Taktiles Internet

De­mo­cra­ti­sing Skills – our Re­search Fo­cus

Wir plädieren für die Gründung des Zentrums für taktiles Internet mit Mensch-Maschine-Interaktion (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 gerechten 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.

A robotic hand and a human hand wearing the Fingertac Demonstrator reaching towards each other
Worldmap with different people who are doing different activities being connected around the globe

Unsere Mission

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.

Unsere Forschungsziele

Die Innovationen des CeTI spiegeln sich in seiner Struktur und seinen Forschungszielen wider. Dabei stützt sich das CeTI auf die herausragende Expertise innerhalb 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 Aktortechnologien zu entwickeln, die den menschlichen Geist und Körper erweitern, (III) schnelle, biegsame, adaptive und rekonfigurierbare Elektronik zu entwickeln, (IV) intelligente Kommunikationsnetzwerke zu erschaffen, 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 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 (Coworking-Industrieraum) und dem Internet der Kompetenzen (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 das wissenschaftliche Gebiet der integrierten Mensch-Maschine-Kohabitation anzuführen und den aktuellen Stand des Wissens und der Anwendungen des Taktilen Internets entscheidend voranzutreiben.

Demokratisieren des Zugangs zu Kompetenzen und Fachwissen, um die Gleichberechtigung von Menschen unterschiedlichen Geschlechts, Alters, kulturellen Hintergrunds und mit körperlichen Einschränkungen zu fördern.

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

Rekrutieren und trainieren nationaler und internationaler 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 eine schnelles Erfassung und Betätigung 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 Ideenaustausch 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 Studienleiter (Principle Investigators - 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.

U1 – Medizin

Im medizinischen Kontext werden am CeTI zwei Ansätze verfolgt: Zum einen geht es um die sensorbasierte Erfassung von klinischem Fachwissen, um chirurgische Fertigkeiten zu speichern und in der medizinischen Ausbildung mit neuen Trainingstechnologien weiterzugeben. Der zweite ist die Entwicklung von medizinischen Assistenzsystemen, um die klinische Leistungsfähigkeit und damit die Qualität der Patient:innenversorgung zu verbessern.

U2 – Industrie

Das Aufkommen von sicheren und kollaborativen Robotern verändert derzeit die Art und Weise, wie unsere Arbeitsplätze gestaltet und strukturiert sind. Moderne Robotersysteme sind in der Lage, komplexe Handhabungsaufgaben auszuführen und intuitiv mit dem Menschen zu interagieren, was sie zu potenziellen Mitarbeitern (Cobots) in vielen Produktionsszenarien macht (Mensch-Roboter-Kooperation in der Industrie). Dieser neue Trend zu kollaborativen industriellen Arbeitsräumen (Cobot-Zellen) ist durch verschiedene Faktoren motiviert, wie z. B. die zunehmende allgemeine Langlebigkeit und Präzision von Robotern, das Kostensenkungspotenzial für Montage und Produktion und die Entdeckung neuer Anwendungsbereiche, wie z. B. die Fernarbeit in gefährlichen Bereichen.

U3 – Internet der Kompetenzen

Die Vision der Entwicklung des Internet of Skills ist es, Menschen auf der ganzen Welt den Zugang zu wissenschaftlich begründeten Trainingsmöglichkeiten mit Hilfe innovativer Internettechnologien zu bieten. Mit Blick auf diese Vision erforschen interdisziplinäre Teams des CeTI bestehend aus Ingenieur:innen, Informatiker:innen und Psycholog:innen, wie man die bei Bewegungen entstehenden Sinneseindrücke erfassen und für die Gestaltung von technisch vermittelten Feedbackstrategien nutzen kann

Blue graphic illustration depicting a person with circles formed by the five senses around their head. The person is connected to a source that transmits data.

K1 – Haptische Codecs

K1 wird haptische Codecs entwickeln, die eine Plug-and-Play-Interoperabilität von Sensoren, Aktoren und anderen Einheiten des taktilen Internets ermöglichen.

K2 – Intelligente Netzwerke

K2 zielt auf die Entwicklung eines Schlüsselkonzepts zur Unterstützung der Anwendungsfälle („U-Räume“), die verschiedene Netzwerke nutzen, mit einem Schwerpunkt auf vernetzten Systemen in der Mensch-Maschine-Interaktion.

K3 – Erweiterte Wahrnehmung

Ziel ist die Entwicklung neuer integrativer multimodaler Schnittstellen auf der Grundlage menschlicher multisensorischer Wahrnehmungsmodelle, die auf eine schnelle Rückmeldung auf zeitlicher Ebene ausgerichtet sind.

K4 – Koadaption

K4 wird neue integrative multimodale Schnittstellenlösungen für erweiterte Mensch-CPS-Interaktionen entwickeln und dabei individuelle und altersbedingte Einschränkungen berücksichtigen. Bei Maschinen wird dies durch neuartige, dem Menschen nachempfundene Argumentationstechniken erreicht, bei Menschen durch computerunterstütztes multimodales Feedback.

TP1 – Menschen

TP1 wird empirisches und theoretisches Wissen integrieren, um die wichtigsten menschlichen Faktoren für die Entwicklung von Cyber-Physical Systems (CPS) der nächsten Generation und vom Menschen inspiriertes maschinelles Lernen zu identifizieren und zu optimieren, mit dem Ziel, Human-in-the-Loop-Anwendungen zu verbessern.

TP2 – Sensoren und Aktoren

TP2 wird tragbare Sensoren und Aktoren entwickeln, die sowohl biegsam als auch dehnbar sind und multimodales Feedback bieten. Diese Innovationen werden die menschliche Wahrnehmung, Aktion und Kognition integrieren, um das Nutzererlebnis und die Interaktion zu verbessern.

TP3 – Kommunikation

TP3 wird grundlegende Techniken in den Bereichen Kommunikation, Komprimierung, Kodierung und Steuerung entwickeln, um die notwendige Flexibilität und adaptive Belastbarkeit für Cyber-Physical Systems (CPS) in Quasi-Echtzeit und mit geringer Latenz sowie für menschliche Interaktionen zu erreichen.

TP4 – Flexible Elektronik

TP4 wird ultrakleine, biegsame elektronische Schaltkreise entwickeln, die die von Sensoren am menschlichen Körper erfassten Daten miteinander verbinden und verarbeiten sollen. Diese fortschrittliche Elektronik wird nahtlos in flexible und dehnbare Substrate integriert, wodurch eine natürliche Schnittstelle für den Nutzer entsteht.

TP5 – Taktiles Rechnen

TP5 wird sichere taktile Computing-Infrastrukturen entwickeln, die durch eine adaptive, architekturabhängige Ressourcenbereitstellung unterstützt werden. Dazu gehören die Selbsterklärung durch Zustandsprüfung und intuitives Robotertraining, um eine natürliche Mensch-Maschine-Interaktion zu ermöglichen.