Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Intelligente Robotersteuerung durch adaptives Embedded Brainreading

22.07.2015

Ob im Weltall, in der Produktionshalle oder bei der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten – das Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) GmbH und die Arbeitsgruppe Robotik der Universität Bremen – beide unter der Leitung von Prof. Dr. Frank Kirchner – haben im Projekt IMMI (Intelligentes Mensch-Maschine-Interface) Schlüsseltechnologien für die Steuerung von Robotern entwickelt, die echtzeitfähiges und adaptives Embedded Brain Reading in vielen Anwendungsbereichen ermöglichen.

Die Raumfahrt-Agentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) förderte das Projekt mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über fünf Jahre mit rund 3,7 Mio. Euro.


Robotersteuerung mittels der im DFKI-Projekt IMMI entwickelten Technologien.

DFKI GmbH

Neurowissenschaftler, Informatiker, Mathematiker, Physiker und Ingenieure arbeiteten in IMMI gemeinsam an einer intelligenten Mensch-Maschine-Schnittstelle, die nicht nur die intuitive und effektive Steuerung eines oder mehrerer Roboter ermöglicht, sondern sich auch selbstständig an Änderungen des mentalen Zustands des Nutzers und an wechselnde Benutzer anpassen kann.

Im Gegensatz zu klassischen Brain-Computer-Interfaces basiert das entwickelte System auf der passiven Beobachtung des Operators durch Embedded Brain Reading. Dafür trägt der Operator eine mit Elektroden bestückte Kappe, die es dem System mittels 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 Operators oder über dessen kognitive Auslastung. Die Schnittstelle erhält dadurch wichtige Informationen, um den Menschen proaktiv in kritischen Situationen zu unterstützen oder die Effektivität der Steuerung anwenderspezifisch zu steigern.

Hat der Operator beispielsweise eine vom Roboter gesendete Warnmeldung übersehen, so weist ihn das System erneut darauf hin; ist der Anwender kognitiv überfordert, so wird seine Belastung reduziert.

Um die Handlungsabsicht und Aufgabenauslastung des Operators präzise einschätzen zu können, setzen die Forscherinnen und Forscher zusätzlich zum EEG auf Elektromyografie (EMG) zur Messung der Muskelaktivität und auf Eye-Tracking, das die Blickrichtung registriert. Auf diese Weise entsteht 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. Auf diese Weise kann sich das System in Echtzeit an wechselnde Zustände des Benutzers und sogar automatisch an neue Benutzer anpassen.

Die Vielzahl komplizierter mathematischer Verfahren, die beim echtzeitfähigen und adaptiven Brain Reading zur Anwendung kommt, erfordert eine besonders große Rechenleistung. Gleichzeitig soll der Operator möglichst mobil sein und sich frei bewegen können, was den Einsatz großer Rechner ausschließt.

Aus diesen Gründen wurde in IMMI ein kompaktes Brain-Reading-System entwickelt, das eine normale CPU mit einem FPGA (Field Programmable Gate Array) auf einer 7 x 10 cm großen Elektronikplatine kombiniert. FPGAs ermöglichen parallele Verarbeitungsoperationen und können daher große Datenmengen in kürzester Zeit verarbeiten. Das entwickelte System kann entweder eigenständig mobil oder zur Optimierung von Embedded Brain Reading in ein technisches System eingebettet angewendet werden.

Die Software-Frameworks pySPACE und reSPACE wurden im Projekt eigens für die Verarbeitung großer Datenmengen entwickelt. Die Open-Source-Software pySPACE erlaubt eine einfache Konfiguration und parallele Ausführung komplexer Vergleiche sowie die Optimierung und Visualisierung von über 200 verschiedenen Verarbeitungs- und Auswertungsmethoden.

Über eine automatisch erzeugte Hochleistungsschnittstelle kann pySPACE auf reSPACE zugreifen und dadurch zeitkritische Verarbeitungsschritte auf den FPGA auslagern. Mit Hilfe von reSPACE können anwendungsspezifische Hardwarebeschleuniger die Verarbeitung der Daten besonders effizient und in Echtzeit durchführen.

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

DFKI-Kontakt
Dr. rer. nat. Elsa Andrea Kirchner
Robotics Innovation Center
E-Mail: Elsa.Kirchner@dfki.de
Tel.: 0421 178 45 4113

DFKI-Pressekontakt
Unternehmenskommunikation Bremen
E-Mail: uk-hb@dfki.de
Tel.: 0421 178 45 4180

Andrea Fink | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.dfki.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Fraunhofer IPM präsentiert »Deep Learning Framework« zur automatisierten Interpretation von 3D-Daten
22.08.2017 | Fraunhofer IPM

nachricht Kieler Wissenschaft entwickelt exzellentes Forschungsdatenmanagement
21.08.2017 | ZBW – Leibniz-Informationszentrum Wirtschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie