Demokratisierungsfähigkeiten - unser Forschungsschwerpunkt

Wir plädieren für die Gründung des Zentrums für taktiles Internet mit Human-in-the-Loop (CeTI) an der Technischen Universität Dresden (TUD), um signifikante Durchbrüche für die Verbesserung der Zusammenarbeit zwischen Menschen und Maschinen oder, allgemeiner, cyber-physischen Systemen (CPS) in realen, virtuellen und entfernten Umgebungen zu erzielen. Die Vision von CeTI ist es, Menschen die Interaktion mit kooperierenden CPS über intelligente Wide-Area-Kommunikationsnetzwerke zu ermöglichen, um den gleichberechtigten Zugang zu entfernten Arbeits- und Lernumgebungen für Menschen unterschiedlichen Geschlechts, Alters, kulturellen Hintergrunds oder mit körperlichen Einschränkungen zu fördern. Damit geht CeTI weit über den derzeitigen Stand der Technik hinaus und demokratisiert den Zugang zu Fähigkeiten und Fachwissen auf die gleiche Weise, wie das heutige Internet den Zugang zu Informationen demokratisiert hat.

Wir plädieren für die Gründung des Zentrums für taktiles Internet mit Human-in-the-Loop (CeTI) an der Technischen Universität Dresden (TUD), um signifikante Durchbrüche für die Verbesserung der Zusammenarbeit zwischen Menschen und Maschinen oder, allgemeiner, cyber-physischen Systemen (CPS) in realen, virtuellen und entfernten Umgebungen zu erzielen. Die Vision von CeTI ist es, Menschen die Interaktion mit kooperierenden CPS über intelligente Wide-Area-Kommunikationsnetzwerke zu ermöglichen, um den gleichberechtigten Zugang zu entfernten Arbeits- und Lernumgebungen für Menschen unterschiedlichen Geschlechts, Alters, kulturellen Hintergrunds oder mit körperlichen Einschränkungen zu fördern. Damit geht CeTI weit über den derzeitigen Stand der Technik hinaus und demokratisiert den Zugang zu Fähigkeiten und Fachwissen auf die gleiche Weise, wie das heutige Internet den Zugang zu Informationen demokratisiert hat.

Unser Auftrag

Das Ziel des taktilen Internet mit Human-in-the-Loop (TaHiL) ist es, den Zugang zu Fähigkeiten und Know-how zu demokratisieren, um die Gleichberechtigung von Menschen unterschiedlichen Geschlechts, Alters, kulturellen Hintergrunds oder körperlicher Einschränkungen zu fördern.

Research Motivation Worldmap

Unsere Forschungsziele

Die Innovationen des CeTI spiegeln sich in seiner Struktur und seinen Forschungszielen wider. Dabei stützt sich das CeTI auf den herausragenden Sachverstand der TU Dresden und assoziierter Einrichtungen in den Bereichen Kommunikation, Robotik, Elektrotechnik, Informatik, Psychologie, Neurowissenschaften und Medizin. CeTI betreibt multidisziplinäre Forschung, um (i) das Verständnis der Komplexität und Dynamik menschlicher zielgerichteter Wahrnehmungen und Handlungen aus psychologischer und medizinischer Sicht zu verbessern, (ii) neuartige Sensor- und Aktuatortechnologien zu entwickeln, die den menschlichen Geist und Körper erweitern, (iii) schnelle, biegsame, adaptive und rekonfigurierbare Elektronik zu entwickeln, (iv) intelligente Kommunikationsnetzwerke zu schaffen, die Menschen und CPS durch kontinuierliche Anpassung und Lernen verbinden, um niedrige Latenzzeiten sowie ein hohes Maß an Belastbarkeit und Sicherheit zu bieten, (v) neue haptische Kodierungsschemata zu entwerfen, um die Informationsflut von einer riesigen Anzahl von Körpersensoren zu bewältigen, (vi) Online-Lernmechanismen sowie Schnittstellenlösungen für Maschinen und Menschen zu entwerfen, um die Handlungen des jeweils anderen vorherzusagen und zu ergänzen, und (vii) die oben genannten Lösungen zu evaluieren sowie die Öffentlichkeit über die gesellschaftlichen und ethischen Veränderungen und neuen Möglichkeiten, die die neuen Technologien mit sich bringen werden, anhand von Anwendungsfällen in der Medizin (kontextbewusste robotische Assistenzsysteme in medizinischen Umgebungen), der Industrie (Co-Working-Industrieraum) und dem Internet der Fähigkeiten (Bildung und Kompetenzerwerb für die Allgemeinheit) zu informieren.

Die Innovationen des CeTI spiegeln sich in seiner Struktur und seinen Forschungszielen wider. Dabei stützt sich das CeTI auf den herausragenden Sachverstand der TU Dresden und assoziierter Einrichtungen in den Bereichen Kommunikation, Robotik, Elektrotechnik, Informatik, Psychologie, Neurowissenschaften und Medizin. CeTI betreibt multidisziplinäre Forschung, um (i) das Verständnis der Komplexität und Dynamik menschlicher zielgerichteter Wahrnehmungen und Handlungen aus psychologischer und medizinischer Sicht zu verbessern, (ii) neuartige Sensor- und Aktuatortechnologien zu entwickeln, die den menschlichen Geist und Körper erweitern, (iii) schnelle, biegsame, adaptive und rekonfigurierbare Elektronik zu entwickeln, (iv) intelligente Kommunikationsnetzwerke zu schaffen, die Menschen und CPS durch kontinuierliche Anpassung und Lernen verbinden, um niedrige Latenzzeiten sowie ein hohes Maß an Belastbarkeit und Sicherheit zu bieten, (v) neue haptische Kodierungsschemata zu entwerfen, um die Informationsflut von einer riesigen Anzahl von Körpersensoren zu bewältigen, (vi) Online-Lernmechanismen sowie Schnittstellenlösungen für Maschinen und Menschen zu entwerfen, um die Handlungen des jeweils anderen vorherzusagen und zu ergänzen, und (vii) die oben genannten Lösungen zu evaluieren sowie die Öffentlichkeit über die gesellschaftlichen und ethischen Veränderungen und neuen Möglichkeiten, die die neuen Technologien mit sich bringen werden, anhand von Anwendungsfällen in der Medizin (kontextbewusste robotische Assistenzsysteme in medizinischen Umgebungen), der Industrie (Co-Working-Industrieraum) und dem Internet der Fähigkeiten (Bildung und Kompetenzerwerb für die Allgemeinheit) zu informieren.

Gründung des Zentrums für das Taktile Internet mit Human-in-the-Loop (CeTI) in Dresden zur Durchführung von Spitzenforschung, um auf dem wissenschaftlichen Gebiet der integrierten Mensch-Maschine-Kohabitation führend zu sein und den aktuellen Stand des Wissens und der Anwendungen des Taktilen Internets entscheidend voranzutreiben.

Demokratisieren Sie den Zugang zu Fähigkeiten und Fachwissen, um die Gleichberechtigung von Menschen unterschiedlichen Geschlechts, Alters, kulturellen Hintergrunds und mit körperlichen Einschränkungen zu fördern.

Kommunizieren Sie mit der breiten Öffentlichkeit über die grundlegenden Veränderungen und Möglichkeiten, die die neuen technologischen und wissenschaftlichen Entwicklungen im Bereich CeTI für den Einzelnen und die Gesellschaft in den Bereichen Medizin, Industrie, Bildung und Alltag mit sich bringen werden.

Rekrutieren und trainieren Sie nationale und internationale Nachwuchskräfte, um deren berufliche Entwicklung zu fördern und die Chancengleichheit in Forschung und Lehre zu unterstützen.

Modellierung und Vorhersage menschlichen zielgerichteten Verhaltens, das flexible und dynamische Interaktionen zwischen Empfindung, multisensorischer Wahrnehmung, Kognition und Handlung in Kontexten beinhaltet.

Herstellung von tragbaren Peripheriegeräten für schnelles Erfassen und Betätigen mit multimodaler haptischer Rückmeldung für die menschliche Wahrnehmung, Kognition und Handlung, basierend auf ultrakleinen, biegsamen, dehnbaren und extrem stromsparenden elektronischen Schaltungen, die Menschen und Objekte in Echtzeit präzise lokalisieren.

Entwicklung von vollständig softwarisierten Netzwerklösungen für die drahtlose und drahtgebundene Kommunikation, die niedrige Latenzzeiten, Ausfallsicherheit und Sicherheit bieten, um die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zu ermöglichen.

Bereitstellung eines integrierten Frameworks, das die Effekte des kontinuierlichen, wechselseitig adaptiven Lernens zwischen Mensch und Maschine nutzt. Stimmen Sie die Erklärungsmöglichkeiten auf die Anforderungen und Ziele des menschlichen Benutzers ab. Beurteilen Sie Randbedingungen und Vorteile für den Erwerb von Fähigkeiten und das Training.

Bereitstellung einer sicheren und skalierbaren Berechnungsinfrastruktur, die eine intuitive haptische Interaktion ermöglicht und sich automatisch an Veränderungen im Aufgabenkontext und Weltmodell anpasst.

Bereitstellung neuartiger Kodierungs- und Kompressionsmethoden, wie z. B. haptische Codecs, die menschliche Faktoren berücksichtigen, komprimierte Abtastung und Netzwerkkodierung, um ein kombiniertes Steuerungs- und Kommunikationssystem zu ermöglichen.

Das Konzept der virtuellen Forschungsräume

Um einen reichhaltigen und dynamischen Gedankenaustausch zwischen den Experten aus den verschiedenen in CeTI vertretenen Forschungsbereichen zu ermöglichen, verwenden wir das Konzept der virtuellen Forschungsräume (VRR). Wir sehen eine stufenübergreifende Hierarchie von disziplinären Talentpool (TP)-Räumen, die alle Hauptprüfer (PI) aus einem Bereich gruppieren, über interdisziplinäre Schlüsselkonzept (K) Räume,in denen Experten aus verschiedenen Disziplinen an gemeinsamen innovativen Lösungen zusammenarbeiten, bis hin zu den Anwendungsfall (U)- Räumen..

Um einen reichhaltigen und dynamischen Gedankenaustausch zwischen den Experten aus den verschiedenen in CeTI vertretenen Forschungsbereichen zu ermöglichen, verwenden wir das Konzept der virtuellen Forschungsräume (VRR). Wir sehen eine stufenübergreifende Hierarchie von disziplinären Talentpool (TP)-Räumen, that group all principal investigators (PI) from a single domain, over interdisciplinary Schlüsselkonzept (K) Räume,in denen Experten aus verschiedenen Disziplinen an gemeinsamen innovativen Lösungen zusammenarbeiten, bis hin zu den Anwendungsfall (U)- Räumen..

Slide K1 Haptic codecs K2 Intelligente Netzwerke K3 Augmented perception K4 Co- adaptation TP1 Menschen TP2 Sensors & actuators TP3 Kommunikation TP4 Flexible Elektronik TP5 Tactile computing U1 Medicine U2 Industry U3 Internet of skills
Die U-Räume

Wir haben drei Anwendungsfall-Räume identifiziert, die für drei Anwendungsdomänen vorgesehen sind, nämlich Medizin (U1), Industrie (U2) und Internet der Fähigkeiten (U3).

Wie können wir
die medizinische Versorgung voranbringen?

Durch die Entwicklung der nächsten Generation computer- und robotergestützter Chirurgie und Training.

Wie können wir
Arbeitsroutinen vorantreiben?

Indem wir ein nahtloses Mensch-Roboter-Kollektiv in realen und virtuellen Welten schaffen.

Wie können wir
Trainingstechnologien voranbringen?

Indem wir innovative Trainingstechnologien für die Öffentlichkeit entwickeln.
Die K-Räume

Die K-Räume der integrativen Schlüsseltechnologien, die haptische Codecs (K1), intelligente Netze für das taktile Internet (K2), Erweiterte Wahnehmung und Interaktion (K3) und Mensch-Maschine-Koadaption (K4) umfassen, generieren den Input für die Anwendungsfall-Räume.

Haptische Codecs

Unterstützung der U-Räume mit effizienten und latenzarmen visuell-haptischen Kommunikationslösungen.

Wahrnehmungsorientierte, skalierbare und lernfähige haptische Codecs, die das Alter und die Erfahrung der Benutzer berücksichtigen.

Pioniere in der Entwicklung von perzeptiven haptischen Codecs, Vorsitzender des IEEE P1918.1.1: Haptische Codecs für das taktile Internet.

10- bis 100-fache Datenreduktion für massive Mehrpunkt-Interaktionen.

Intelligente Netzwerke

Unterstützung von U-Räume BAN, LAN und WAN.

Netzwerke, die Rechenkapazitäten für menschliche und maschinelle Modelle beherbergen.

Führend bei 5G.

Wahrnehmen von Echtzeitkommunikation über landesweites SDN/NFV-Prüfstand.

Erweiterte Wahrnehmung und Interaktion

Entwicklung neuer integrativer multimodaler Schnittstellen.

Schnittstellen, die auf Modellen der menschlichen zielgerichteten multisensorischen Wahrnehmung mit Feedback auf schnellen Zeitskalen basieren.

Einzigartige Kombination in Design, interaktiven Medien, Elektronik und Psychologie.

Tragfähigkeit für adaptive und benutzerfreundliche multimodale Schnittstellen.

Koadaption

Etablierung des menschlichen Denkens und Entwicklung eines computerunterstützten menschlichen Verständnisses.

Hierarchische, probabilistische Modelle für Vorhersagen auf mehreren Zeitskalen; menschlich verständliche, adaptive Erklärungen für Benutzer.

Einzigartige Kombination aus Neurowissenschaften, maschinellem Lernen, Psychologie und Mensch-Computer-Interaktion.

Vom Menschen inspirierte Computermodelle und modellbasiertes multimodales Feedback-Gerüst.

Die TP-Räume

Die TP-Räume generieren das für die K-Räume benötigte Wissen; die TP-Räume behandeln grundlegende Forschungsfragen zu Human-in-the-Loop (TP1), Sensoren und Aktoren (TP2), Kommunikation, Kompression und Steuerung (TP3), flexibler Elektronik (TP4) und taktilem Rechnen (TP5).

Menschen

Schaffung einer empirischen Basis für die Modellierung menschlicher zielgerichteter multisensorischer Wahrnehmung und Handlung.

Breite Abdeckung menschlicher Faktoren in Abhängigkeit von Alter und Expertise; multisensorische Integrationsforschung in VR/AR und Remote-Teleoperation.

Exzellenz in den Bereichen Entwicklungs- und Computational Neurowissenschaft für die Lebensspanne, Lernen und Technologie, medizinische Datenwissenschaft, robotergestützte Chirurgie.

Psychophysikalische Schlüsselparameter und Modelle, die menschliche Faktoren der zielgerichteten multisensorischen Wahrnehmung und Handlung erfassen.

Sensoren und Aktoren

Entwicklung intelligenter, tragbarer Sensoren und Aktoren mit geringem Gewicht und niedriger Latenz.

Neuartige Konzepte zu sehr schnellen faserbasierten Aktoren und Ösen.

Führende Experten in den Bereichen intelligente Brillen, E-Textilien, Roboter, haptische Aktoren, Audiowiedergabe und CPS.

HD-Ösen mit niedriger Latenzzeit und Leistungsaufnahme <3 mW, eHandschuh und eGanzkörperanzug mit >1 N Betätigungskraft.

Kommunikation

Umgang mit massiven Sensordatenmengen und Durchbrechen bekannter Kompromissbarrieren.

Neuartige Konzepte für komprimierte Abtastung, funktionale Kompression und Netzwerkcodierung.

Weltweit führend bei Netzwerkcodierung und haptischen Codes.

10x-100x Datenreduktion.

Flexible Elektronik

Ultrakleine biegsame elektronische Schaltungen zur Verbindung und Verarbeitung von Daten, die von Sensoren am menschlichen Körper gesammelt werden; Integration dieser mit flexiblen und dehnbaren Substraten für eine natürliche Schnittstelle.

100-GHz-Aufweck-Sendempfänger für reduzierte Leistungsaufnahme und Größe; neuartige Substrate für dehnbare Integration; verteilte Sensordatenverarbeitung.

Führend im Design von Sub-THz-Schaltungen und dehnbarer Verpackung; 20 schneller Cluster; Menschliches-Gehirn-Projekt. fast cluster; Human Brain Project.

Drahtloses BAN und Körper-Computer-Hub integriert mit biegbaren und dehnbaren Substraten: voll integrierter 100-GHz-Sendeempfänger mit < 1 mW Leistungsaufnahme; Positionierungssystem mit < 1 ms Latenzzeit; verteiltes Verarbeitungsnetzwerk mit 20 TOPS/W.

Taktiles Rechnen

Entwicklung einer sicheren und die Privatsphäre wahrenden Computerinfrastruktur und intuitiver Eingriffs- und Programmiertechniken.

Allgemeines µ-Service-Gerüst auf heterogener und nicht vertrauenswürdiger Hardware, modellbasierte Erklärung und intuitives Interventions-Gerüst.

Fachwissen in Cloud-Sicherheit und Datenschutz; ScaDS und DLR-Zentren für HPC; RoSI RTG; 3 Start-ups rund um TP5-Themen (SCONTAIN, Componolit, Wandelbots).

Sichere taktile Computing-Plattform mit adaptiver Aufgabenzuweisung; Introspektions- und Erklärungsmöglichkeiten; Welterfassung und -modellierung mit ultraniedriger Latenz.