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El ratón de Benjamin, de Engelbart y la usabilidad


Dos primeros inventos creados para interacción humana en pantallas establecieron lo que ahora definimos como usabilidad, un antiguo anhelo humano y cultural.

Animación: duduromeroa.
George Póyla, matemático. Resolver problemas de diseño. www.duduromeroa.com

Por Eduardo J. Romero Andrade


Guayaquil, Ecuador

El prototipo de Benjamin ayudó a ubicar aviones nazis desde radares en tierra. El prototipo de Engelbart fue usado para seleccionar, por primera vez, textos en pantallas. Esos fueron los inicios conceptuales del ratón de computadora, que luego de setenta y ocho años de creado aún nos da lecciones de usabilidad.

Lo usable: Muy breve reseña

La antigüedad de la escritura y sus soportes demuestra que lo usable no nació con la electrónica. En el Medio Oriente del siglo I la escritura a mano se plasmaba en papiros, extensas láminas de tallos tiernos triturados. Únicamente expertos escribas usaron papiros para registrar información relacionada a la administración de gobiernos o al comercio.

El problema de mantener importantes escritos podía haberse ya solucionado en el siglo I, pero recuperar información precisa desde papiros aún era incómodo humanamente; es decir, era poco usable. Imagine el lector ser un escriba egipcio que debe hallar el detalle de un intercambio comercial ocurrido hace un año. Usted (el escriba) debe buscar en una galería atestada de largos papiros. Recuerde que en el siglo primero no existía el índice. El orden secuencial de un texto se aplicará recién en el siglo XIII, especialmente en pergaminos bíblicos hebreos [1]. Volviendo a usted, si no halló el papiro con la información que necesita, deberá guardar los rollos revisados y buscar en otro conjunto. Un escriba asiático tampoco la tuvo fácil; en la misma época los chinos escribían en tablillas o en telares.

[1] "Who invented the index? - An agenda for research on information access features of Hebrew and Latin manuscripts" Bella Hass Weinberg, 66th IFLA Council and General Conference, 2000.

La usabilidad es una necesidad humana y cultural. La industria y la tecnología le agregaron técnica e investigación.


Ya en el siglo II llegó el pergamino. Este era una lámina más pequeña creada con piel reseca de animal, ya no con tallos como el papiro. Ahora cada hoja podía recibir escritura entintada en ambas carillas[2]. Tiempo después alguien juntó esas hojas y las enumeró. Recién en el año 1498 esas hojas son unidas con una carátula rígida al inicio, como una portada. Todo eso derivó en el hermoso y pesado códice[3],[3.1], un libro exclusivo de los monasterios. Casi mil quinientos años después, en el siglo XV, se creó la imprenta, en donde letras de plomo eran presionadas sobre una lámina de papel fabricada con almidón, agua y fibras [2.1]. Los tallos triturados y la piel reseca como soporte para escritura se volvieron historia. Finalmente, en el mismo siglo la alteración del códice a uno más usable ocurrió cuando el impresor italiano Teobaldo Manucio armó un códice más pequeño porque necesitaba llevar más de esos en su alforja. En resumen, la conversión desde láminas extensas y pesadas hacia el libro impreso actual –cómodo de transportar, de explorar y de guardar– tomó quince siglos. Todas esas alteraciones sumaron comodidad para el humano universal y para resolver la necesidad cultural de tener un soporte duradero para sus pensamientos e historia.

[2] "Books in the early Christian era The codex" Encyclopedia Britannica, 2021.

[2.1] "LA FABRICACIÓN DEL PAPEL EN ESPAÑA E HISPANOAMÉRICA EN EL SIGLO XVII" Instituto del Patrimonio Histórico Español 2021.

[3]El pergamino junto con el códice se manufacturaron inicialmente en el siglo II, en Pergamun, una ciudad griega en la actual Turquía.

[3.1] "Chapter 1. What are Incunabula?" National Diet Library, Japan, 2004.

En el siglo XIX de la era Industrial lo usable como concepto técnico fue aprovechado por la necesidad comercial de inventores y diseñadores. Ellos deseaban crear máquinas operadas por humanos para que produzcan masivamente artefactos de venta rápida y altas ganancias. Finalmente, desde 1960 hasta ahora lo usable es el resultado de investigación y técnica. Es así que la disciplina de entender cómo un objeto es utilizado y bajo qué parámetros debe ser creado ha influido en artefactos físicos o virtuales para comodidad y eficacia humana[4].

[4] El artículo "A brief history of usability" explica qué áreas técnico-industriales incentivaron la usabilidad desde el siglo XIX hasta la actualidad. Y en un clásico artículo de Jakob Nielsen "Usability 101: Introduction to Usability" (traducible al español por cualquier navegador) explica los conceptos de aprendizaje, eficiencia, memorabilidad, error y satisfacción en usabilidad.

El radar: interacción humano + pantalla

La idea del mouse actual nació por causa del Radar militar –Radio Detecting And Ranging en inglés–. Un radar opera así: desde lo alto de una torre gira una antena en forma de plato que envía señales eléctricas hacia el cielo. Esas 'preguntan' cada segundo: ¿Qué hay allí?. Si rebotan en un objeto gigante, como un avión, responderían: 'Aquí hay algo grande'. Esa respuesta llega en forma de coordenadas en una pantalla. Finalmente, en esa pantalla se muestra la posición numérica del avión y su dirección.

Vínculo radar + usabilidad

¿Qué relación tuvo el radar, el mouse y la usabilidad?. Los primeros radares fueron construidos como herramientas de guerra, puesto que detectan con precisión aparatos en el aire o en el mar. Si un operador humano obtiene esos datos con agilidad, más rápido se detectaría un posible riesgo, como un ataque enemigo. Es así que en 1944, en Inglaterra y en guerra contra los nazis, la necesidad de precisión llevó al ingeniero eléctrico Ralph Benjamin a idear una solución.

Ralph Benjamin: El trackball (bola de rastreo)

Al terminar sus estudios, Benjamin se alistó como controlador de radares en el Real Servicio Naval inglés durante la Segunda Guerra Mundial. Allí él se percató del uso que sus compañeros daban a palancas conectadas a la pantalla del radar. Él dudó de la eficacia de esas palancas para lograr precisión.

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IMG1 1945. Una operadora británica ante un radar RF7. A su izquierda –flecha– una palanca de selección en pantalla. Tomado del Imperial War Museums . IWM Non-Commercial Licence.

Ahora imagine el lector ser un operador de radar militar. Varios puntos luminosos en pantalla, posiblemente aviones enemigos, le obligan a manipular una imprecisa palanca, mover una cruz luminosa en pantalla, ubicar cada punto y calcular su posición. Para Benjamin eso era incómodo y de resultados lentos.

[5] La investigación está publicada en el documento "Display-Selection Techniques for Text Manipulation", de William K. English, Douglas C. Engelbart, and Melvyn L. Berman, EE.UU., 1967.

[5] El documento en literal traducido dice: "El joystick (palanca) demostró ser el más lento y el menos preciso de los dispositivos que probamos (...) entre los sujetos experimentados e inexpertos." Párr. 5b4

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IMG2 1945. Otro de los dispositivos que se aplicaban para ubicar objetos detectados en radar era el de discos manuales giratorios. Tomado del Documentary Tube, min. 31:35.

El dispositivo electrónico de Ralph Benjamin fue el primero en seleccionar elementos en pantallas para defensa militar.


¿Una palanca aliviaba el trabajo de ubicar aviones enemigos mediante radares?. ¿Era usable?. Para Ralph Benjamin no. Él apostó por la precisión. Construyó en 1944 un prototipo que consistía en una bola fijada en una carcasa rígida[6]. No era deslizable pero tenía la capacidad de girar en su propio eje y en cualquier dirección. A su vez, sus circuitos conectados al radar recogían esos giros y los convertía en una cruz movible y luminosa en pantalla. Ahora, para ubicar cualquier objeto enemigo en aire o mar, el operador podía mover esa bola con precisos empujes de sus dedos, tomar la posición numérica de ese objeto y enviarla a sus jefes militares. Así, el trackball de Benjamin (en español, bola de rastreo) dio una inicial respuesta a cómo y con qué ubicar puntos móviles en una pantalla.

[6] C. J. Hill, Peter, (2005) "Oral-History:Ralph Benjamin" Engineering and History Technology Wiki. IEEE History Center. July- September 2005. Piscataway, NJ, USA. Es una lástima que en internet no existan más referencias visuales del trabajo técnico de Ralph Benjamin.

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IMG3 Prototipo del año 1952 basado en la idea del trackball de Benjamin, construido por los ingenieros canadienses Tom Cranston, Fred Longstaff y Kenyon Taylor para la Armada canadiense. No hallé en internet ni en libros técnicos de entre 1940 y 1960 referencias visuales del trackball original. Fuente: John Vardalas (2019), IEEE History Committee, pág. 55.
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IMG4 Trackball para consola de control aeronáutico, de 1960. Fuente: IFATCA Journal of Air Traffic Control, citado por Ernie Smith (2017), "The Secretly Canadian History of the Computer Trackball"
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IMG5 Trackball de la marca Logitech a inicios del año 2000. Fuente: Xah Keyboard Guide . Citado por Ernie Smith (2017), "The Secretly Canadian History of the Computer Trackball"

El celo institucional limita la creatividad. Por restricciones de sus jefes militares el trackball de Benjamin no fue divulgado durante los tres años posteriores a su creación. Pasado ese tiempo Benjamin logró patentarlo a su nombre y luego compartirlo con militares estadounidenses en 1947. Como veremos luego, su intuición se confirmó veinte años después, en 1964, en una investigación que comparó dispositivos eléctricos y mecánicos para interacción en pantallas[5]. Ese trabajo fue liderado por los estadounidenses Melvyn Berman, William English y Douglas Engelbart. Este último, muy vinculado al mouse actual, pisó el mismo terreno profesional de Benjamin, pero al otro lado del mundo.

Douglas Engelbart

Engelbhart fue un ingeniero eléctrico y luego técnico naval estadounidense. Al igual que Ralph Benjamin, Engelbart trabajó con radares. En 1950 ingresó como investigador en la universidad de Stanford; y a partir de allí, concibió a las interfaces –lo que se ve y se usa en una pantalla– como herramientas de comunicación y usabilidad. En su reporte "Augmenting human intellect: a conceptual framework"[7] de 1962, explicó que las capacidades humanas deben contar con "artefactos diseñados para proporcionar comodidad en manipulación de cosas o materiales", para resolver problemas y aumentar la inteligencia del individuo gracias a la tecnología (p. 9).

[7] Engelbart, Douglas, (1962) "Augmenting human intellect: a conceptual framework" Stanford Research Institute, EE.UU.

Engelbart se inspiró en los conceptos de su colega Joseph C. R. Licklider. Este idealizó en 1960 la unión tecnología + humanidad en su artículo "Man-Computer Symbiosis"[8] en el cual "(...) hombres y computadoras cooperen en la toma de decisiones y controlen [juntos] situaciones complejas". A partir de allí Engelbart propuso que la intuición y sensibilidad humana, junto al potente procesamiento computacional del futuro, resultarán en beneficios aún desconocidos.

[8] J. C. R. Licklider (1960) "Augmenting human intellect: a conceptual framework" Man-Computer Symbiosis. IRE Transactions on Human Factors in Electronics.

Es así que mientras exploraban temas de investigación, Engelbart y su colega Bill English dieron con la necesidad de un dispositivo manual para seleccionar oraciones, palabras y letras en pequeñas pantallas. Por supuesto, Engelbart revisó el aporte de la bola giratoria de Benjamin, pero también otros ya usados en laboratorios militares y académicos como los lápices electrónicos, palancas, e incluso un dispositivo que, ajustado a la rodilla, podía mover un cursor en pantalla. Gracias a un posterior financiamiento Engelbart y English presentaron en el Stanford Research Institute, en 1962, un proyecto de selección de textos electrónicos en una pantalla.

El planímetro y la carcasa de madera

La génesis del dispositivo ovalado y de cola llegó cuando Engelbart recordó el funcionamiento de un aparato usado para medir mapas[9] llamado planímetro. Engelbart y English concretaron esas ideas en una carcasa de madera del tamaño de la palma de una mano adulta, con rueditas y circuitos conectados por cable hacia una pantalla. Seis años después Engelbart mostró ese y otros inventos en el legendario alboroto tecno+friki autodenominado "La Madre de todas las presentaciones", en San Francisco, EE.UU, en diciembre de 1968[9]. Finalmente, el mouse deslizable había llegado para beneficio de los "trabajadores intelectuales" como llamaba Engelbart a los usuarios de computadores en general. En justicia, Engelbart le dio la razón a Ralph Benjamin al demostrar con investigación basada en ergonomía que las palancas eran menos efectivas para interactuar con pantallas debido a que, en usuarios poco experimentados con computadoras, el nivel de error en la selección de elementos era mayor.

[9] Isaacson, Walter (2014) Los Innovadores. Sección: "El ratón y el NLS". Editorial Simon & Schuster, EE.UU. El video completo de "The Mother of All Demos" se puede revisar en este enlace.

La ergonomía busca satisfacción humana en entornos físicos, especialmente en ambientes de exigencia laboral.


La ergonomía no solo es sentarse cómodo en las sillas de la oficina. En industrias como la aeronáutica lo ergonómico es estudiado desde la satisfacción humana en entornos físicos de trabajo; por ejemplo, al revisar y actualizar las condiciones que debe tener una cabina de vuelo para que pilotos humanos puedan hacer mejor su trabajo. La ergonomía es una subdisciplina derivada de otra más general, la del diseño de equipos desde factores humano. Sus principios generan usabilidad especialmente en pantallas que muestran información crítica en tiempo real. Estos principios son[10]:

  • Determinar qué información es necesaria para la tarea a realizar.
  • Optimizar el esquema de varias fuentes de información.
  • Definir el mejor formato para cada fuente de información.
  • Facilitar la asimilación y reducir la ambigüedad de cada item de información y de cada formato.

[10] Hopkin, V. D. (1966) "Human Factors in Air Traffic Control Displays". The Controller (1967) Vol. 6, No.1 (p. 4).

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IMG4 Arriba, izq. Réplica del dispositivo original de D. Engelbart y B. English. Al lado, estructura de dos ruedas para el deslizamiento. Cada rueda representaba la ubicación del cursor en pantalla. Una para el desplazamiento horizontal, y la otra para el desplazamiento vertical. Abajo, planímetro de mesa. La estructura de dos ruedas usada para medir mapas fue la inspiración final para dar con la solución del ratón. Fuentes: The Science Museum Group. Stanford Research Institute (2011). www.pamono.eu, "Vintage English Allbrit Polar Planimeter, 1950s" .

La necesidad de Engelbart

¿Por qué necesitaba Engelbart crear un nuevo dispositivo de interacción si ya existían al menos seis de ellos? Él y su equipo habían desarrollado un sistema electrónico para seleccionar y manipular texto en pantalla[11] que se usaba para redactar memorandos internos en universidades, razón por la cual necesitaba de un aparato preciso para manipulación y selección de oraciones, palabras, e incluso caracteres en una pantalla.

[11] William K. English, Douglas C. Engelbart, and Melvyn L. Berman (1967) "Augmenting human intellect: a conceptual framework". Doug Engelbart Institute.

Características del Trackball de Benjamin

  • Las versiones actuales del dispositivo de Ralph Benjamin funcionan de forma estacionaria, es decir, están siempre en un solo lugar –lo que ahorra espacio de uso–.
  • No hay movimiento de muñeca para largos desplazamientos, por ejemplo, de una esquina a otra en la pantalla.
  • El trackball ha sido aplicado para reducir las molestias causadas por agotamiento muscular en usuarios.
  • Es más recomendado para personas con limitaciones de movimiento físico. O para operadores con espacio reducido, por ejemplo, en cabinas de avión.

Características del ratón de Engelbart

  • Requiere mayor uso muscular debido a movimientos de la muñeca, antebrazo y dedos.
  • El mouse tradicional genera más clicks que el trackball. Esto crea más acción de un par de músculos largos y planos ubicados en la espalda llamados trapecios, entre otros.
  • El uso prolongado y sin descansos que provoca el mouse de Engelbart podría ocasionar microtraumatismos en músculos de dedos y muñecas debido a posturas incorrectas de la mano y constantes cliqueos.

Naturalidad psicológica: fácil asociación a causa de la relación conceptual de un dispositivo con una dinámica física real.


¿Por qué el mouse de Engelbart es el más usado?

Para Engelbart era muy importante que el usuario tenga una "sensación particular de agarrar y mover algo", y que intuya "dónde agarra, cómo y cuánto". Aquí la palabra sensación es clave, pues se relaciona con las respuestas que reciben los sentidos humanos al experimental una acción (Ver "Galletas en la tienda: un breve repaso a la atención de estímulos", párrafo E). En el documento "Display-Selection Techniques for Text Manipulation" Engelbart denominó como "Naturalidad psicológica"[12] al estado de fácil uso de un dispositivo al relacionar su acción con otro objeto de la vida real por parte de un usuario poco entrenado.

[12] William K. English, Douglas C. Engelbart, and Melvyn L. Berman (1967) "Display-Selection Techniques for Text Manipulation", Doug Engelbart Institute.

Es así que el mouse de Engelbart tiene un aprendizaje mejor vinculado al mundo real debido a que recrea en nuestra mente interacciones cotidianas. No nos extraña que cuando algo se mueve sobre una superficie lo hace caminando, arrastrándose, o rodando de un punto a otro. El mouse de Engelbart transporta esa acción a un plano de dos dimensiones en una pantalla.

En cambio, el deslizamiento del trackball de Benjamin es un poco contradictorio. Esto es: una bola que al girar mueve algo, pero que no se desplaza por sí misma. Presenta menor esfuerzo físico al manipular la bola solo con los dedos, pero puede requerir entrenamiento especial. Por ejemplo, entre 1960 y 1990 en institutos científicos como el CERN y en algunos sistemas de control aeronáutico europeo se usaron trackballs para pantallas[13]. Sin embargo, un estudio aeronáutico en 2012[14] concluyó que el uso de una esfera para deslizar un puntero en pantalla puede resultar en un funcionamiento impredecible. Aún así, el trackball es usado en radares náuticos modernos justamente porque, al ser un artefacto no deslizable, está adjunto a una consola, ahorrando espacio. Se comprende entonces que ciertos operadores de trackball deben ser entrenados previamente para usarlo en interacciones intrincadas.

[13] CERN Bulletin (2010) "The Bowling Balls". The Controller, (1967) "Route experience flight to Stockholm Arlanda". Vol. 6, No.1 (p.11)

[14] J. Higgins, B. Willems, D. Johnson, C. Zingale (2012) "Human Factors Evaluation of Pointing Devices Used by Air Traffic Controllers: Changes in Physical Workload and Behavior". U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. Technical Report

Para finalizar, un trackball es más caro de fabricar. Una rápida revisión en Amazon.com evidencia que su costo es hasta cinco veces el valor de un mouse tradicional. Al final del día, la elección de usar un dispositivo de selección en pantalla (el ratón de Engelbart o la bola giratoria de Benjamin) se reduce a una decisión basada en la comodidad de cada uno. Nuevamente, usabilidad.

Recuerde en este momento a sus compañeros de oficina frente a un computador: ¿Quién ha usado un trackball?. La ciencia agradecerá siempre la iniciativa de Ralph Benjamin, pero el concepto de Douglas Engelbart gana.


RESUMEN

  • La usabilidad, como disciplina técnica, nació a mediados de la Revolución Industrial. Condujo los primeros requerimientos para construir máquinas mejor operables y que generen mayor producción.
  • La necesidad de precisión para manipular información en radares militares motivó a Ralph Benjamin a proponer el primer dispositivo de selección manual en una pantalla (trackball, o bola de rastreo), en 1944.
  • Una tecnología para selección de texto en pantalla, creada por Douglas Engelbart y colaboradores en 1968, requirió un nuevo dispositivo de selección, más preciso y más sencillo de usar para usuarios no entrenados en computación.
  • El mouse de Engelbart tiene un aprendizaje mejor vinculado a nuestra interacción con el mundo real. Pero requiere más actividad muscular en mano y brazo.
  • El mouse de Benjamin requiere más adaptación o entrenamiento especial por parte de usuarios. Pero activa menos esfuerzo físico en muñeca y brazo. Es más caro de fabricar.

Summary

Engelbart's mouse has learning better tied to our interaction with the real world. It does not require an extensive adaptation time because it recreates in our mind interactions applied in our daily life. Our perception of physical displacement accustomed us to the fact that when something moves on a surface, it does so by walking, crawling, or rolling from one point to another. Engelbart's mouse transports that action onto a two-dimensional plane on a screen.

In contrast, Ralph Benjamin's concept of trackball displacement is a bit contradictory (a ball that rotates moves something, but does not move by itself). Although it presents less physical effort (we only move our fingers to manipulate the ball and in turn, those turns move a cursor), it may require more adaptation or special training.

BIBLIOGRAFÍA:
    Bella Hass Weinberg (2000) "Who invented the index? - An agenda for research on information access features of Hebrew and Latin manuscripts". 66th IFLA Council and General Conference.

    C. J. Hill, Peter, (2005) "Oral-History:Ralph Benjamin". Engineering and History Technology Wiki. IEEE History Center.

    CERN Bulletin (2010). "The Bowling Balls". The Controller, (1967)

    Encyclopedia Britannica (2021) "Books in the early Christian era The codex"

    Hopkin, V. D. (1966) "Human Factors in Air Traffic Control Displays". The Controller (1967) Vol. 6, No.1 (p. 4).

    J. Higgins, B. Willems, D. Johnson, C. Zingale (2012) "Human Factors Evaluation of Pointing Devices Used by Air Traffic Controllers: Changes in Physical Workload and Behavior". U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration. Technical Report

    William K. English, Douglas C. Engelbart, and Melvyn L. Berman (1967) "Display-Selection Techniques for Text Manipulation". EE.UU.

    William K. English, Douglas C. Engelbart, and Melvyn L. Berman (1967). "Augmenting human intellect: a conceptual framework". Doug Engelbart Institute.

Actualización
Complemento al párrafo D. Los primeros libros impresos antes del año 1501 eran llamados incunabulas, lo que significaba que eran elaborados con la técnica de tipos móviles recién inventada por Gutemberg; y todavía en mejoramiento. Dato tomado de Murray, Janet H. (1997) "Hamlet on the Holodeck. The Future of Narrative in Cyberspace". MIT Press [pág. 36]

Actualización
En el libro "The design of Everyday things" (2013, capítulo "The psychopathology of Everyday things"), Don Norman explica lo que Engelbart definió como naturalidad psicológica en la interacción con un aparato [párr. S, arriba]. Norman denominó a eso como mapeo (mapping). El mapeo es la relación entre los controles y el resultado perceptible de la manipulación de esos controles. Esa relación se traduce en "analogías físicas y estándares culturales" que facilitan la comprensión de cómo usar un dispositivo.