Abstract Old age brings several physical and cognitive challenges for elderly people, which complicates the utilization of modern information and communication technology (ICT) for daily task assistance and for caretakers and family support. One factor hindering the adoption of ICT is that most existing user interfaces (UIs) require prior knowledge of use metaphors that many elderly people cannot learn to master. Research on developing assistive technology exists, such as phones for the elderly, but these often have UIs that require prior knowledge and use experience. Recent research has introduced Ambient Assisted Living (AAL) concepts for users’ homes, for example projecting guidance into the environment. However, only a few empirical studies have attempted to define the type of projection-based UIs that would be intuitive for the elderly, and the system design processes that would help in developing such AAL have not been researched thoroughly. This work presents three design iterations and their empirical evaluations. From these, a body of knowledge was produced for designing and developing AALs with projected Augmented Reality (AR) UIs. The first iteration had a sentence-building UI implemented for a wearable Projector-Camera (ProCam) system, which had limits in technical suitability for the elderly. The second iteration changed the use metaphor to a simple icon-based menu, and produced a requirement guideline for UIs in AAL. In the final iteration, the wearable was replaced with a fixed ProCam, allowing the elderly to make menu selections effectively. This iteration supported sequential tasks, such as taking medicine, with visual guides. The suitability of the new UI was tested with computer literate young adults and elderly users, many of the latter having memory and motor skill limitations. The comparison showed that the two groups performed similarly; however, the elderly needed a slower and more direct interaction technique adapted to their preferences in the UI. Assistance for the sequential tasks was found feasible. This work produced a set of UI-related and technical factors that AAL designers should take into account when developing projector-based AR systems for the elderly with memory problems. In addition, this work offers suggestions on how to conduct UI testing sessions with this user group to reduce the amount of work and improve the success of the iterative development process. / Tiivistelmä Ikääntyminen tuo useita fyysisiä ja kognitiivisia haasteita teknologian käytölle mikä puolestaan mutkistaa modernin informaatioteknologian käyttöä hoivatyöntekijöiden ja omaisten tukemana päivittäisten askareiden tukemisessa. Yksi este käytölle on käyttöliittyminen hallitsemiseen tarvittava osaaminen mitä vanhuksilla on haastavaa oppia. Avustavan teknologian tutkimusta on olemassa laitteille kuten vanhusten käyttöön suunnitellut matkapuhelimet jotka tarvitsevat tietämystä ja aiempia käyttökokemuksia. Uusimmat tutkimukset esittävät tietotekniikka-avusteisen asuminen mahdollisuuksia käyttäjien koteihin esimerkiksi projisoitujen opastuksien muodossa, mutta vain muutamia empiirisiä tutkimuksia on tehty määrittelemään kuinka projektiopohjaiset käyttöliittymät voisivat olla intuitiivisia vanhuksille, ja tutkimuksia kuinka näiden systeemien suunnitteluprosessit voisivat avustaa tietotekniikka-avusteisen asumisen suunnittelijoille ei ole tuotettu tarpeeksi. Tämä työ esittelee kolmen iteroinnin ja empiirisen arvioinnin luoman tietämysperustan kautta ratkaisuja systeemien suunnittelun ja luonnin tarpeisiin projektiopohjaisen lisätyn todellisuuden käyttöliittymien luomiseksi. Ensimmäisen iteroinnin tulos on lauserakenteeseen pohjautuva käyttöliittymä päälle puettavalle projektiojärjestelmälle, jonka todettiin omaavan teknisiä puutteita vanhuskäyttöön. Toinen iterointi esittelee ikonipohjaisen käyttöliittymän ja tuottaa vaatimusmäärittelyohjeistuksia käyttöliittymille. Viimeisessä iteroinnissa korvataan päälle puettava kiinteästi asennetulla järjestelmällä, joka mahdollistaa vanhuksille tehokkaamman valintamenetelmän valikoille, sekä tukee sarjamuotoisten tehtävien suorittamista visuaalisia ohjeistuksia käyttäen esimerkiksi lääkkeen annostelun tukemisessa. Käytön soveltuvuutta vertailtiin tehokäyttäjien ja vanhusten, joilla on usein motoriikan ja kognition ongelmia, kesken, ja vaikka nämä kaksi ryhmää ovat hyvin samankaltaisia on vanhuksille sopivampi menetelmä hitaampi ja perustuu suoraan interaktioon. Myös sarjamuotoisen tehtävän suorituksen tukeminen osoittautui saavutettavaksi. Tämä työ tuotti käyttöliittymien ja teknisten toteutusten suunnitteluun tarkoitettuja ohjeistuksia joita tietotekniikka-avusteisen asumisen suunnittelijoiden tulisi ottaa huomioon projektiopohjaisten lisätyn todellisuuden järjestelmien kehittämisessä muistihäiriöisten vanhusten tarpeisiin. Lisäksi suosituksia käyttäjätestien luomiseen tämän käyttäjäryhmän kesken ehdotetaan jolla voidaan vähentää työmäärää sekä parantaa oikein iteratiivista prosessia.

Abstract Natural ageing brings with it many physical and cognitive impairments in the elderly, which challenges them in independently performing their daily activities. Many assistive technologies such as alarms, mobile phones, and video conferencing are available to support the elderly and their caregivers. However, these technologies require constant interaction and attention. Augmented Reality (AR) can be used to remotely guide the elderly in their daily tasks. From all known techniques, projection-based AR is suitable for the elderly because the digital information can be displayed on any real surface or any object without interaction or holding the devices. This doctoral thesis focuses on developing solutions to remotely guide the elderly in their daily activities through a caregiver. We adopted the design science methodology to iteratively design, implement and evaluate these solutions. Two constructs were developed for navigation activities utilizing laser projection and four constructs were built for cooking activities using fixed projection. We evaluated each construct in terms of feasibility and usability with actual elderly people, some of them have some form of memory problem. The results demonstrate how remote collaboration systems can be developed to guide the elderly in daily activities through a caregiver. The existing devices can be equipped with projection-based AR technology and elderly are willing to use it. The findings also suggest that augmented reality could help design systems for other daily activities such as shopping, or cleaning dishes, in order to improve the autonomy, quality of life, safety and well-being of the elderly. / Tiivistelmä Vanhusten ikääntyminen tuo mukanaan fyysistä ja kognitiivistä kunnon heikkenemistä, mikä haastaa heidän kykyään suoriutua päivittäisistä askareistaan. Apuvälineet, kuten erilaiset varolaitteet, puhelimet ja videoneuvotteluyhteydet, ovat vanhusten ja heidän avustajien käytettävissä. Nämä apuvälineet vaativat yhteydenpitoa ja huomiota. Lisättyä todellisuutta (AR-tekniikkaa) voidaan käyttää etäopastamaan vanhuksia päivittäisissä askareissa. Näistä tekniikoista erityisesti projektiopohjainen lisätty todellisuus soveltuu vanhuksille, koska opastustieto voidaan näyttää millä tahansa pinnalla tai esineellä vaatimatta vanhukselta toimenpiteitä ja käyttämättä laitteita. Tämä väitöskirja kohdentuu kehittämään ratkaisuja vanhusten päivittäisten tehtävien ohjaukseen etäällä olevan avustajan toimesta. Menetelmällisesti tämä tutkimus soveltaa suunnittelutiedettä, jossa ratkaisuja suunnitellaan, toteutetaan ja arvioidaan toistuvina iteraatiokierroksina. Työssä kehitettiin kaksi ratkaisua ulkotiloissa tapahtuvaan jalan liikkumisen opastukseen laser-valolla ja neljä ratkaisua sisätiloissa tapahtuvaan ruuanlaittoon kiinteästi keittiöön sijoitetuilla projektoreilla. Näiden ratkaisujen käyttökelpoisuus ja käytettävyys arviotiin käyttäjäryhmällä, joka koostui vanhuksista, joista osa kärsi muistin vajaatoiminnasta. Tulokset demonstroivat joidenkin kohteeksi valittujen toimintojen osalta, miten voidaan kehittää vanhusten päivittäisen toiminnan opastusjärjestelmiä, joissa on etäavustaja. Olemassa oleviin vanhusten käyttämiin käyttöesineisiin, laitteisiin ja tiloihin voidaan lisätä lisätyn todellisuuden valaistusvarustus. Tutkimustulokset antavat myös viitteitä lisätyn todellisuuden laajemmasta soveltuvuudesta muihinkin päivittäisiin toimintoihin, kuten ostoksilla käyntiin ja astioiden tiskaukseen, ja siten parantaa vanhusten itsenäistä selviytymistä, elämänlaatua, turvallisuutta ja hyvinvointia.