DOI: https://doi.org/10.3389/fmech.2025.1677376
تاريخ النشر: 2026-01-07
المؤلف: Christian Bolzmacher وآخرون
الموضوع الرئيسي: التفاعل بين الإنسان والآلات والسلامة
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تصميم واجهات الإنسان والآلة (HMIs) للحافلات الذاتية المستقلة المشتركة، مع التركيز على كيفية تفسير الركاب للمعلومات المتعلقة بالثقة والسلامة والخصوصية. من خلال استبيان عبر الإنترنت (N = 66) ودراسة ميدانية أولية (N = 12)، تحدد الأبحاث التفضيلات الرئيسية لأساليب الاتصال بين الركاب. تشير النتائج إلى تفضيل قوي للتواصل المتعدد الوسائط الموجز والحساس للسياق، خاصة خلال الحالات الروتينية، والحالات المتدهورة، وحالات الطوارئ. فضل الركاب الإشارات الصوتية القصيرة والمؤشرات البصرية التي تنقل نوايا المركبة بفعالية دون إثارة القلق. ومن الجدير بالذكر أنه بينما تم تقدير الشفافية في التواصل من المركبة إلى الراكب، تم رفض زيادة وضوح تحركات الركاب إلى حد كبير، خاصة من قبل النساء، اللواتي أعربن عن مخاوف متزايدة بشأن الخصوصية والضعف.
تسلط الدراسة الضوء على ثلاثة مواضيع رئيسية: ضرورة التواصل الواضح، أهمية الثقة خلال السيناريوهات الحرجة، والتفاعل المعقد بين تصورات الخصوصية والأمان، خاصة عبر الجنسين. تشير النتائج إلى أن تصميم واجهة الإنسان والآلة الفعالة يجب أن يتنقل بين تقديم المعلومات الأساسية وحماية الخصوصية الفردية، داعية إلى عدم التماثل في المعلومات بشكل منظم وميزات أمان خفية. تساهم هذه الأبحاث في المجال من خلال توسيع الأطر الحالية للشفافية والخصوصية إلى سياق التنقل الذاتي المشترك، مما يبرز الحاجة إلى دراسات مستقبلية لاستكشاف تجارب المستخدمين المتنوعة والتحقق من هذه النتائج في سياقات أوسع.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث ظهور الحافلات الذاتية المستقلة كابتكار كبير في التنقل الحضري، مع تسليط الضوء على إمكانياتها لتعزيز أنظمة النقل العام وتوفير حلول نقل فعالة ومنخفضة الانبعاثات. مع انتقال هذه الحافلات من برامج تجريبية إلى استخدام عام أوسع، فإن التواصل الفعال بين المركبة والركاب أمر حاسم لتعزيز الثقة، والشعور بالأمان، وإحساس السيطرة في بيئة بدون سائق. على عكس وسائل النقل العامة التقليدية، حيث يوفر التفاعل البشري الطمأنينة، تعمل الحافلات الذاتية المستقلة في حركة مرور مفتوحة دون سائق مرئي، مما يتطلب واجهات إنسان وآلة موثوقة (HMIs) تكون شفافة وحساسة للسياق، خاصة خلال حالات الطوارئ.
تؤكد الورقة على أهمية كل من HMIs الداخلية والخارجية، مشيرة إلى أنه بينما تم دراسة الاتصالات الخارجية بشكل مكثف، لم تحظ الاتصالات الداخلية لطمأنة الركاب بالاهتمام الكافي. تحدد التعقيدات النفسية والاجتماعية التي قدمتها خدمات التنقل الآلي المشترك عند الطلب (SAMoD)، مثل مخاطر الأمان المدركة وتأثير سلوك الركاب المشتركين، خاصة بالنسبة للمجموعات الضعيفة مثل الركاب الإناث. تهدف الدراسة إلى سد هذه الفجوة من خلال التحقيق في توقعات الركاب والاستجابات العاطفية لتواصل HMIs تحت ظروف قيادة متنوعة، بالإضافة إلى كيفية تأثير مخاوف الأمان والخصوصية على قبول التنقل المشترك بدون سائق. ستفصل الفصول التالية النهج المنهجي، وتقدم النتائج، وتقدم توصيات تصميم لتعزيز ثقة الركاب وسلامتهم في أنظمة النقل الذاتية.
الطرق
استخدمت الدراسة نهجًا مختلطًا من مرحلتين، يجمع بين استبيان عبر الإنترنت وتقييم في العالم الحقيقي لحافلة ذاتية مستقلة لتقييم توقعات المستخدمين وتفضيلاتهم بشأن استراتيجيات التواصل لواجهة الإنسان والآلة (HMI) في التنقل الذاتي المشترك. جمع الاستبيان عبر الإنترنت رؤى واسعة، بينما اختبر التقييم في العالم الحقيقي مفاهيم HMI المختارة تحت ظروف صالحة بيئيًا. التزمت كلا العنصرين بالمعايير الأخلاقية التي وضعتها لجنة الأخلاقيات الرقمية CEA وامتثلت للوائح حماية البيانات GDPR.
تكونت الإجراءات التجريبية من مرحلتين: مرحلة قيادة روتينية ومرحلة محاكاة تتضمن سيناريوهات متدهورة وحالات طوارئ. خلال المرحلة الأولى، شهد ثلاثة مشاركين، برفقة مشغل يتحكم في الحافلة بسرعة قصوى تبلغ 15 كم/ساعة، عمليات الخدمة النموذجية مع شاشات HMI تقدم معلومات السفر وتفاصيل سياقية. قدمت المرحلة الثانية ظروفًا غير روتينية، بما في ذلك إشعار “وضع متدهور”، ومناورات هروب، وكبح طارئ، مع شاشات HMI مخصصة ورسائل صوتية لكل حدث. تم توجيه المشاركين بشأن إجراءات الإخلاء في المحطة النهائية، وتم محاكاة ميزات الأمان دون اتصال تشغيلي. بعد الرحلة، أكمل المشاركون استبيانًا باستخدام مقاييس ليكرت من 5 نقاط لتقييم وضوح وفائدة وملاءمة شاشات HMI عبر سيناريوهات متنوعة، باستثناء الأسئلة الديموغرافية.
النتائج
يستعرض فصل النتائج النتائج المستخلصة من كل من الاستبيان عبر الإنترنت والتقييم في العالم الحقيقي، منظمًا في أربع فئات موضوعية: ظروف القيادة العادية، الأوضاع المتدهورة، المناورات المتعلقة بالسلامة والطوارئ، وجوانب الأمان والخصوصية. أسفر الاستبيان عبر الإنترنت عن بيانات كمية ونوعية بناءً على استجابات المشاركين لنماذج سمعية بصرية لمختلف السيناريوهات التشغيلية.
بالإضافة إلى الاستبيان، شهد التقييم في العالم الحقيقي مشاركة المشاركين في مفاهيم واجهة الإنسان والآلة (HMI) خلال سيناريوهات القيادة المحاكاة على حلبة اختبار مغلقة. ركزت هذه المرحلة على مراقبة ردود فعل الركاب تجاه التوقيت، والحركات الجسدية، والتأثيرات الحسية المرتبطة بالقيادة العادية، ومناورات السلامة، والتوقفات الطارئة، والأحداث الأمنية المحاكاة. يتم تفصيل النتائج من كلا المرحلتين في الأقسام الفرعية التالية، مع توفر التفاصيل المنهجية في الفصل 2.
المناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث تصميم ونتائج استبيان عبر الإنترنت وتقييم في العالم الحقيقي لتفضيلات التواصل لواجهة الإنسان والآلة (HMI) في الحافلات الذاتية المستقلة. قام الاستبيان عبر الإنترنت، الذي تم تطويره بناءً على مبادئ الشفافية والتواصل بشأن السلامة، بتقييم توقعات الركاب عبر سيناريوهات تشغيلية متنوعة، بما في ذلك ظروف القيادة العادية، والأوضاع المتدهورة، والمناورات الطارئة، ومخاوف الأمان/الخصوصية. كشفت الدراسة أن المشاركين فضلوا التغذية الراجعة المرئية والصوتية المدمجة لتحديثات المسار والتواصل بشأن السلامة، مع تفضيل غالبية كبيرة للمعلومات الواضحة والموجزة والحد الأدنى من الرسوم المتحركة غير الضرورية. ومن الجدير بالذكر أن المشاهد المعززة وجدت أنها تعزز الثقة والوعي بالوضع، خاصة في الظروف السلبية.
في التقييم في العالم الحقيقي، الذي تم مع حافلة Pixis Robobus الذاتية المستقلة، قدم المشاركون ملاحظات حول اتصالات HMI خلال التوقفات الطارئة ومناورات السلامة. أشارت النتائج إلى تفضيل قوي للتفسيرات الواضحة بشأن أسباب التغييرات التشغيلية، حيث قيم العديد من المشاركين التواصل المباشر مع المشغلين عن بُعد خلال حالات الطوارئ. ظهرت اختلافات بين الجنسين في تفضيلات الخصوصية والأمان، حيث شعر الرجال عمومًا بمزيد من الأمان عندما كانت تحركاتهم مرئية، بينما أعربت النساء عن مخاوف بشأن الخصوصية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية تصميم HMI الفعال في تعزيز الثقة وضمان سلامة الركاب في أنظمة النقل الذاتية، مما يبرز الحاجة إلى معلومات واضحة وذات صلة بالسياق مصممة وفقًا لتفضيلات المستخدمين.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود تؤثر على قابلية تعميم وموثوقية نتائجها. على الرغم من أن الاستبيان عبر الإنترنت حقق توازنًا بين الجنسين مع حجم عينة يبلغ 66، إلا أنه يفتقر إلى التمثيل الديموغرافي، وقام المشاركون بتقييم مفاهيم واجهة الإنسان والآلة (HMI) الثابتة بدلاً من الأنظمة التفاعلية، مما يقلل من الصلاحية البيئية. على الرغم من أن التقييم في العالم الحقيقي كان غامرًا، إلا أنه تم إجراؤه مع اثني عشر مشاركًا فقط، معظمهم من المهندسين الذكور، مما يحد من التنوع والقوة الإحصائية. اعتمدت كلا الدراستين على بيانات مقياس ليكرت المبلغ عنها ذاتيًا في بيئات خاضعة للرقابة، والتي قد لا تعكس بدقة الاستجابات السلوكية أو العاطفية في سيناريوهات المرور الفعلية.
بالإضافة إلى ذلك، اقتربت الاتجاهات الملاحظة في البيانات من الدلالة، مما يشير إلى آثار محتملة للجنس تتطلب التحقق من خلال عينات أكبر وأكثر تنوعًا. كما تسلط الدراسة الضوء على ضرورة استكشاف السياقات الثقافية الأوسع، حيث تختلف معايير الخصوصية وتصورات الأمان عبر المناطق. تستبعد التصنيفات الثنائية للجنس المستخدمة في هذه الأبحاث التجارب غير الثنائية وتجارب المتحولين جنسيًا، مما يشير إلى الحاجة إلى دراسات مستقبلية لتبني نهج أكثر شمولية. أخيرًا، يدعو المؤلفون إلى دراسات سلوكية وتجريبية تتعلق بالمركبات الذاتية التشغيل لتقييم كيفية تأثير خيارات تصميم HMI المحددة—مثل موضع الشاشة، والتوقيت، وإخفاء الهوية—على الثقة والراحة والسلامة في البيئات الواقعية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmech.2025.1677376
Publication Date: 2026-01-07
Author(s): Christian Bolzmacher et al.
Primary Topic: Human-Automation Interaction and Safety
Overview
This study investigates the design of Human-Machine Interfaces (HMIs) for shared autonomous shuttles, focusing on how passengers interpret information related to trust, safety, and privacy. Through an online survey (N = 66) and a preliminary field study (N = 12), the research identifies key preferences for communication styles among passengers. Findings indicate a strong preference for concise, context-sensitive multimodal communication, particularly during routine, degraded, and emergency situations. Passengers favored brief auditory cues and visual indicators that effectively convey vehicle intentions without causing alarm. Notably, while transparency in vehicle-to-passenger communication was appreciated, increased visibility of passenger movements was largely rejected, especially by women, who expressed heightened concerns regarding privacy and vulnerability.
The study highlights three main themes: the necessity for clear communication, the importance of trust during critical scenarios, and the complex interplay of privacy and security perceptions, particularly across genders. The results suggest that effective HMI design must navigate the balance between providing essential information and protecting individual privacy, advocating for controlled information asymmetry and discreet security features. This research contributes to the field by extending existing transparency and privacy frameworks to the context of shared autonomous mobility, emphasizing the need for future studies to explore diverse user experiences and validate these findings in broader settings.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the emergence of autonomous shuttles as a significant innovation in urban mobility, highlighting their potential to enhance public transit systems and provide efficient, low-emission transport solutions. As these shuttles transition from pilot programs to broader public use, effective communication between the vehicle and passengers is crucial for fostering trust, perceived safety, and a sense of control in a driverless environment. Unlike traditional public transport, where human interaction provides reassurance, autonomous shuttles operate in open traffic without a visible driver, necessitating reliable human-machine interfaces (HMIs) that are transparent and context-sensitive, especially during emergencies.
The paper emphasizes the importance of both internal and external HMIs, noting that while external communications have been extensively studied, internal communications for passenger reassurance have received less attention. It identifies the psychosocial complexities introduced by Shared Automated Mobility-on-Demand (SAMoD) services, such as perceived security risks and the impact of co-passenger behavior, particularly for vulnerable groups like female passengers. The study aims to fill this gap by investigating passenger expectations and emotional responses to HMI communication under various driving conditions, as well as how security and privacy concerns influence acceptance of shared driverless mobility. The subsequent chapters will detail the methodological approach, present findings, and offer design recommendations for enhancing passenger trust and safety in autonomous transport systems.
Methods
The study employed a two-stage mixed-methods approach, integrating an online survey and a real-world evaluation of an autonomous shuttle to assess user expectations and preferences regarding Human-Machine Interface (HMI) communication strategies in shared autonomous mobility. The online survey gathered broad insights, while the real-world evaluation tested selected HMI concepts under ecologically valid conditions. Both components adhered to ethical standards set by the CEA Digital Ethics Committee and complied with GDPR data protection regulations.
The experimental procedure consisted of two phases: a routine driving phase and a simulated phase involving degraded and emergency scenarios. During the first phase, three participants, accompanied by an operator controlling the shuttle at a maximum speed of 15 km/h, experienced typical service operations with HMI displays providing travel information and contextual details. The second phase introduced non-routine conditions, including a “degraded mode” notification, evasive maneuvers, and emergency braking, with dedicated HMI screens and audio messages for each event. Participants were instructed on evacuation procedures at the final stop, and security features were simulated without operational connectivity. Following the ride, participants completed a questionnaire using 5-point Likert scales to evaluate the clarity, usefulness, and appropriateness of the HMI displays across various scenarios, excluding demographic questions.
Results
The results chapter outlines findings from both the online survey and real-world closed-circuit evaluation, organized into four thematic categories: normal driving conditions, degraded modes, safety and emergency maneuvers, and security and privacy aspects. The online survey yielded quantitative and qualitative data based on participants’ responses to audio-visual mock-ups of various operational scenarios.
Complementing the survey, the real-world evaluation involved participants experiencing Human-Machine Interface (HMI) concepts during simulated driving scenarios on a closed test track. This phase focused on observing passengers’ reactions to the timing, physical movements, and sensory effects associated with normal driving, safety maneuvers, emergency stops, and simulated security events. The findings from both phases are detailed in subsequent subsections, with methodological specifics available in Chapter 2.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the design and findings of an online survey and a real-world evaluation of Human-Machine Interface (HMI) communication preferences in autonomous shuttles. The online questionnaire, developed based on principles of transparency and safety communication, assessed passenger expectations across various operational scenarios, including normal driving conditions, degraded modes, emergency maneuvers, and security/privacy concerns. The survey revealed that participants preferred combined visual and auditory feedback for route updates and safety communications, with a significant majority favoring clear, concise information and minimal non-essential animations. Notably, augmented views were found to enhance trust and situational awareness, particularly in adverse conditions.
In the real-world evaluation, conducted with a Pixis Robobus autonomous shuttle, participants provided feedback on HMI communications during emergency stops and safety maneuvers. Results indicated a strong preference for clear explanations regarding the reasons for operational changes, with many participants valuing direct communication with remote operators during emergencies. Gender differences emerged in preferences for privacy and security, with men generally feeling more secure when their movements were visible, while women expressed concerns about privacy. Overall, the findings underscore the importance of effective HMI design in fostering trust and ensuring passenger safety in autonomous transport systems, highlighting the need for clear, contextually relevant information tailored to user preferences.
Limitations
The study presents several limitations that impact the generalizability and robustness of its findings. The online survey, while achieving gender balance with a sample size of 66, lacked demographic representativeness, and participants evaluated static Human-Machine Interface (HMI) concepts rather than interactive systems, which diminishes ecological validity. The real-world evaluation, although immersive, was conducted with only twelve participants, predominantly male engineers, limiting diversity and statistical power. Both studies relied on self-reported Likert scale data in controlled environments, which may not accurately capture behavioral or emotional responses in actual traffic scenarios.
Additionally, trends observed in the data approached significance, indicating potential gender effects that require validation through larger and more diverse samples. The study also highlights the necessity of exploring broader cultural contexts, as privacy norms and security perceptions differ across regions. The binary classification of gender used in this research excludes non-binary and transgender experiences, suggesting a need for future studies to adopt a more inclusive approach. Finally, the authors call for behavioral and usability studies involving operational autonomous vehicles to assess how specific HMI design choices—such as screen placement, timing, and anonymization—impact trust, comfort, and safety in real-world settings.