Avaliação da Usabilidade da Realidade Aumentada: Um Estudo de Sistemas de Neuro-Informação

Summary

Este estudo apresenta um paradigma experimental para um teste de usabilidade combinando avaliações subjetivas e objetivas. A avaliação objetiva adotou os métodos Neuro-Information-Systems (NeuroIS) e a avaliação subjetiva adotou um questionário de usabilidade e uma escala NASA-Task Load Index (NASA-TLX).

Abstract

Este estudo introduz um paradigma experimental para um teste de usabilidade de tecnologias emergentes em um sistema de informação gerencial (MIS). O teste de usabilidade incluiu avaliações subjetivas e objetivas. Para a avaliação subjetiva, adotou-se um questionário de usabilidade e uma escala NASA-TLX. Para a avaliação objetiva, foram utilizados métodos de Neuro-Sistemas de Informação (NeuroIS). De uma perspectiva NeuroIS, este estudo usou fNIRS móveis e óculos de rastreamento ocular para medidas multimodais, o que resolveu o problema da validade ecológica das ferramentas de neurociência cognitiva usadas em experimentos comportamentais do mundo real. Este estudo utilizou a Realidade Aumentada (RA) integrada à Internet das Coisas (IoT) como objeto experimental. Comparando-se as diferenças nos dados de neuroimagem, nos dados fisiológicos, no questionário de usabilidade e nos dados da escala NASA-TLX entre os dois modos de busca de informação (RA versus um website), a busca de informação com RA apresentou maior eficiência e menor carga cognitiva quando comparada à busca de informação com um website durante o processo de tomada de decisão de consumo. Os resultados do experimento de usabilidade demonstram que a RA, como uma tecnologia emergente no varejo, pode efetivamente melhorar as experiências do consumidor e aumentar sua intenção de compra. O paradigma experimental, combinando avaliações subjetivas e objetivas neste estudo, poderia ser aplicado a um teste de usabilidade para tecnologias emergentes, como realidade aumentada, realidade virtual, inteligência artificial, tecnologia vestível, robótica e big data. Ele fornece uma solução experimental prática para a experiência do usuário em interações humano-computador com a adoção de tecnologias emergentes.

Introduction

Seis tecnologias de fronteira que interagem com os consumidores, tipicamente representadas por realidade aumentada, realidade virtual, inteligência artificial, tecnologia vestível, robótica e big data, estão remodelando muitos modelos teóricos de comportamento do consumidor¹. A Realidade Aumentada (RA) é uma nova tecnologia que pode melhorar a experiência do consumidor e melhorar a satisfação do consumidor. Ele sobrepõe informações textuais, imagens, vídeos e outros itens virtuais a cenários reais para fundir virtualidade e realidade, aprimorando assim a informação no mundo real por meio de explicação, orientação, avaliação e previsão². A RA proporciona um novo tipo de interação humano-computador, criando uma experiência de compra imersiva para os consumidores, e tem levado ao desenvolvimento de muitas aplicações ^3,4. No entanto, a aceitação dos serviços de RA pelos consumidores ainda é mínima, e muitas empresas são cautelosas quanto à adoção da tecnologia de RA ^5,6. O modelo de aceitação de tecnologia (TAM) tem sido amplamente utilizado para explicar e predizer o comportamento de adoção de novas tecnologias de informação ^7,8. Segundo a TAM, a intenção de adoção de uma nova tecnologia depende, em grande parte, de sua usabilidade⁹. Portanto, uma possível explicação para a lenta aceitação dos serviços de RA pelos consumidores na perspectiva da TAM pode estar relacionada à usabilidade das novas técnicas, o que evidencia a necessidade de avaliar a usabilidade da RA durante as compras^10,11.

A usabilidade é definida como a eficácia, eficiência e satisfação de atingir objetivos especificados em um contexto especificado por usuários especificados¹². Atualmente, existem dois métodos principais para avaliar a usabilidade: a avaliação subjetiva e a^objetiva13. As avaliações subjetivas baseiam-se principalmente em métodos de autorrelato por meio de questionários e escalas. Seguindo essa linha de pesquisa, o questionário utilizado neste estudo incluiu cinco características associadas ao modo de busca da informação para atingir um objetivo: (1) eficiência, (2) facilidade de uso, (3) memorabilidade (fácil de lembrar), (4) satisfação (o modo de busca da informação é confortável e agradável) e (5) generalizabilidade para outros objetos^14,15,16. Além disso, a carga cognitiva, que representa a carga durante a execução de uma determinada tarefa no sistema cognitivo de um aprendiz¹⁷, é outro indicador central de usabilidade^18,19. Assim, este estudo também utilizou o NASA Task Load Index (NASA-TLX)^13,20 como uma métrica subjetiva para medir a carga cognitiva durante as compras usando RA versus compras usando serviços de sites. Vale ressaltar que os métodos de autorrelato dependem da capacidade e da disposição dos indivíduos em relatar com precisão suas atitudes e/ou comportamentos prévios²¹, deixando aberta a possibilidade de notificação incorreta, subnotificação ou viés. Assim, medidas objetivas poderiam ser um valioso complemento aos métodos subjetivos tradicionais²².

Métodos de Neuro-Sistemas de Informação (NeuroIS) são utilizados para avaliação objetiva da usabilidade da RA. O NeuroIS, cunhado por Dimoka e col. na conferência ICIS de 2007, está atraindo atenção crescente no campo dos sistemas de informação (SI)²³. A NeuroIS utiliza teorias e ferramentas da neurociência cognitiva para melhor compreender o desenvolvimento, a adoção e o impacto das tecnologias de SI^24,25. Até o momento, ferramentas da neurociência cognitiva, como ressonância magnética funcional (RMf), eletroencefalograma (EEG), tomografia computadorizada por emissão de pósitrons, magnetoencefalografia (MEG) e espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS), são comumente utilizadas em estudos de^NeuroSI26,27. Por exemplo, Dimoka e Davis usaram a RMf para medir as ativações dos sujeitos quando interagiam com o website e revelaram que a facilidade de uso percebida influenciava a ativação no córtex pré-frontal (PFC)²⁸. Da mesma forma, utilizando o EEG, Moridis e col. verificaram que a assimetria frontal estava intimamente associada à utilidade²⁹. Esses resultados indicam que o PFC pode desempenhar um papel fundamental na usabilidade.

Embora tenham sido alcançados em estudos anteriores de NeuroSI, os paradigmas utilizados nesses estudos limitaram os movimentos corporais de sujeitos com baixa validade ecológica, limitando suas contribuições teóricas e práticas. Interagir com tecnologias como a RA durante as compras requer movimentos corporais livres, e as restrições do sujeito prejudicam em grande parte a experiência do consumidor, como discutido em He et ^al.22. Assim, ferramentas de imagem cerebral com alta validade ecológica são necessárias para um teste de usabilidade de sistemas de informação. A este respeito, o fNIRS tem vantagens técnicas únicas: durante os experimentos do fNIRS, os sujeitos podem se mover livremente³⁰ até certo ponto. Por exemplo, estudos anteriores mediram as ativações cerebrais dos indivíduos durante várias atividades ao ar livre, como andar de bicicleta usando fNIRS portátil³¹. Além disso, a fNIRS é de baixo custo e permite a mensuração de ativações cerebrais por longos períodos de tempo³². Neste estudo, a fNIRS foi usada para medir objetivamente o nível de carga cognitiva dos sujeitos durante o uso dos serviços de compras de RA versus um site.

O rastreamento ocular tem sido uma técnica psicofisiológica valiosa para detectar a atenção visual dos usuários durante um teste de usabilidade nos últimos anos³³ e também tem sido amplamente utilizado em estudos de NeuroSI³⁴. A técnica baseia-se na hipótese olho-mente, que pressupõe que o foco do observador vai para onde a atenção é direcionada, que a atenção visual representa o processo mental e que os padrões de atenção visual refletem estratégias cognitivas humanas^35,36,37. Na área de pesquisa em RA, Yang et al., utilizando o rastreamento ocular, descobriram que a propaganda de RA melhorava as atitudes dos consumidores em relação à propaganda, aumentando sua curiosidade e atenção³⁸. No presente estudo, o rastreamento ocular foi utilizado para medir a atenção dos sujeitos, incluindo parâmetros como duração total da fixação, duração média da fixação, frequência de fixação, frequência de sácade, duração média da sácade e comprimento médio do trajeto do exame.

Em síntese, este estudo propõe um método de teste de usabilidade que combina avaliações subjetivas e objetivas com aplicações de RA como exemplo. Um questionário de usabilidade e uma escala NASA-TLX foram utilizados para avaliação subjetiva, e medidas multimodais combinando fNIRS e rastreamento ocular foram utilizadas para avaliação objetiva ^39,40.

Delineamento experimental
Materiais experimentais: Para simular um contexto de compras da vida real, uma prateleira de produtos foi construída em laboratório, e duas marcas diferentes de água mineral foram colocadas na prateleira como materiais experimentais. Como bens essenciais, a água mineral foi selecionada porque os participantes não teriam viés nas avaliações subjetivas com base em sua formação ocupacional, gênero e capacidade de compra. O preço, a capacidade e a familiaridade das marcas foram controlados (ver Tabela de Materiais) para eliminar a interferência de variáveis irrelevantes.

O teste de usabilidade incluiu duas condições: um aplicativo de RA baseado em smartphone (Figura 1 Suplementar) e um website (Figura 2 Suplementar). A aplicação de RA foi programada com base em um mecanismo de RA. O site foi desenvolvido em Python, baseado em Bootstrap para o front-end e Flask para o back-end. O aplicativo de RA e o site foram executados e navegados em um smartphone. Dentre as duas diferentes marcas de água mineral, uma foi utilizada como material experimental na condição RA, e a outra na condição website.

Tarefas experimentais: Os participantes foram solicitados a realizar quatro tarefas de busca de informações derivadas de contextos de aplicação de IoT: a qualidade da água, a temperatura de armazenamento, a dieta correspondente e o preço por litro. Essas quatro informações são o que os consumidores normalmente prestam atenção quando compram água mineral. Não houve restrição de tempo para que os participantes concluíssem as tarefas.

Qualidade da água: A qualidade da água mineral geralmente inclui dois indicadores: o total de sólidos dissolvidos (TDS) e o valor de pH. O TDS reflete o conteúdo mineral, e o valor de pH descreve a acidez/alcalinidade da água. Esses dois indicadores estão relacionados aos oligoelementos contidos na água mineral e influenciam o sabor. Por exemplo, Bruvold e Ongerth dividiram a qualidade sensorial da água em cinco graus, de acordo com seu teor de TDS⁴¹. Marcussen e col. verificaram que a água tem boas qualidades sensoriais na faixa de 100-400 mg/L TDS⁴². O TDS e o valor de pH das duas marcas de água mineral utilizadas neste estudo foram medidos usando TDS e pHmetricômetros, respectivamente, e então marcados no aplicativo de RA e no site. Durante a realização da tarefa, os participantes foram solicitados a relatar os valores de TDS e pH da água mineral e confirmar se esses valores estavam dentro da faixa nominal. Na condição RA, os participantes podiam adquirir essas informações escaneando a garrafa de água. Na condição de site, os participantes foram solicitados a realizar quatro etapas: (1) encontrar um código numérico no verso da garrafa de água mineral, (2) inserir o código numérico em uma caixa de consulta para obter os valores de TDS e pH para água mineral, (3) pesquisar a faixa nominal de água mineral no site e (4) informar verbalmente se o TDS e o valor de pH estão dentro da faixa nominal para o produto.

Temperatura de armazenamento: A qualidade da água mineral pode diminuir durante o transporte e armazenamento devido a mudanças de temperatura. Experimentos mostraram que a temperatura adequada para a água mineral está entre 5 °C e 25 °C durante o transporte e armazenamento. Nessa faixa de temperatura, a água não apresenta mau odor⁴³. No presente experimento, a temperatura de armazenamento dos dois tipos de água mineral em locais diferentes foi marcada no aplicativo de RA e no website. Durante a execução da tarefa, os participantes foram solicitados a informar o local de armazenamento e a temperatura correspondente da água. Na condição RA, os participantes podiam adquirir essas informações escaneando a garrafa de água. Na condição do site, os participantes podiam adquirir essas informações inserindo o código numérico em uma caixa de consulta.

Dieta correspondente: Diferentes marcas de água mineral são adequadas para diferentes cardápios devido à sua composição mineral única e conteúdo de bolhas⁴⁴. No presente experimento, as recomendações dietéticas para as duas águas minerais foram marcadas no aplicativo e no site da RA. Durante a realização da tarefa, os participantes foram solicitados a relatar como a água mineral combina com os alimentos do cardápio. Na condição RA, os participantes poderiam adquirir essas informações escaneando a garrafa de água. Na condição de site, os participantes poderiam buscar essas informações no site.

Preço por litro: Atualmente, os rótulos das garrafas de água mineral na China não exibem a informação de preço por litro. Isso torna difícil para os consumidores distinguir a diferença de preços unitários de diferentes tipos de água mineral. Portanto, o presente experimento exigiu que os participantes informassem o preço por litro. No aplicativo de RA, os participantes podiam adquirir o preço por litro diretamente escaneando a garrafa de água. Na condição do site, as informações poderiam ser calculadas a partir do preço unitário e do volume no rótulo.

Este estudo utilizou um delineamento intraparticipante, com critérios de inclusão e exclusão dos participantes, conforme descrito na Tabela 1. Um total de 40 participantes completou o experimento (20 homens e 20 mulheres, idade média = 21,31 ± 1,16 anos). Todos os participantes eram estudantes de graduação da Universidade de Ciência e Tecnologia de Jiangsu e foram organizados aleatoriamente em dois grupos (A e B). Para evitar o efeito de ordem, a ordem experimental foi contrabalançada entre os dois grupos (A/B). Especificamente, um grupo realizou primeiro a condição de RA e, em seguida, a condição de site, enquanto o outro grupo realizou primeiro a condição de RA e, em seguida, a condição de RA. Os participantes foram solicitados a completar a preparação para o experimento, usar os instrumentos e executar as tarefas experimentais. O intervalo interexperimento foi ajustado para 10 s para permitir que a ativação cortical retornasse ao nível basal, evitando a influência cruzada na tarefa subsequente. Ao final do experimento AR/website, os participantes foram solicitados a preencher o questionário de usabilidade e a escala NASA-TLX. O fluxograma experimental é mostrado na Figura 1. Uma fotografia do arranjo experimental é apresentada na Figura 2.

Tabela 1: Critérios de inclusão e exclusão do estudo. Clique aqui para baixar esta tabela.

Figura 1: Fluxograma experimental. Cada experimento teve duração de ~45 min, com um período de descanso de 10 s entre as tarefas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Exemplo de configuração da cena experimental. Os materiais experimentais, o participante e os equipamentos são mostrados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Protocol

Este estudo foi conduzido de acordo com os princípios da Declaração de Helsinque. Todos os participantes foram informados sobre o objetivo e a segurança do experimento e assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido antes da participação. Este estudo foi aprovado pelo comitê de revisão institucional da Universidade de Ciência e Tecnologia de Jiangsu. 1. Procedimento experimental Preparação para o experimentoExplicar o consentimento informa…

Representative Results

Os resultados representativos deste estudo incluem os resultados do questionário de usabilidade, análise de dados de rastreamento ocular, dados da escala NASA-TLX, análise de dados do fNIRS e mudanças dinâmicas na carga cognitiva. Para os resultados do questionário de usabilidade, foram realizados análise de dados de rastreamento ocular, dados da escala NASA-TLX e análise de dados do fNIRS, testes de normalidade e testes de diferenças. Para alterações dinâmicas da carga cognitiva, este estudo selecionou dados…

Discussion

Etapas críticas dentro do protocolo
Durante o experimento, várias etapas foram consideradas para garantir a confiabilidade dos resultados. Primeiramente, foram excluídos os participantes familiarizados com as marcas de água mineral utilizadas no experimento, pois esses participantes teriam realizado a tarefa com base em seu conhecimento da marca. Em segundo lugar, os participantes completaram um pré-experimento usando outras marcas de água mineral, que foi empregado para garantir que os particip…

Materials

AR Engine	Unity Technologies	2020.3.1	AR development platform
AR SDK	PTC	Vuforia Engine 9.8.5	AR development kit
Eye Tracker (eye tracking glasses)	SMI, Germany	SMI ETG	Head-mounted eye tracking system
Eye Tracker Recording software	SMI, Germany	iViewETG Software	Eye Tracker Recording software
fNIRS probes	Artinis Medical Systems BV, Netherlands	Artinis PortaLite	Light source: Light emitting diodes Wavelengths: Standard nominal 760 and 850 nm
fNIRS software	Artinis Medical Systems BV, Netherlands	OxySoft 3.2.70	fNIRS data recording and analysis software
Mineral Water	Groupe Danone	Badoit	Experimental material in the AR condition   Capacity: 330ml Price: 6
Mineral Water	Nestlé	Acqua Panna	Experimental material in the website condition Capacity: 250ml Price: 5.4
Skin Preparation Gel	Weaver and Company	Nuprep	Clean the forehead skin of the participants
Smartphone	Xiaomi	Redmi K30 Ultra	Smartphone-based AR application and website