al fine di renderlo inclusivo e incentrato sull’uomo. Il principio guida è l’Industria 5.0, un concetto chiave dell’industria del futuro, in cui la riprogettazione avviene in modo tale da posizionare l’essere umano al centro del tutto. Questo avviene attraverso il monitoraggio e lo studio della fisiologia degli organi al centro dei processi emotivi e cognitivi dell’essere umano: il cuore, il cervello, gli occhi e la pelle. Inoltre, analizzando la postura e il movimento, è possibile valutare lo stato di affaticamento e il rischio di sviluppare disturbi muscolo-scheletrici sul lungo andare. Da un’attenta analisi di questi, è possibile ottenere informazioni sul complesso stato psicofisiologico dell’operatore, sulla sua concentrazione, sulla sua stanchezza e sul suo stress. A tal fine, sono stati utilizzati diversi tipi di biosensori e si è acquisita esperienza nell’analisi di segnali complessi quali ECG, EEG, GSR, oculomotori, posture fisiche di corpo e mani. L’obiettivo è quello di estrarre metriche utili per l’analisi di stress, carico di lavoro mentale e affaticamento posturale, in conformità con le moderne normative UE. Un monitoraggio accurato dello stato di salute dell’operatore consente al progettista di riorganizzare gli ambienti e i processi produttivi in modo più inclusivo, adattabile e su misura per l’essere umano. I risultati dimostrano che le metriche estratte da diversi segnali psicofisiologici sono adatte a descrivere efficacemente lo stato emotivo, cognitivo e di affaticamento dell’operatore, in diversi contesti. Tra le possibili applicazioni rientra la creazione di tecnologie adattive, capaci di evolversi in funzione dello stato fisico e cognitivo dell’utente, proponendo scenari di riprogettazione degli ambienti industriali a misura di essere umano.