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Interview

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Berühren und Fühlen auf Distanz – der nächste Trend in der IKT?

Es mag sein, dass taktile Displays die Art und Weise verändert haben, wie wir mit Technologie interagieren. Doch verglichen mit der wahren Revolution, die sich im Moment abzeichnet, ist dies ein eher spärlicher Erfolg. Bald schon könnten die Technologiefans unter uns dank haptischem Feedback über Distanzen hinweg mit anderen Systemen oder Personen so interagieren, als befänden sich diese in ihrer direkten Nähe.

Die haptische Kommunikation wird häufig als die nächste bahnbrechende Technologie im Bereich der Interaktion zwischen Mensch und Computer bezeichnet. Dank dieser Technologie können sich Menschen noch besser über weite Distanzen hinweg austauschen. Doch während die Idee der haptischen Interaktion über eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine nun schon seit geraumer Zeit existiert, lässt deren Umsetzung noch auf sich warten. Dazu müssen zunächst geeignete Verfahren und Technologien für die effiziente Verarbeitung und Weiterleitung haptischer Signale entwickelt werden. Dieses Ziel hat sich das EU-finanzierte Projekt PROHAPTICS (Haptic Signal Processing and Communications) gesetzt. Prof.  Eckehard Steinbach von der TU München hat sich in den vergangenen fünf Jahren mit der Entwicklung einer Reihe innovativer Verfahren und Technologien für die haptische Kommunikation befasst. In diesem Interview mit dem Magazin research*eu Ergebnisse äußert sich Prof. Steinbach zu seinen Erwartungen bezüglich der künftigen Entwicklungen in diesem relativ neuen Forschungsbereich, zu einigen potenziellen Anwendungsbereichen und seinen Plänen für die Weiterentwicklung der Technologie nach Abschluss des Projekts. Wie wird es Ihrer Meinung nach dazu kommen, dass die haptische Kommunikationstechnologie den IKT-Markt letztlich dominieren wird? Einer der geplanten Haupteinsatzbereiche ist die Teleoperation mithilfe haptischen Feedbacks. Hier kommuniziert der Benutzer über eine MMS (Mensch-Maschine-Schnittstelle) mit einem Objekt in einer entfernten Umgebung. Genauer gesagt steuert der Benutzer einen typischerweise mit Sensoren und Aktoren ausgestatteten Roboter aus der Ferne. Dabei werden die vom Teleoperator am entfernten Objekt ausgeübten Interaktionskräfte gemessen und in Form von haptischen Signalen an ihn zurückgesandt. So kann der Benutzer nicht nur sehen und hören, was sich in der Distanz abspielt, sondern sogar fühlen. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass haptisches Feedback die Leistung des Benutzers verbessert und ihm das Gefühl gibt, "vor Ort" zu sein. Langfristiges Ziel unserer Forschung ist es, die Teleoperation so zu optimieren, dass der Benutzer keinen Unterschied mehr zwischen der Ausführung vor Ort und der in der Ferne spürt. Diese Forschungsbemühungen werden durch Studien taktiler Displays und taktilen Feedbacks ergänzt, die es dem Benutzer beispielsweise ermöglichen, über die MMS die Struktur einer Oberfläche zu spüren. Aktuell wurden bedeutende Schritte unternommen, um standardmäßige Mobilgeräte wie Smartphones mit einer Funktion für haptisches Feedback auszustatten. Nach heutigem technologischem Stand ist taktiles Feedback im Rahmen der Interaktion zwischen dem Menschen (genauer seinem Finger) und der Touch-Oberfläche eines Mobilgeräts bereits möglich. Meiner Ansicht nach birgt dies außerordentliches Potenzial für neue Anwendungen, die es dem Benutzer ermöglichen, das Internet nicht nur visuell, sondern auch haptisch zu erleben. Welche Vorteile bietet die Interaktion zwischen Mensch und Maschine mithilfe haptischen Feedbacks konkret? In der Interaktion mit unserer Umwelt verlassen wir Menschen uns für gewöhnlich sehr auf unsere haptische Wahrnehmung. Könnten wir haptische Signale nicht verarbeiten und hätten wir diesen Sinn nicht, wäre diese Interaktion deutlich eingeschränkt. Bisher war diese physische Interaktion jedoch auf unser direktes Umfeld begrenzt. Mithilfe geeigneter MMS und Ansätze für die haptische Kommunikation könnte diese Interaktion jedoch auch über Barrieren hinweg und mit entfernten Objekten Realität werden. Die haptische Interaktion und Kommunikation birgt natürlich auch große Vorteile für sehbehinderte Menschen, denn über haptisches Feedback können zahlreiche hilfreiche Informationen vermittelt werden. Können Sie uns Beispiele für Bereiche nennen, in denen die Einführung dieser Technologie in den kommenden Jahren denkbar ist? Die zuvor erwähnten Teleoperationssysteme finden bereits Anwendung in Bereichen wie der Telechirurgie, Fernwartung etc. Doch die Entwicklung neuer haptischer Schnittstellen, besonders taktiler Displays, eröffnet ganz neue Möglichkeiten. Stellen Sie sich nur einmal einen Onlineshop vor, in dem Kunden Produkte nicht nur ansehen, sondern sogar deren Textur fühlen können, bevor Sie es kaufen. Oder stellen Sie sich vor, Ihr Ehepartner ist in einem Möbelhaus und sendet Ihnen ein Foto einer Couch, die er gerne kaufen möchte. Würden Sie ihn nicht als erstes fragen, wie sich das Material der Couch anfühlt? Ob es weich, warm und bequem ist? Mit einer Funktion für haptische Kommunikation würde Ihr Partner in diesem Fall sein Smartphone über die Oberfläche der Couch streichen, und dieses würde das dadurch entstandene Vibrationssignal mithilfe seines integrierten Beschleunigungssensors erfassen. Anschließend würde es dieses Signal komprimieren und an ein Gerät in der Ferne (Ihres) übertragen, sodass es auf diesem wiedergegeben werden kann. Somit wäre haptische Interaktion aus der Ferne möglich. Würde Ihnen in diesem Beispiel das Material der Couch nicht gefallen, könnten Sie in einer Datenbank nach Materialien suchen, die sich ähnlich anfühlen. Ein weiterer denkbarer Anwendungsbereich wären optimierte Videokonferenzsysteme, über die Sie während einer Geschäftsreise haptisch mit Ihren Kindern kommunizieren könnten. Über diese Systeme könnten Sie sie besser trösten und wären, im Vergleich mit den heute verfügbaren Lösungen, stärker präsent. Inwiefern stellt PROHAPTICS einen bedeutenden Schritt in Richtung der Umsetzung dieser Pläne dar? Im Rahmen von PROHAPTICS wurde eine Reihe an Algorithmen, Codecs und Protokollen entwickelt, die haptische Kommunikation – einschließlich der kinästhetischen wie auch der taktilen Wahrnehmung – über Distanzen hinweg ermöglichen. Die entwickelten Lösungen orientieren sich am Menschen, das heißt, sie berücksichtigen die Grenzen der haptischen menschlichen Fähigkeiten – und reizen diese aus. So werden Informationen, die nicht wahrgenommen werden können, erst gar nicht übertragen. Die darauf basierenden haptischen Kommunikationssysteme nutzen die Kommunikationsressourcen äußerst effektiv und dienen der Interaktion mit entfernten physischen wie auch virtuellen Umgebungen. Zum Umfang unseres Projekts zählten auch Lösungen, die es mehreren Benutzern ermöglichten, auf dieselbe und natürliche Weise physisch mit demselben virtuellen Objekt zu interagieren. Welche Ihrer Ergebnisse leisten Ihrer Meinung nach den bedeutendsten Beitrag zur Bewältigung der Hürden in diesem Bereich? Wir waren unter den Ersten, die sich aus der technischen bzw. kommunikationstechnologischen Perspektive mit der haptischen Kommunikation auseinandergesetzt haben. Einige der von uns präsentierten Ansätze sind die ersten ihrer Art und wir wagen zu hoffen, dass wir hier einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung dieser neuen Technologie geleistet haben. Ein Beispiel dafür wäre die Deadband-Codierung, die wir für die Datenreduktion im Rahmen der haptischen Kommunikation empfehlen. Diese Art der Codierung kann im Bereich haptischer Signale flexibel angewendet werden. Auch ist die Kombination mit passiven Steuerungssystemen und somit die Anwendung in vernetzten Teleoperationsumgebungen möglich, in denen die zeitliche Verzögerung bei der Kommunikation zwischen Systemen ein Risiko für deren Stabilität darstellt. Können Sie uns Einzelheiten zu dem von Ihnen entwickelten Rechenmodell nennen? Dieses Modell berücksichtigt neben den bekannten Grenzen der menschlichen haptischen Wahrnehmung auch weitere Grenzen, die wir zu Beginn des Projekts in einem allgemeinen Rahmenwerk festgehalten haben. Diese dienen der Bestimmung, ob ein haptisches Signal von einem Menschen verarbeitet werden kann, oder ob es außerhalb dessen Wahrnehmungsbereichs liegt. Basierend auf diesem Modell können äußerst effiziente Verfahren zur Datenreduktion entwickelt werden. Darüber hinaus kann dieses Modell Qualitätskennzahlen zu Objekten bestimmen, sodass kostspielige und zeitaufwendige Anwenderstudien (zumindest zum Teil) überflüssig werden. Wir hoffen, dass diese Entwicklungen den Fortschritt in diesem Bereich vorantreiben werden. Haben Sie jetzt, da das Projekt abgeschlossen ist, Pläne Ihre Arbeit in diesem Bereich fortzuführen und auf die Ergebnisse Ihres Projekts aufzubauen? Ja. Gemeinsam mit zwei der am PROHAPTICS-Projekt beteiligten Doktoranden befasse ich mich derzeit mit den Möglichkeiten zur Vermarktung ausgewählter Ergebnisse und bin dabei, ein Startup-Unternehmen zu gründen. Glücklicherweise wurden uns zu unserer mit diesem Projekt in Zusammenhang stehenden Machbarkeitsstudie RoVi vom ERC Finanzmittel zugesagt. Dies gibt uns die Möglichkeit, das Marktpotenzial unserer Ergebnisse während der kommenden 18 Monate zu analysieren und in enger Zusammenarbeit mit potenziellen Kunden Prototypen zu entwickeln. PROHAPTICS Im Rahmen des RP7-IDEAS-ERC finanziert. Projektseite auf CORDIS

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