Taktiles Internet in CeTI2

Demokrati­­­­sierung von Fähigkeiten – unser Forschungs­schwerpunkt

Das allgemeine Ziel des Centre for Tactile Internet with Human-in-the-Loop (CeTI) ist der Aufbau von Kommunikationsplattformen, die durch neuartige digitale Technologien und KI unterstützt werden, sowie die Grundlagenforschung zur Entwicklung der menschlichen Sinneswahrnehmung und des menschlichen Handelns, um den Austausch von Fähigkeiten zwischen Menschen und Maschinen zu ermöglichen, die in realen und virtuellen Räumen zusammenarbeiten. CeTI hat in der ersten Phase, CeTI1, bedeutende Fortschritte erzielt und plant eine ehrgeizige zweite Phase.
CeTI2 setzt die interdisziplinäre Forschung auf Weltklasseniveau fort, fördert junge Talente, übt vielfältige gesellschaftliche Auswirkungen aus und fördert Industriepartnerschaften, die zu wirtschaftlichem Wachstum führen.1, with plans for an ambitious second phase.
CeTI2 continues world-class interdisciplinary research, nurtures young talents, exerts multifaceted societal impacts, and promotes industry partnerships leading to economic growth.

Eine Hand, die einen intelligenten Handschuh trägt, und ein Mann, der nach dem Handschuh greift

Unsere Mission

Das Ziel von CeTI2 ist die Entwicklung innovativer Lösungen für große globale Herausforderungen wie Pandemien, Überalterung der Gesellschaft, Fachkräftemangel, Klimawandel und geopolitische Fragen. Aufbauend auf CeTI1 werden wir Anwendungsfälle wie immersive Zusammenarbeit aus der Ferne, sensorische Augmentation für die Pflege älterer Menschen, KI-gesteuerte Unterstützung von Arbeitskräften, weniger Reisen durch fortschrittliche Telepräsenz untersuchen.

Portrait of Merle Fairhurst

CeTI ist ein interdisziplinärer Raum, in dem große Ideen die Energie, die Kreativität und das Know-how finden, um in inspirierende taktile Lösungen für das digitale Zeitalter umgesetzt zu werden.

Merle Fairhurst | TU Dresden

Unsere Forschungsziele

CeTI2 verfolgt das Ziel, über seine erste Phase hinaus mehrere Durchbrüche zu erreichen.: die Entwicklung neuer Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Integration mehrerer Sinne und zur Vorhersage menschlichen Verhaltens für neuartige Formen des Kompetenzerwerbs; die Erweiterung der Möglichkeiten des Taktilen Internets durch die Einbindung des Geruchssinns und fortgeschrittener Berührungswahrnehmung, wie z.B. sozial-affektive Berührung, zur Erschließung neuer Anwendungsfelder; die Ausweitung des bislang in CeTI1 dominierenden Fokus auf Eins-zu-eins-Interaktionen zwischen Mensch und Roboter hin zu komplexen Kollaborationen zwischen mehreren Menschen und mehreren Robotern; der Aufbau einer eigenen, KI-gestützten Open-Source-Kommunikationsplattform für feste und mobile Netzwerke, um schnelle Prototypisierung bahnbrechender neuer Paradigmen zur Überwindung der bekannten systembedingten Grenzen zu ermöglichen; sowie die Überwindung zentraler Beschränkungen aktueller Rechensysteme durch den Ausbruch aus der evolutionären Sackgasse linearer Entwicklungen – aufbauend auf dem in CeTI1 gewonnenen Wissen.

Einbeziehung des Geruchssinns und des erweiterten Tastsinns für immersive und realistische Mensch-Maschine-Interaktionen in realen und virtuellen Welten und Untersuchung des Zusammenspiels verschiedener sensorischer Komponenten und ihrer Bedeutung für das Erlernen und die Fernübertragung von Fertigkeiten.

Erhebliche Verbesserung der Empfindlichkeit, Robustheit und Effizienz von Sensoren und Aktoren durch den Einsatz fortgeschrittener Werkstoffe und die Entwicklung neuartiger Schnittstellen zur Verbesserung der Antizipationsfähigkeit und des Situationsbewusstseins für eine effizientere Ferninteraktion.

Förderung der semantischen und zielgerichteten Kommunikation sowie der neuromorphen und analogen Datenverarbeitung, um die grundlegenden Grenzen von Shannon, Turing, Landauer und Einstein zu überwinden.

Entwurf und Entwicklung einer nachhaltigen, vertrauenswürdigen und souveränen Kommunikations- und Computerplattform für das taktile Internet.

Erforschung fortgeschrittener KI oder alternativer Nicht-KI-Methoden für die Technologien und Anwendungsfälle des taktilen Internets, um die Nachhaltigkeit und Vertrauenswürdigkeit zu maximieren.

Das Konzept der virtuellen Forschungsräume

CeTI2 ist in vier Ebenen gegliedert: Grundlagen (F), Methoden (M), Komponenten (C) und Anwendungsfälle (U). Jede Ebene verfügt über fünf virtuelle Forschungsräume (VRRs), in denen Experten zusammenarbeiten. Auf den unteren Ebenen liegt der Schwerpunkt auf der Grundlagenforschung, während auf den höheren Ebenen die interdisziplinäre Teamarbeit in Bereichen wie Psychologie, Medizin und Ingenieurwesen im Vordergrund steht. Diese Struktur baut auf CeTI1 auf und wurde erweitert, um neue Forschungsherausforderungen effizient anzugehen.

Anwendungsfälle

U1 – Chirurgie

U1 befasst sich mit dem Mangel an chirurgischen Fähigkeiten in einer alternden Gesellschaft, indem es CeTI2-Technologien einsetzt, um ein Modell für chirurgische Fähigkeiten für kognitive Roboter und immersives Lernen von Fähigkeiten in einer metaversen Umgebung zu entwickeln.

U2 – Care

U2 konzentriert sich auf die Wiedererlangung und Übertragung von Fähigkeiten, um die Qualität der Pflege von Patienten, Senioren und Behinderten mit Hilfe von Beeinträchtigungsanalysen und Pflegerobotik zu verbessern.

U3 – Arbeit

U3 ermöglicht eine neue Arbeitsumgebung für Industrie und Handwerk durch neuartige Roboterplattformen, Fortschritte in der Kommunikation und Datenverarbeitung sowie Schnittstellen zur menschlichen Interaktion.

U4 – Edutainment

U4 schafft multisensorische Erfahrungen, die den Nutzern in pädagogischen, kulturellen und häuslichen Umgebungen helfen, eine Verbindung zu schaffen und die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter zu erleichtern.

U5 – Weltraum

U5 testet die Leistungen des C-Bodens in extremen Umgebungen und unterstützt Menschen im Weltraum dabei, mit sozialer Isolation umzugehen und komplexe Fähigkeiten über große Entfernungen hinweg auszuführen.

Komponenten

C1 – Menschen

C1 unterstützt die Entwicklung von TI-gestützten virtuellen oder ferngesteuerten Umgebungen, die das Erlernen oder die Ausführung komplexer und kooperativer sensomotorischer Fähigkeiten fördern, die durch digitalisiertes multimodales Feedback unterstützt werden.

C2 – Peripheriegeräte

C2 integriert neuartige Materialsensoren und Aktuatoren, um bei der Interaktion mit virtuellen und entfernten Umgebungen für die U-Etage eine hochexpressive Geruchs- und Haptikwirkung zu erzielen.

C3 – Robotik

C3 forscht an vernetzten und KI-fähigen Roboterplattformen, um die U-Etage mit mobilen, sozialen und massiv kollaborierenden Robotern zu unterstützen.

C4 – Metaverse

C4 befasst sich mit der Grundlagenforschung zu den zentralen Facetten des Metaversums und ihren Auswirkungen auf die menschliche Wahrnehmung, Zusammenarbeit und Emotionen und wird ein offenes technologisches Prototyping- und Evaluierungssystem entwickeln.

C5 – Netzwerk der Netzwerke

C5 unterstützt die U-Etage mit Kommunikationstechnologien für menschliches Lernen und die Vermittlung von Fähigkeiten mit COTS- und CeTI2-Technologien. Kostengünstige Lösungen werden in Betracht gezogen, um den Demokratisierungsgedanken von CeTI2 zu fördern.

Methoden

M1 – Modelle menschlichen Verhaltens

M1 entwickelt formale und rechnerische Modelle für die Vorhersage komplexer zielgerichteter Handlungen und die Zusammenarbeit mehrerer Agenten über Zeitskalen hinweg, um die Human-in-the-Loop-Berechnungen für digitale Technologien voranzutreiben.

M2 – Mensch-Maschine-Schnittstelle

M2 konzentriert sich auf die Dynamik der Ferninteraktion zwischen Mensch und Maschine und auf robuste Ansätze für Schnittstellen, die darauf abzielen, die Antizipationsfähigkeit und das Situationsbewusstsein für effektivere Interaktionen zu verbessern.

M3 – Künstliche Intelligenz

M3 unterstützt die Forschung zu übergreifenden KI-Themen, die für eine größere Anzahl von verwandten Forschungsräumen von Bedeutung sind, und fördert die Zusammenarbeit mit anderen KI-Initiativen.

M4 – Informationstheorie

M4 befasst sich mit den von Landauer und Shannon aufgezeigten grundlegenden Grenzen sowie mit der informationstheoretischen Sicherheit bei der verteilten Datenverarbeitung, der Speicherung und dem Transport von Informationen.

M5 – Softwaregestützte Netzwerke

M5 baut die CeTI-Kernkommunikationsplattform (C3PO) auf, die als Open-Source-Software implementiert ist, um eine rasche Integration neuer Forschungskonzepte zu ermöglichen und technologische Souveränität zu erreichen.

Grundlagen

F1 – Menschliche Sinneswahrnehmung und Handlung

F1 schafft empirische Grundlagen für Prinzipien der erwartungs- und situationsgesteuerten multisensorischen Wahrnehmung und Handlung, um digitale Technologien für Nutzer unterschiedlichen Alters und Kenntnisstandes zu verbessern.

F2 – Sensoren und Aktoren

Durch die Bereitstellung neuartiger Sensoren und Aktoren will F2 immersive und reaktionsfähige Systeme schaffen, die nahtlose Mensch-Maschine-Interaktionen ermöglichen und Innovationen in der Medizin, der Industrie und dem Internet der Fähigkeiten vorantreiben.

F3 – Elektronik

F3 baut miniaturisierte, flexible und drahtlose Sensorknoten, die durch Energy Harvesting mit Energie versorgt werden können und somit „Null-Energie“ sind. Außerdem werden wir neuartige Konzepte für effizientes analoges Computing erforschen.

F4 – Datenverarbeitung

F4 befasst sich mit den grundlegenden Grenzen von Landauer und Turing. Es erforscht neuartige Computerplattformen und -modelle, um die Probleme des Energieverbrauchs und der Berechnungsfähigkeit digitaler Systeme zu lösen.

F5 – Kommunikation und Sensorik

F5 erforscht die physikalischen Aspekte der Kommunikation (elektromagnetische, molekulare und verschränkungsgestützte Kommunikation) und die Vorteile gemeinsamer Kommunikation und Erkennung.