DFKI-Projekt: Intelligente Technologie ermöglicht intuitive Robotersteuerung

Gehirn unter Beobachtung

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Robotersteuerung mittels der im DFKI-Projekt IMMI entwickelten Technologien.

Bremen - Im Weltall, in der Produktionshalle und bei der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten – das Bremer Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und die Arbeitsgruppe Robotik der Uni Bremen haben eine intelligente Technologie entwickelt, die eine intuitive Steuerung von Robotern ermöglicht. Sie soll sich sogar eigenständig an Änderungen des mentalen Zustands des Anwenders anpassen.

Im Projekt „Intelligentes Mensch-Maschine-Interface“ (IMMI) haben Neurowissenschaftler, Informatiker, Mathematiker, Physiker und Ingenieure gemeinsam Technologien für die Steuerung von Robotern entwickelt, die echtzeitfähiges und anpassungsfähiges „Embedded Brain Reading“ in vielen Anwendungsbereichen ermöglichen.

Die Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) förderte das Projekt über fünf Jahre mit rund 3,7 Millionen Euro. Im Gegensatz zu klassischen Schnittstellen zwischen Gehirn und Computer („Brain-Computer-Interfaces“) basiert das entwickelte System auf der passiven Beobachtung des „Operators“ durch „Embedded Brain Reading.“ Dafür trägt der Nutzer eine mit Elektroden bestückte Kappe, die es dem System mittels der medizinischen Diagnostikmethode der Elektroenzephalografie (EEG) ermöglicht, die Gehirnaktivität zu messen und spezifische Änderungen von Gehirnströmen zu interpretieren. Diese Änderungen erlauben zum Beispiel Aussagen über den Stand der Verarbeitung von präsentierter Information, über die Absichten des Nutzers oder über dessen kognitive Auslastung. Die Schnittstelle erhalte dadurch wichtige Informationen, um den Menschen proaktiv in kritischen Situationen zu unterstützen oder die Wirksamkeit der Steuerung speziell auf den Anwender zugeschnitten zu steigern, so eine DFKI-Sprecherin. Hat der Operator beispielsweise eine vom Roboter gesendete Warnmeldung übersehen, so weist ihn das System erneut darauf hin; ist der Anwender überfordert, so wird seine Belastung reduziert.

Um die Handlungsabsicht und Aufgabenauslastung des Anwenders präzise einschätzen zu können, setzen die Forscher zusätzlich zum EEG auf die Elektromyografie (EMG), um die Aktivität der Muskeln zu messen. Das sogenannte „Eye-Tracking“ registriert zusätzlich die Blickrichtung.

Auf diese Weise entstehe ein umfassendes Bild des kognitiven Zustands des Anwenders. „Die Schnittstelle lernt aus diesen Daten und darauffolgenden Handlungen, welche Sequenzen in den Hirnströmen eine Wahrnehmung oder Aktion bedeuten“, so die Forscher. Auf diese Weise könne sich das System in Echtzeit an wechselnde Zustände des Benutzers und sogar automatisch an neue Benutzer anpassen, heißt es.

Neben Anwendungen in der Raumfahrt sollen die in IMMI entwickelten Technologien auch in der medizinischen Rehabilitation eingesetzt werden. Im Projekt „Recupera-Reha“ arbeiten DFKI-Wissenschaftler an Methoden zum Aufbau eines innovativen und mobilen Ganzkörper-Exoskeletts (wir berichteten), das durch die Vorhersage von Bewegungsabsichten auf Basis der in IMMI entwickelten Technologien, Schlaganfall-Patienten rehabilitativ unterstützen soll.

Die Vielzahl komplizierter mathematischer Verfahren, die das „Brain Reading“ ermöglichen, erfordere den Angaben zufolge eine besonders große Rechenleistung. Doch der Anwender soll möglichst mobil bleiben. Daher wurde ein kompaktes „Brain-Reading-System“ entwickelt, das auf eine kleine Elektronikplatine passt.

vr

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