Forschung & Entwicklung -

Gestenbasierte Mensch-Maschine-Interaktion in Echtzeit

Mensch und Maschine werden einander bei der Arbeit zunehmend unterstützen. Damit Abläufe effizient sind, muss die Maschine ohne Zeitverzögerung auf den Menschen reagieren. Dank ausgefeilter Hochgeschwindigkeits-3-D-Messtechnik und -Sensorik wird diese Echtzeit-Interaktion ermöglicht.

Gestensteuerung steht für die nahtlose Schnittstelle von der Maschine zum Menschen – immer mehr Maschinen, Roboter und Geräte reagieren auf einen Fingerzeig. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena heben die Mensch-Maschine-Interaktion auf eine neue Stufe: Die im Forschungsvorhaben ‚3D-LivingLab‘ (innerhalb des Konsortiums 3Dsensation) entwickelte Hochgeschwindigkeits-3-D-Messtechnik und -Sensorik ermöglicht die Erfassung und Steuerung von komplexen Bewegungen in Echtzeit. Auf der Hannover Messe vom 1. bis 5. April 2019 demonstriert das Forscherteam die gestenbasierte Mensch-Maschine-Interaktion am Beispiel einer Wand aus 150 Kugeln, die jede Kopf-, Arm- und Handbewegung eines davorstehenden Menschen in 3-D kopiert. Die Kugelwand formt quasi ein Abbild der Körperbewegungen. Sie reagiert in Echtzeit dreidimensional, berührungslos, verzögerungsfrei und für den Menschen irritationsfrei.

Das System setzt sich aus mehreren Modulen zusammen: 3-D-Sensorik, 3-D-Datenverarbeitung und Bildfusion sowie dem Aktorsystem – der eigentlichen Kugelwand, die aus 150 Einzelaktoren besteht. „Hinter dem vermeintlichen Spielzeug steckt Cutting-Edge-Technologie. Die 3-D-Echtzeit-Erfassung und Steuerung multipler Gesten ohne Tracking-Sensoren kann Arbeitsabläufe radikal vereinfachen – von Produktionsszenarien bis zur Gesundheit und Sicherheit“, sagt Dr. Peter Kühmstedt, Gruppenleiter am Fraunhofer IOF.

Das Demonstrator-System reagiert auf das Verhalten des Menschen, erfasst komplexe Bewegungen wie Gestik und körperliche Aktionen und gibt in Echtzeit ein Feedback durch technische Aktorsysteme, die die elektrischen Signale in eine Bewegung der Kugelwand umsetzen. Die Steuerung der Aktorik erfolgt durch die Körperhaltung. Eigens entwickelte spezielle Algorithmen ermöglichen es, aus der menschlichen 3-D-Bewegung eine Steuerung der Aktorik anzustoßen und damit die Bewegung der Kugeln auszulösen. „Wir zeigen damit sehr schnelle Messtechnik – die Daten werden durch eine neue Generation von 3-D-Sensoren aufgenommen –, sehr schnelle latenzarme Verarbeitung – die Daten werden sofort interpretiert und umgerechnet – und die schnelle Reaktion in Echtzeit – die Kugelwand spiegelt anhand der Berechnungsergebnisse sofort die Bewegung der davorstehenden Person“, erklärt Kühmstedt. In Produktionsumgebungen lässt sich die Technologie beispielsweise einsetzen, um einen Werker zu überwachen, der mit einem Roboter interagiert und ihm Bauteile reicht. Sie kann auch auf andere Anwendungsfelder wie die der Gesundheit und Sicherheit übertragen werden und die dortigen Abläufe sicherer und effizienter gestalten. Denkbar ist der Einsatz der 3-D-Sensorik und der Interaktionskomponenten in Montageassistenz-, und Qualitätskontrollsystemen, sie qualifiziert sich zudem für die Überwachung biometrischer Zugänge.

von mn

www.iof.fraunhofer.de

www.3d-sensation.de

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