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实践研究:服务不足社区的技术个人制造
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实践研究的这一部分为服务不足的社区和个人制造的新发展提供了策划的阅读指南。首先,Tawanna Dillahunt描述服务不足和贫困社区的设计考虑和技术。为全球超过16亿贫困人口设计需要特别考虑社区需求、约束条件和环境。她的选择涵盖了低质量通信网络的协议，社区驱动的内容生成，以及资源和公共服务发现。第二,斯蒂芬妮穆勒而且Patrick Baudisch提供个人制造(例如，3D打印机)的最新进展的概述。他们的选择涵盖了制造(和模拟)复杂材料的新技术(例如，通过操纵对象的内部结构)，更容易地指定对象的形状和行为，以及人在循环的快速原型。结合起来，这两个指南提供了一个迷人的深入研究一些最新的以人为中心的计算机科学研究结果。
一如既往，我们在这篇文章中的目标是让我们的读者在一个周末下午的阅读中成为计算机科学研究最新主题的专家。为了促进这一过程，我们提供了ACM数字图书馆对这些选择的相关引用的开放访问，以便您可以充分享受这些研究成果。请享受!
- - - - - -彼得百利
为服务不足的社区提供技术
由Tawanna Dillahunt
根据2013年全球多维贫困指数，16亿人在健康、教育和生活条件方面处于贫困状态，占所分析的104个国家总人口的30%以上。1在这里，这些人和那些面临类似情况的人被称为所欠缺的。
设计和构建技术来支持这些服务不足的社区的人们有几个复杂性。克服这些复杂性需要以下几点:
- 了解特定服务不足人群的需求，并授权或使该人群中的个人能够生产信息并制定自己的解决方案。
- 了解服务不足的个人经常面临的环境和限制，如有限或不存在的阅读技能、数字素养、互联网和技术访问，以及在许多情况下的基础设施(例如，没有电或水)。来自服务不足人群的个人经常面临社会障碍，如社会网络有限、社会孤立，以及社会或收入不平等等我们无法控制的系统性问题。此外，这些问题和限制因地区而异，在一种情况下可能成功的平台可能不适用于另一种情况。
- 开发可持续的或有能力在有限资源环境中维持自身的技术。
- 考虑到技术本身可能无法满足某些服务不足的社区的需要，鉴于这些社区面临的独特因素。技术的好处往往仅限于相对富裕、受过教育和社会联系密切的人群。
这里展示的最近发表的论文广泛地以技术为中心，旨在支持服务不足的社区的需求。这次的选择代表了ACM不同的场馆，包括计算与发展研讨会、计算系统中的人为因素会议和交互系统设计会议。该选择还代表了区域的多样性——包括来自全球南方和全球北方的研究——和技术成果的多样性，包括一个旨在优化移动应用程序通信的挑战网络环境和长期和短期应用程序部署。选择还包括满足传统上服务不足群体(例如，资源匮乏、盲人和失业者)需求的努力和方法。
最后，选定的作品中至少有一件是技术解决方案的例证:(1)解决由糟糕的基础设施造成的问题，如不稳定的网络连接和电力(Brunette等人);(2)使个人能够生产信息，而不是简单地消费信息，如Dell和Kumar所建议的2(Vashistha等);(3)支持社区内个体之间的联系，或支持低资源社区和高资源社区之间的联系，以共享信息和资源，如Heeks和Bhatnagar所建议的3.(Vashistha等人和Dillahunt等人)。
为解决不良网络环境而设计的技术
布鲁内特，W.， Vigil, M.，佩尔韦兹，F.，勒瓦里，S.，博列洛，G.和安德森，R.为有挑战的网络环境优化移动应用程序通信。在六人会议记录th计算促进发展年度ACM研讨会, 2015, 167 - 175;http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2830644
本文描述了一种可配置的数据传输框架，旨在将特殊环境下移动应用程序的网络连接问题降至最低。例如，Open Data Kit (ODK)是一组免费和开源的工具，它可以帮助处于低资源领域的组织编写、部署和管理移动数据收集解决方案。ODK用于移动应用程序部署，使用全球定位系统位置和图像收集健康和社会经济调查。在这种情况下，要将埃博拉或脊髓灰质炎疫情等重要健康问题迅速通知他人，就必须进行可靠的数据传输，尽管网络环境具有挑战性。
本文的作者贡献了ODK Submit，这是一种通过向Android应用程序提供通道监视和传输调度机制来协调数据通信的Android服务。ODK Submit通过支持稀疏异构网络的应用程序级优化，通过可用的通道发送适当的数据，并识别具有挑战性的网络环境中的可用连通性，从而改进了部署。它还使部署架构师(即定制现成软件包的非开发人员)能够定制移动应用程序软件，以在这种具有挑战性的环境中提高数据传输的可靠性。本文提供了一个在有限资源设置下优化移动应用程序性能的框架。
通过信息的产生，支持社区内个人之间的联系
瓦希萨，A.，库特里尔，E.，博列洛，G.和蒂斯，W.桑吉特·斯瓦拉:印度农村社区主持的声音论坛。在33人会议记录理查德·道金斯计算系统中人为因素的ACM年度会议, 2015, 417 - 426;http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2702191
Sangeet Swara是一个基于印度语的音乐和文化内容的社交媒体语音论坛，使用IVR(交互式语音响应)系统建立。Vashistha等人想了解这样一个系统如何在财务上可持续发展。为了实现Sangeet Swara的财务可持续性，作者通过让社区管理内容来降低社区管理员的成本。
那些打电话到Sangeet Swara的人录下语音信息，听录音信息，对其进行投票，并在不接入互联网的情况下分享这些信息。呼叫者通过在语音论坛上投票来帮助策划内容，这是一种为其他人优先播放的方式，同时也消除了对主持人的需要。
该系统的使用取得了成功，许多低收入社区和视力受损的低收入个人采用了该系统;在11周的部署中，该系统收到了来自1500多人的超过25000个电话和5000条语音信息。在免费电话号码被付费电话号码取代后，它在财务上是不可持续的;然而，未来解决这一问题的机会仍然存在。
总之，作者贡献了Sangeet Swara系统，该系统使低收入社区成员能够生产信息并建立社会资本，这对连接和加强社区至关重要。社区通过对帖子进行分类和评级来管理论坛，从而消除了对单一版主的需要——这是创建一个自我维持的系统的一步。
连接低资源社区到高资源社区的技术，以实现信息共享
迪拉亨特，t.r.， Bose, n.s, Diwan, s.a。
为弱势求职者设计:来自早期调查的见解。在ACM交互系统设计会议论文集, 2016, 905 - 910;http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2901865
本文关注的是来自美国低收入社区的失业求职者。作者进行了以用户为中心的设计过程来创建和部署Review-Me，这是一个基于web的应用程序，它从本地就业人员那里获取résumé失业者的反馈。虽然应用程序部署成功地连接了当前的学生求职者，但它揭示了服务不足的求职者的限制和约束。例如，服务不足的求职者并不总是能够访问数字résumés，也不知道如何以数字形式重新创建实体的résumés。求职者很少可以使用电子邮件地址，而那些可以使用电子邮件地址的人经常忘记自己的密码。最后，低文化水平使得这些求职者很难注册使用该应用程序。
这项工作的结果提出了解决这些缺点的三个基本设计原则:兼容性(例如，系统应该接受résumés的拍摄图像);实用性(例如，系统应该提供离线提交résumés的方法，例如通过kiosk或离线网络设备);熟悉度(例如，系统应该允许通过短信或熟悉的移动账户(如Instagram或Facebook)注册)。
随着雇主越来越多地要求求职者在网上申请，研究结果令人担忧;政府服务，如失业救济，必须在网上申请(在某些情况下，可以通过电话申请);而其他服务，如医疗保健，甚至住房，都是在网上研究和获取的。将服务不足的求职者与在职人员联系起来是值得称赞的。然而，如果不使这些技术更具包容性，许多人将继续被抛在后面。
结论
对于关心设计、实现和部署包容性工具的计算机科学家来说，构建旨在实现以下目标的软件和软件技术至关重要:
- 改善糟糕的基础设施，如不稳定的网络连接和电力，或提供不要求这些基础设施稳定的解决方案。
- 授权个人生产信息，而不仅仅是消费信息。2
- 用更多的资源将个人与他人联系起来，帮助支持社区内部和跨社区的发展。
在开发软件时，计算机科学家和从业人员应该考虑到资源有限领域中存在的问题，例如不稳定的电力和水的获取，以及整体糟糕的基础设施。针对阅读和数字读写能力有限以及互联网接入有限等其他限制因素进行设计，往往有利于服务不足群体以外的人群。赋予个人创造信息的能力，加强社区内部和社区之间的联系，对于减少社会或收入不平等等我们无法控制的系统性问题至关重要。
个人制造
斯蒂芬妮·穆勒和帕特里克·鲍迪斯
3D打印机等个人制造工具为非技术用户创造定制对象的未来铺平了道路。随着最近3d打印硬件价格的下降，这些工具即将进入大众市场。普通消费者3D打印机的价格已经从2007年的约14000美元下降到今天的500美元。考虑到价格的下降，消费者3D打印机的销量每年翻一番也就不足为奇了，从2010年的6000台增加到2015年的27万多台。
虽然现在硬件更加实惠，拥有3D打印机的人数也在增加，但只有少数人使用打印机创建3D模型。大多数用户从Thingiverse等平台下载模型，下载后在3D打印机上制作。用户最多只需要调整模型的一些参数，比如改变它的颜色或在预定的形状选项中浏览。
个人制作还有更多的潜力:未来非技术用户可以使用3D打印机创造出今天只有训练有素的专家才能创造的东西，而不是只消费现有的内容。在过去的几年里，人机交互(HCI)和图形研究人员致力于解决许多挑战，以推动我们走向这样的未来。
在我们的论文“个人捏造”(人机交互的基础和趋势， 3-4, 2017)，我们提供了这些挑战的全面概述，包括对200多篇最近的论文的调查。在这里，我们总结了其中的三篇论文，它们是更大领域的代表。
复合材料制造
维迪斯，卡斯帕，阿，王勇，马特西克，W.铸造:多材料制造的分层材料设计。在29人会议记录th用户界面软件和技术年度研讨会, 2016, 563 - 574;http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2984516．
有了3D打印，用户可以设计物体的每一个方面:他们可以创建一个特定的外观(例如，想要的形状、颜色和反射率)、特定的感觉(例如，通过打印触感纹理或使用柔软的材料)，它们可以使一个物体实现所需的功能函数(例如，用于印刷电子产品的导电材料或用于印刷光管的光学透明材料)。
功能属性也可以通过设计内部结构例如，通过重新分配填充物来移动物体的质心，使物体站立。最后，通过使用结构不同的细胞的微结构，研究人员展示了如何使用单一材料(所谓的超材料）.
本文为设计这种多材料复合对象提供了一个编辑环境。将一组操作符组合到操作符图中，将创建材质定义。操作符是使用用于多材料制作的特定于领域的语言实现的，用户可以通过编写自己的操作符轻松扩展库。
领域知识
Umetani, N.， Koyama, Y.， Schmidt, R.和Igarashi, T. Pteromys:自由成形自由飞行模型飞机的交互设计和优化。ACM图形学汇刊4(2014)，第65条;http://dl.acm.org/citation.cfm?id=2601129．
专业的CAD工具需要多年的工程培训，以获得必要的专业知识，因为它们提供了对设计中的每个参数的精细控制。HCI和图形研究人员一直在研究如何创建设计工具，将必要的领域知识抽象出来，让用户指定形状而且运动对期望对象的;然后，系统模拟机械行为，要么批评用户的设计，要么自动调整设计，使其符合部队。
甚至考虑一个简单的例子，设计一个纸滑翔机，在这篇文章中介绍。根据滑翔机的方向，它会受到使滑翔机抵抗气流的阻力和使滑翔机向上移动的升力的影响。所有的力不仅取决于滑翔机的形状，还取决于它在某一时刻的速度和方向;因此，当滑翔机在空中移动时，它们会不断地变化。这将创建一个大的参数空间，用户无法手动处理。本文描述的设计工具允许用户设计滑翔机的形状，在他们设计的同时，提供关于飞行性能的实时反馈。
从批处理，到回合制，再到物理“数据”的直接操作
威利斯，凯德丹，徐聪，吴克杰。交互制造:数字制造的新接口。在五人会议记录th有形、嵌入和具体化交互国际会议, 2010, 69 - 72;http://dl.acm.org/citation.cfm?id=1935716．
当不可能进行模拟时，例如在测试设计的美学和人体工程学时，用户必须制造对象来评估它。由于3D打印速度非常慢，用户在打印前必须仔细考虑，因为每一个错误都可能意味着需要再打印一个小时甚至一夜。
然而，计划每一步对于非技术用户来说是不可行的，因为他们缺乏对设计决策的后果进行推理的经验。为了解决这个问题，研究人员建议重复从个人计算到个人制造的用户界面的进化。计算机也从一夜之间一口气运行一个程序的机器开始。随后出现了命令行等轮流系统，在用户每次输入后提供反馈;最后，直接操作界面(如今天的多点触控设备)在编辑过程中为用户提供持续的反馈。将相同的交互概念应用到制造过程中，会产生一个与今天所看到的非常不同的工作流。
在本文提出的新的“交互式制造”工作流中，用户使用物理工具在物理工件上进行实际操作(很像手工制作)，并看到物理工件在编辑时立即更改。快速反馈循环允许用户评估每一个中间步骤，允许他们在过程中调整自己的决定。这可能会使编辑物理数据像在多触控设备上编辑数字数据一样容易。
结论
个人制造什么时候能到达消费者手中?这段旅程才刚刚开始。如果以2009年为起点(也就是说，当第一批专利用完，第一台低成本3D打印机MakerBot Cupcake CNC出现在市场上)，那么我们显然还处于将个人制造交到消费者手中的初级阶段。
如果今天个人制造感觉像是业余爱好者的利基技术，那很可能是因为还有几十年的时间。我们应该耐心地看待中间的进展。当然，在个人电脑等其他技术诞生几十年后，人们才会预测到它们的成功(想想IBM总裁托马斯•沃森(Thomas Watson)在1943年说过的话:“我认为，全球市场可能只需要5台电脑”)。
如果个人制造在应用过程中会像个人计算一样，我们仍然有一个惊人的旅程在前面。
参考文献
1.阿尔凯尔，罗奇，J.M.和赛斯。多维贫困指数2013。牛津贫困与人类发展倡议;http://www.ophi.org.uk/wp-content/uploads/Global-Multidimensional-Poverty-Index-2013-8-pager.pdf?0a8fd7．
2.戴尔，N.和库马尔，N.人机交互发展的来龙去脉。在计算机系统中的人为因素CHI会议论文集, 2016, 2220 - 2232。
3.理解信息时代改革的成功与失败。在信息时代重塑政府:信息技术推动的公共部门改革的国际实践。r . Heeks (Ed)。劳特利奇，伦敦，1999,49-74。
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