Holografisches Sehen für immersive telerobotische Operationen
Die Durchführung ferngesteuerter, heikler Manöver mit ferngesteuerten Roboterarmen ist in zahlreichen Sektoren von entscheidender Bedeutung, von Reparaturen an Ölförderplattformen unter Wasser bis hin zu Reaktormanövern in Kernkraftwerken und der Weltraumerkundung. Je genauer und einfacher die Operation durchgeführt werden kann, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Verlaufs. Neue Fortschritte in diesem Bereich könnten außerdem potenzielle neue Anwendungen in anderen Sektoren erschließen.
Besseres Situationsbewusstsein aus der Ferne
Zu diesem Zweck wurde im Rahmen des EU-finanzierten Projekts HoviTron ein holografisches Headset in Verbindung mit einer Videoübertragung mehrerer Kameras entwickelt, das die per Teleoperation arbeitende Person direkt in eine Situation hineinversetzt. „Wir wollten, dass die Arbeitsstätte bei der Fernarbeit aus möglichst vielen Perspektiven einsehbar ist“, erklärt Projektkoordinator Gauthier Lafruit von der Université Libre de Bruxelles (ULB) in Belgien. „Unsere Idee bestand darin, die Videoverarbeitung zu nutzen, anstatt eine Kamera mit einem schwenk- und neigbaren Roboterarmmechanismus neu zu positionieren.“ Dafür werden einige feste Kameras um den Arbeitsplatz herum aufgestellt. Die in Echtzeit aufgenommenen Videos werden dann zu einem virtuellen Blickwinkel zusammengefügt, der der Kopfposition der per Teleoperation agierenden Person entspricht. „Das bedeutet, dass bei abrupten Bewegungen des Kopfes der bedienenden Person sofort die entsprechenden Bilder auf dem stereoskopischen Headset angezeigt werden“, fügt Lafruit hinzu. „Es gibt keine mechanische Latenz, die Cyberkrankheit verursachen kann.“ Zusätzlich erfasst jedes Auge eine holografische Lichtfeld-Wellenfront. Dadurch wird sichergestellt, dass die Augen der per Teleoperation arbeitenden Person den gewünschten Gegenstand beliebig fokussieren können, unabhängig davon, ob sich das Objekt im Vorder- oder Hintergrund befindet. Auf diese Weise wird das natürliche menschliche Sehen perfekt nachgeahmt. „Zusammen sorgen die Videoübertragung und das holografische Sehen dafür, dass die per Teleoperation arbeitende Person das Gefühl hat, ganz natürlich in die Szene einzutauchen, während sie sich weit weg von einer möglicherweise gefährlichen oder schwer zugänglichen Situation befindet“, sagt Lafruit.
Genaue, sofortige Sicht
Das Projektteam verwendete synthetische, videospielähnliche Inhalte zusammen mit realen Bildern, um die Funktionsfähigkeit der Technologie unter verschiedenen Arbeitsbedingungen zu erproben. Die Nutzenden bestätigten, dass sie beim Tragen des holografischen Headsets weniger visuelle Ermüdung (und letztlich auch weniger körperliche Ermüdung) verspürten und dass ihre Tiefenwahrnehmung verbessert wurde. Es besteht die Hoffnung, dass diese erfolgreichen Versuche einer Reihe interessanter Anwendungen den Weg eröffnen. „Diese Technologie könnte zum Beispiel bei zukünftigen Mondmissionen eingesetzt werden“, so Lafruit. „Roboter auf dem Mond könnten Kameras um eine Szene herum platzieren und so den Blick durch ihre Wahrnehmungssensoren ermöglichen.“ Das herkömmliche Verfahren, bei dem die Kameras im Kopf des Roboters angebracht werden, hat zur Folge, dass jede schnelle Bewegung der Person mit dem Headset zu einer zeitlichen Verzögerung zwischen den Bildern führt, was wiederum Cyberkrankheit verursacht. Die Fähigkeit von HoviTron, sofort die richtigen Bilder für die Projektion in die Augen der Astronautin oder des Astronauts zu berechnen, beseitigt dieses Hindernis.
Neue Anwendungsmöglichkeiten der Navigation
Lafruit ist der Ansicht, dass die Technologie überall dort eingesetzt werden kann, wo eine „freie Navigation“ erforderlich ist. Ein Tauchroboter könnte zum Beispiel eine Tiefsee-Pipeline reparieren, während die ihn per Teleoperation bedienende Person sicher an Bord eines Schiffes oder einer Plattform bleibt. Solche Spezialanwendungen erfordern jedoch mehr Investitionen, um die Technologie weiterzuentwickeln. Das Projektteam steht derzeit in Kontakt mit einem Unternehmen, das sich auf Tiefenerkennungsgeräte spezialisiert hat. „Der Quellcode wird demnächst unter der Lizenz Apache 2.0 auf unserer Website zur Verfügung gestellt“, fügt Lafruit hinzu. „Wir können für unsere Technologie werben, indem wir sie in einem freien Navigationsszenario mit einfachen, vorab aufgezeichneten Beispielen selbst ausprobieren, natürlich ohne Roboterarm, hochwertige Tiefensensor- und/oder Kamerageräte und holografische Brillen für virtuelle Realität.“
Schlüsselbegriffe
HoviTron, holographisch, Video, Teleoperation, Roboter, Weltraum, Telerobotik, Astronaut, Astronautin
