Tangible Sensor-Driven Approach To Adaptable Cognitive Exercises

Abstract

This dissertation presents the research and development of a modular Tangible User Interface (TUI) system designed to enhance cognitive skills through interactive serious games. The proposed TUI system leverages sensorized physical objects to interact with games that target cognitive exercises such as memory, attention, and problem-solving. Unlike traditional cognitive rehabilitation methods, which are often expensive and rely on repetitive exercises, the TUI-based system offers a more engaging and adaptable approach. A key focus of this work is the modular nature of the TUI. The system’s flexibility allows for physical modifications, such as changing the types or numbers of sensors used, to accommodate different difficulty levels or even support cooperative gameplay. Furthermore, the TUI system is designed to be easily extensible, enabling new games to be developed with minimal changes to the existing setup, making it highly adaptable to various therapeutic and educational settings. To validate the effectiveness of this approach, the TUI system was tested with two distinct serious games, each developed to demonstrate the modularity and adaptability of the interface. The empirical studies conducted involved a diverse group of participants to provide insights into the usability, user satisfaction, and overall effectiveness of the system. The results from this research aim to demonstrate the potential of modular TUIs in creating customizable and engaging tools for cognitive development, providing a valuable complement to traditional methods of cognitive rehabilitation and education.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um sistema modular de TUI projetado para melhorar as competências cognitivas através de jogos sérios interativos. O sistema TUI proposto utiliza objetos físicos sensorizados para interagir com jogos que visam exercícios cognitivos, como a memória, a atenção e a resolução de problemas. Ao contrário dos métodos tradicionais de reabilitação cognitiva, que costumam ser dispendiosos, exigir sessões presenciais e depender de exercícios repetitivos, o sistema baseado em TUI oferece uma abordagem mais envolvente e adaptável. Um dos principais focos desta tese é a natureza modular da TUI. A flexibilidade do sistema permite alterações físicas, como a mudança dos tipos ou do número de sensores utilizados, de modo a acomodar diferentes níveis de dificuldade ou até mesmo suportar jogos cooperativos. Além disso, o sistema TUI foi desenvolvido para ser facilmente extensível, possibilitando o desenvolvimento de novos jogos com mínimas alterações na configuração existente, tornando-o altamente adaptável a vários contextos terapêuticos e educativos. Para validar a eficácia desta abordagem, o sistema TUI foi testado com dois jogos sérios distintos, cada um desenvolvido para demonstrar a modularidade e a adaptabilidade da interface. Os estudos empíricos realizados envolveram um grupo diversificado de participantes, representando. Estes testes de utilizador, forneceram informações sobre a usabilidade, satisfação do utilizador e a eficácia geral do sistema. Os resultados desta investigação visam demonstrar o potencial das TUIs modulares na criação de ferramentas personalizáveis e envolventes para o desenvolvimento cogni- tivo, proporcionando um complemento valioso aos métodos tradicionais de reabilitação cognitiva e educação.