Sådan multitasker du, når nuklear ikke-spredning er på spil

Ny kognitiv videnskabelig forskning fra Sandia National Laboratories viser, at mens kort kan hjælpe nogen med at identificere vartegn, mens de bliver eskorteret, at bruge én begrænser også situationsbevidsthed og viden om omgivelser, der ikke er fremhævet på kortet.

Denne konstatering er en af ​​flere, der kommer fra et treårigt projekt, der parrede kognitive forskere og internationale nuklear sikkerhedskontroleksperter for at udføre menneskelige præstationstests og udvikle anbefalinger, der kunne bruges af Det Internationale Atomenergiagentur til at støtte sikkerhedskontrolinspektører. Målet er at identificere måder, hvorpå inspektører kan være mere nøjagtige, effektiv og situationsbevidst under arbejdet, som i sidste ende er med til at sikre nuklear ikke-spredning.

Testene fokuserede på visuel inspektion, wayfinding og videnoverførselsopgaver, der er vigtige for inspektører. Mens kognitive videnskabsmænd har studeret disse områder i detaljer før, den eksisterende forskning tog ikke fat på de unikke behov hos internationale sikkerhedskontrolinspektører.

IAEA-inspektører besøger nukleare energianlæg for at kontrollere, at de ikke misbruges, og nukleart materiale afledes ikke fra fredelig anvendelse. Mens man er på et anlæg, de skal udføre specifikke opgaver og registrere information, samtidig med at de er opmærksomme på deres omgivelser og analyserer uoverensstemmelser.

"Alle disse komplicerende faktorer gør det til et virkelig udfordrende job og lægger en stor kognitiv belastning på inspektørerne, " sagde Zoe Gastelum, nuklear sikkerhedskontrol forsker og projektleder. "Med dette projekt Vi så, at en ændring af den måde, vi giver information til folk, der arbejder i feltet, kan hjælpe dem med at blive mere effektive."

Forskerholdet udførte en undersøgelse for at fastslå de største behov for nuklear sikkerhedskontrol samfund, og derefter gennemgået det for at identificere hullerne i kognitiv videnskabslitteratur.

"Meget kognitiv videnskabeligt arbejde har været meget laboratoriebaseret og teoritungt om mekanismer og processer i sindet og hjernen, " sagde Mallory Stites, en kognitiv videnskabsmand og et forskningsteammedlem. "Nogle gange er der en kløft mellem, hvad du laver i laboratoriet, og hvad du har brug for til anvendt videnskab. Vores mål var at lave laboratoriebaseret arbejde baseret på kognitiv teori, som kunne anvendes i feltet."

Holdet designede en række menneskelige præstationstest baseret på inspektørers aktiviteter, ved at bruge Sandia-ansatte som surrogatkontrolinspektører. For hver opgave holdet leverede relevant information på flere måder til deltagerne og observerede, hvordan måden informationen blev præsenteret på ændrede præstationer.

Balanceringsnøjagtighed, hastighed, mens du søger efter lister og elementer

"Selvom der har været meget forskning i visuel søgning i kognitiv videnskab, de specifikke ting inspektørerne gør i marken, som normalt sammenligner en liste med en anden liste eller med fysiske objekter, var ikke blevet kigget meget på, " sagde Laura Matzen, en kognitiv videnskabsmand og et forskningsteammedlem. "Vi ønskede at udfylde det hul ved at se på forskellige måder at organisere en inspektørliste på for at gøre arbejdet lettere."

Holdet studerede visuel søgning og listeformatering. En test fik deltagerne til at sammenligne en liste med en anden, meget ligesom en inspektør ville sammenligne en facilitets nuværende beholdning med inventarlisten fra den nationale sikkerhedskontrolmyndighed for at notere, hvad der var gået ind og ud. De fik hver deltagergruppe til at prøve en anden teknik til at organisere og sammenligne deres lister, såsom at bruge farvekodning, numerisk rækkefølge eller omorganisering af den aktuelle liste for at matche rækkefølgen af ​​den foregående liste så meget som muligt.

"Vi fandt ud af, at farvekodning virkelig hjalp, " sagde Matzen. "Alt hvad vi kunne gøre ved inspektørens liste for at begrænse, hvor de kiggede på anlæggets liste, hjalp med at fremskynde processen, fordi de kunne nulstille den relevante kolonne eller sektion."

Matzen sagde, at resultaterne også viste, at omorganisering af listerne for bedre at matche fremskyndede sammenligningsprocessen endnu mere, men deltagerne begyndte at mangle subtile fejl, såsom taltranspositioner, og deres nøjagtighed faldt.

Vælg din vægt:at finde vartegn eller tage detaljerne i dine omgivelser

Holdet etablerede eksperimenter på et Sandia-anlæg, der tidligere blev brugt til arbejde med nukleare materialer, men som ikke længere er aktivt.

"Anlægget havde mange af de samme visuelle karakteristika, som inspektører ser, " sagde Stites. "Det var stort, noget højt, temmelig varm og en nem plads at vende sig rundt i."

Målet, hun sagde, var at se, hvordan eller om kort kunne hjælpe inspektører med at lære layoutet af et anlæg og forblive opmærksomme på deres generelle omgivelser, især mens de bliver ført på en guidet rute.

"Når du ikke har kontrol over din egen navigation, som at være passager i en bil, det er virkelig svært at holde styr på, hvor du skal hen, " sagde Stites.

Nogle deltagere fik et kort til at studere, før de gik ind i anlægget til en guidet tur, nogle fik lov til at tage et kort med på turen, og nogle fik ikke tid med et kort før eller under turen.

"Vi fandt ud af, at hvis deltagerne kan få et kort over anlægget på forhånd, det er bestemt bedre til at forbedre deres evne til at kende deres rute, genkende vartegn og danne et fugleperspektiv af anlægget, " sagde Stites. "Men, Inspektionsholdet bør træffe et valg baseret på deres mål om, hvorvidt de vil have kortet med sig inde i anlægget. Hvis deres hovedmål er at lære layoutet, svaret er ja. Hvis situationsbevidsthed er vigtig, Vi fandt ud af, at de var bedre stillet ved ikke at bringe ind og konsultere et kort, mens de er inde."

At tage noter til videnoverførsel

Forskerholdet opstillede en række eksperimenter for at bestemme, hvordan noteoptagelse og billeder kan hjælpe eller forhindre inspektører i at overføre viden til andre inspektører, ofte uger eller måneder senere uden nogen personlig samtale eller interaktion.

Holdet skabte fire plakatboards fulde af billeder af ubeskrivelige industrielt udseende dele og gadgets.

I forskellige undersøgelser, deltagerne havde 12 minutter med hver tavle og blev bedt om at tage noter i hånden, tage billeder med et kamera, eller tag håndskrevne noter og billeder med et kamera.

I det første sæt af eksperimenter, den samme person kom tilbage enten to dage eller seks måneder senere og fik deres noter og et nyt sæt lignende, men forskellige tavler og blev derefter bedt om at bestemme, hvad der var ændret fra det første sæt tavler og billeder.

I det andet sæt eksperimenter, notaterne fra de deltagere, der havde set det første sæt tavler, blev givet til nye deltagere, som kun fik vist det andet sæt tavler. De, også, blev bedt om at fastslå, hvad der havde ændret sig, simulering af et andet inspektionshold, der går ind med noter fra et tidligere hold.

Matzen sagde, at genstandene på tavlen kunne have skiftet plads, eller deres tekstur, materiale eller orientering kan have ændret sig, men deltagerne fik ikke på forhånd at vide, hvilke ændringer de kunne forvente. Deltagerne var også frie til at tage noter med deres blyant og papir på enhver måde, de ønskede.

"Vi lavede nogle analyser med udgangspunkt i, hvis du kun har pen og papir, hvordan får du mest ud af det?" sagde Matzen. "Vi fandt ud af, at folk, der havde noget på skrift og noget visuelt i deres noter, var bedre i stand til at opdage ændringer. Prøv at organisere dine oplysninger rumligt, liste alle de vigtige funktioner, skrive beskrivelser og tegne når det er muligt, at hjælpe den næste person til at forstå."

Matzen sagde, at deltagere, der havde kameraer, ikke overraskende var mere nøjagtige til at opdage ændringer i objekterne, men var også langsommere til at analysere genstandene og ville ofte miste overblikket over, hvor genstanden, de havde fotograferet, var blevet placeret på tavlen. Deltagere, der brugte et kamera, var forståeligt nok mere sikre i deres svar, men den tillid inkluderede, når de var forkerte. Inspektører kan være begrænset i deres evne til at bringe et kamera ind i et anlæg, eller hvilke billeder de må tage. For inspektører, der er i stand til at medbringe et kamera, teamet anbefaler at forbedre dette ved at notere et par noter om de billeder, du tager – orientering, en del af den bygning, du var i, eller andre nyttige situationsoplysninger.

Få ordet

Forskerholdet har præsenteret artikler om visuel inspektion og notetagning til videnoverførsel på den internationale konference om menneske-computer-interaktion, om menneskelig præstationstest på IAEA Safeguards Symposium og om liste-sammenligningsaktivitetsforskning og simulering af sikkerhedskontrolinformationsmiljøer til testning af menneskelig præstation på Institute of Nuclear Materials Management Annual Meeting. De har også offentliggjort i The European Safeguards Research &Development Association Bulletin, præsenteret på ESARDA årlige symposium og offentliggjort i Cognitive Research:Principles and Impplications.

Holdet har startet et relateret to-årigt projekt for at karakterisere virkningen af ​​fejl fra maskinlæring og deep learning algoritmer på menneskelig kognitiv ydeevne, med det mål at give evidensbaserede anbefalinger til integration af AI med menneskelig beslutningstagning i analytiske systemer.