APLA - world of warcraft voor astronauten

Stel je gaat als astronaut op reis naar Mars voor wetenschappelijk onderzoek. Dan ben je in het gunstigste geval minimaal 3 jaar onderweg. Hoe kun je de operationele efficiëntie en kennis op pijl houden voor de grote diversiteit aan uit te voeren wetenschappelijke experimenten? Nspyre verrichtte een studie naar serious gaming voor astronauten.

Typerend voor dit soort reizen is het dynamische karakter van de missie, waarbij de wetenschappelijke doelstellingen van de reis en de omgeving waarin de experimenten moeten worden uitgevoerd gedurende de missie continue zullen veranderen. Immers, op voorhand bepalen welke wetenschappelijke onderzoeken gedurende een reis van 3 jaar zullen worden uitgevoerd is vrijwel onmogelijk.

Alle wetenschappelijke doelen ten spijt, blijkt daarnaast uit allerlei onderzoeken dat er een grote kans is dat astronauten op zo'n lange reis geleidelijk aan niet alle benodigde kennis meer paraat hebben en zich niet gemotiveerd meer voelen om zich te trainen om kennis op pijl te houden. Hoe kunnen we ervoor zorgen dat astronauten op langdurige missies hun operationele efficiëntie en kennis op pijl houden?

Dit was het uitgangspunt voor een studie die Nspyre in opdracht van het Europese Ruimtevaart Agentschap ESA over een periode van ruim anderhalf jaar heeft uitgevoerd. Nspyre als prime contractor, in een consortium met het NLR, TNO en S&T. Dit studieproject, genaamd "A Portable Learning Application (APLA)", is recentelijk succesvol afgerond. Het project omvatte 3 fasen:

  1. Gedurende de eerste fase is gekeken naar de technologische ontwikkelingen die relevant zijn voor training, zoals virtual reality, e-learning, en augmented reality. Daarnaast zijn in samenwerking met het Europese Astronauten Center in Keulen de eisen opgesteld voor een trainingssysteem voor langdurige missies.
  2. In een tweede fase is een deel van de eisen vertaald naar software eisen voor een prototype. Deze fase omvat een typisch software ontwikkeltraject waarbij een werkend prototype is ontwikkeld.
  3. In de derde fase is het prototype ingezet voor empirisch onderzoek naar verwachte verbeteringen op het gebied van motivatie voor zelfstudie en de effectiviteit in het uitvoeren van experimenten.
     

Fase 1
Aangezien het een typisch studie-traject betreft, was op voorhand niet precies bekend welke oplossingsrichting er uiteindelijk gekozen zou worden. Aan het einde van de eerste fase was de conclusie dat de oplossing niet zozeer ligt in het aanbieden van een nieuw soort training, maar dat de manier waarop je kennis en de mogelijkheid tot trainen aanbiedt veel belangrijker is om de issues rondom motivatie en de noodzaak voor zelfstudie te tacklen. Bottomline: je moet studeren zo leuk mogelijk maken! Serious Gaming (het toepassen van gaming aspecten in een non-gaming toepassing) kan daarbij helpen en wordt daarvoor ook al veel toegepast. Door gebruik te maken van typische gaming aspecten zoals avatars, quests & missions, instant rewarding, leaderboards etc. kun je astronauten blijven stimuleren in zelfstudie, zo is de aanname. De belangrijkste beslissing in de eerste fase was derhalve dat de haalbaarheid en mogelijkheden van Serious Gaming voor zelfstudie van astronauten is getoetst...

Vervolgens is in de tweede fase een prototype ontwikkeld waarin de Serious Gaming toepassing gedemonstreerd kon worden. Hiervoor is een gaming applicatie ontwikkeld waarin iedere deelnemer het doel heeft om zo goed mogelijk trainingsmissies af te ronden. Succesvol afronden levert punten op, die direct weerspiegeld zijn in de avatar van de astronaut. Zo kan de astronaut bijvoorbeeld een Level 8 Payload Operator worden; een soort World of Warcraft voor astronauten! Maar dan zonder de grafische wereld...




Fase 2
Het prototype is ontwikkeld in Java, zero-conf is gebruikt voor het dynamisch deployen van componenten en OWL/RDL voor de datadefinitie. Daarbij is ook gebruik gemaakt van het framework MECA, dat al eerder door een van de partners met een vergelijkbaar doel is ontwikkeld. Als toepassing voor de serious game is een medisch apparaat (genaamd Cardiopres) gekozen waarvoor geschikt trainingsmateriaal beschikbaar is. De Cardiopres is een experimenteel apparaat dat 24-uur per dag de medische toestand van een astronaut meet en opslaat. Voor het prototype is het bestaande trainingsmateriaal voor Cardiopres in stukjes geknipt, zodat er korte 'missies' of 'quests' kunnen worden gedefinieerd. Iedere quest heeft een doel, bijvoorbeeld het succesvol uitvoeren van een procedure, of het zo snel mogelijk afhandelen van een gesimuleerde situatie en een beloning voor het behalen van dat doel. De beloning is direct inzichtelijk in het profiel van de astronaut. Om een extra competitie-element te introduceren zijn er ook leaderboards geïmplementeerd, zodat je te allen tijde kunt zien hoe je ervoor staat binnen het team en wie beter of slechter scoort dan jezelf. Het idee is dat je daardoor extra gemotiveerd wordt om nog beter te worden!

Fase 3
In de derde fase is het prototype gebruikt om te evalueren hoe potentiële gebruikers de Serious Gaming toepassing ervaren. Met trainers van het Europese Astronauten Centrum, bemanning van een onderzeeboot van de Nederlandse Marine en trainingsdeskundigen van TNO is het prototype geëvalueerd. De belangrijkste bevindingen waren dat het overzicht van trainingsmogelijkheden en de korte duur per trainingssessie als zeer positief werden ervaren  terwijl de leaderboards zo nu en dan nogal confronterend en daarmee wellicht zelfs demotiverend kunnen werken. De uitgebreide resultaten zijn vastgelegd in de rapportage van dit project.



De resultaten van de studie zijn een aantal weken geleden gepresenteerd op de Space Operations conferentie in Stockholm aan de hand van een paper en een presentatie. De Serious Gaming aanpak en het vernieuwende karakter van onze oplossing werd erg positief ontvangen. De conferentie wordt druk bezocht en zo'n 300 papers zijn daar gepresenteerd. Slechts een klein gedeelte daarvan (zo'n 30 stuks) is bovendien geselecteerd voor een wetenschappelijk boek dat begin volgend jaar zal worden gepubliceerd. Ook het paper "Gamification for Astronaut Training" van Nspyre en co-authors is geselecteerd als high-quality paper en zal dus in dit boek verschijnen. Een resultaat waar we als Nspyre trots op mogen zijn!

Ferdinand Cornelissen
Technology Officer

Link naar paper "Gamification for Astronaut Training".