Design and virtualization of intelligent systems for the management of assistive environments

The global population ageing is posing unprecedented challenges. Ambient Assisted Living (AAL) aims at the extension of the time older adults can live in their preferred environment, by promoting the development of Information & Communications Technology to support active and healthy ageing. This thesis faces the issues raised by the scientific literature related to AAL: the need of interoperability between AAL services, the lack of a systematic design of AAL systems, and an unsatisfactory acceptance of AAL technology. The thesis proposes the use of Agent-Oriented Software Engineering and Agent-Oriented Programming as the ideal paradigms to cover all the development phases of intelligent systems to manage assistive environments, such as smart homes. The properties of agents and Multi-Agent Systems, as defined in Artificial Intelligence literature, allow to build modular and interoperable systems suitable for the management of networks of sensors and actuators in smart homes. In such context, one contribution of this thesis is the Virtual Carer, a Multi-Agent System based on the Belief-Desire-Intention paradigm for the management of a smart home and the health monitoring of an assisted person. Moreover, the thesis advocates the use of serious games to increase end-users' awareness towards the enabling technologies for AAL. The thesis presents Smart Tales, an awareness game based on the virtualization of a smart home. Its goal is to promote the concept of AAL and its technologies to the general audience. In Smart Tales, the player covers the role of a smart home resident who is skeptical about the unobtrusiveness of the home, and tries to cheat sensors. While doing so, the player gets the informative content of the game and learns the basics on AAL and sensor technology. Beside the design of the game, this thesis presents the results of a formative evaluation with ten users, which shows promising results about the learning effectiveness and the usability of Smart Tales.

L'invecchiamento della popolazione mondiale pone sfide senza precedenti. L'Ambient Assisted Living (AAL) punta all'estensione del tempo che le persone possono trascorrere nel loro ambiente preferito, promuovendo lo sviluppo delle Information & Communications Technology per supportare un invecchiamento attivo e sano. Questa tesi affronta le sfide lanciate dalla letteratura scientifica relativa all'AAL: la necessità di servizi interoperabili, la mancanza di una progettazione sistematica delle soluzioni per l'AAL e un grado di accettazione ancora basso verso le tecnologie dell'AAL. La tesi propone l'uso dell'Ingegneria del Software Orientata agli Agenti e della Programmazione Orientata agli Agenti per tutte le fasi di sviluppo di sistemi intelligenti per la gestione di ambienti assistivi, come le smart home. Le proprietà tipiche dei Sistemi Multi-Agente, come definite nella letteratura relativa all'Intelligenza Artificiale, permettono di costruire sistemi modulari e interoperabili, adatti per la gestione di reti di sensori e attuatori. Un contributo di questa tesi è la "Virtual Carer", un Sistema Multi-Agente basato sul paradigma Belief-Desire-Intention per la gestione di una smart home e del monitoraggio della salute di un assistito. Inoltre, la tesi raccomanda l'uso di serious game per aumentare la consapevolezza degli utenti finali verso le tecnologie abilitanti dell'AAL. La tesi presenta "Smart Tales", un awareness game basato sulla virtualizzazione di una smart home. L'obiettivo è promuovere l’AAL e le sue tecnologie presso il pubblico. In Smart Tales, il giocatore impersona un abitante di una smart home che è scettico sui dispositivi nella propria casa e che tenta di ingannare i sensori presenti. Durante il gioco, l'utente ottiene il contenuto informativo sull'AAL e ne impara le basi. Questa tesi presenta anche una valutazione formativa del gioco, eseguita con dieci utenti: i risultati sull'efficacia dell'apprendimento e sull'usabilità del gioco sono incoraggianti.