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.
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.
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
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.
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.