Mrz 13 2012

Augmented Reality in der Arbeitswelt

Abgelegt 11:27 unter Artikel,JS Magazin

Augmented Reality-Technologien reichern in Zukunft Arbeitswelten mit Zusatzinformationen aus dem Computer an

Von Kathrin Bartel

Head Mounted Dislpay. Foto: Tobias Blum (TU München)Ein verheerendes Feuer ist ausgebrochen. Vor Ort kämpfen die Hilfskräfte mit den Flammen. Schnell müssen sich die Feuerwehrmänner in dem unbekannten Gebäude zurechtfinden, denn es geht um Menschenleben. Starker Rauch verschlechtert dabei ihre Sicht. In Zukunft könnten Rettungskräfte in einem solchen Fall Datenbrillen zur Unterstützung aufsetzten. „In ihr Sichtfeld könnten sie sich Pläne von öffentlichen Gebäuden einblenden lassen“, sagt Esther Legant, Geschäftsführerin des Lifecycle Engineering Solution Center (LESC) am Karlsruher Institut für Technologie. Dort werden Technik und Software für eine solche Erweiterung der Realität im virtuellen Versuchslabor LESC erprobt. Augmented Reality (AR) heißt das englische Schlagwort für diese Technologie, die eine Kombination von realer und virtueller Welt ermöglicht – in Echtzeit und in drei Dimensionen.

Visionen treiben an

Noch sind viele AR-Ideen visionär und vom praktischen Einsatz einige Jahre Entwicklungszeit entfernt. Doch die Verschmelzung von digitaler und wirklicher Welt schreitet voran und macht auch vor der Arbeitsumgebung nicht halt. Im Büro der Zukunft könnten Computer-Programme nicht mehr auf dem Bildschirm, sondern als Teil der realen Umwelt angezeigt werden. Programmfenster und Icons erscheinen dann als virtuelle Geräte und lassen sich mit Blick oder Fingern steuern, anstatt mit Maus und Tastatur. Im Lieferfahrzeug der Zukunft könnte AR-Technik herkömmliche Navigations- und Sicherheitstechnik ersetzten: Leitlinien werden direkt auf die Fahrbahn projiziert. Fahrzeuge kommunizieren untereinander, der Wagen vorne gibt Messwerte am Reifen direkt an den Hintermann weiter, so dass dieser Wagen schon vorher weiß, wo gleich eine glatte Stelle auf der Fahrbahn kommt. An einer uneinsichtigen Kreuzung wird der Linksabbieger vor verdeckten, entgegenkommenden Fahrzeugen gewarnt, durch eine Anzeige direkt in der Windschutzscheibe. Sind AR-Systeme erst einmal verbreitet, zeigen virtuelle Verkehrsschilder am Straßenrand nur noch passende Informationen für die eigene Route an, wie zum Beispiel Stauwarnungen.

Industrie, Wirtschaft und Politik versprechen sich viel der neuen Technik die unsere Wirklichkeit mit Zusatzinformationen anreichert und die Sinneswahrnehmung des Menschen erweitert. Viel Geld wird in die Erforschung der erweiterten Realität gesteckt, die dem Menschen in Zukunft behilflich sein soll: beim Konstruieren, Montieren, Navigieren, Operieren, Planen. Die Autoindustrie plant zum Beispiel Augmented Reality zur Unterstützung der Service-Mitarbeiter bei technisch anspruchsvollen Arbeiten einzusetzen. Durch eine Datenbrille könnte der Mechaniker den Motorraum des Autos betrachten, in dem dann die Bauteile farbig markiert erscheinen, die er als nächstes ausbauen muss. Über Ohrstöpsel hört der Arbeiter weitere Informationen zum nächsten Arbeitsschritt.

 Neue Einblicke in den Körper

Erforscht wird auch der Einsatz von AR-Technik in der Medizin. Ein Video zeigt einen jungen Mann, der vor einem großen Display in die Knie geht. Er sieht darauf eine Live-Aufnahme von sich selbst. Auf seinem Bauch lässt er einen roten Kreis wandern, durch den er bis auf sein Skelett sehen kann: Wirbelsäule, Rippen, Becken, alle Knochen sitzen am richtigen Platz. Der Durchleuchtete heißt Tobias Blum und ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität (TU) München am Lehrstuhl für Informatikanwendungen in der Medizin & Augmented Reality. Als er das Video von seinem „Augmented Reality Magic Mirror“ auf YouTube hochlädt sind die Reaktionen gewaltig. Mittlerweile wurde der Film über zweihunderttausend Mal abgespielt.

Das Phänomen verblüfft und doch steckt dahinter mehr als bloße Spielerei. „Diese Technik kann für die Ausbildung von Medizinern oder Sportstudenten eingesetzt werden, ebenso für die Aufklärung von Patienten vor einer Operation“, sagt der Informatiker Tobias Blum.

Die Basis dafür liefern Daten aus der Computertomographie, die im Gegensatz zur Röntgenaufnahme eine dreidimensionale Darstellung ermöglichen. In Video wird der Datensatz eines Koreaners verwendet, der den Forschern zur Verfügung steht. Er ist speziell aufbereitet und alle Knochen und Organe sind bereits benannt. In Zukunft könnten es eben auch die echten Daten des Patienten sein. An seinem eigenen Körper sähe dann der Patient, wo er später operiert würde und wie das neue Kniegelenk am eigenen Skelett verschraubt würde. Neu an dieser Technik ist die Überlagerung des eigenen Körpers, mit den Aufnahmen vom Körperinneren oder den Daten eines Modells.

Technik aus der Spieleindustrie

Besonders am „Magic Mirrow“ ist auch, dass die Erkennung des realen Menschen vor dem Spiegel ganz ohne spezielle Marker funktioniert. Bislang mussten für AR-Systeme immer auffällige Markierungen an markanten Punkten angebracht werden, damit Kamera und Computer das Objekt korrekt verfolgen können. Diesmal nutzen die Forscher den Kinect-Sensor von Mircosoft, der auch bei der Xbox 360 die Bewegungen des Spielers ohne Controller erkennt. Dieses Zusatzgerät mit eingebauter 3D-Kamera kostet rund 100 Euro. So günstige Technik ist ein Glücksfall für die Forscher, die bislang mehrere tausend Euro für vergleichbare Ausstattung ausgeben mussten.

Einsatz im Operationsaal

AR-Techniken können aber nicht nur veranschaulichen, sie helfen auch wenn es ans Eingemachte geht: im Operationssaal zum Beispiel. Tobias Blum und seine Kollegen von der TU München haben in Kooperation mit der Ludwig-Maximilians-Universität München eine Kameraunterstützung entwickelt, die während einer Operation Röntgenbild und Realbild des Menschen auf dem OP-Tisch zu einer Ansicht fusioniert. Der Patient wird an dieser Stelle dann durchsichtig bis auf die Knochen. Der Arzt profitiert von der Möglichkeit den ersten Schnitt optimal zu setzten und kann die Platzierung von Instrumenten überprüfen. Das Ganze ist eine Erweiterung eines Röntgenarms, der bereits im OP Standard ist. Angezeigt wird das AR-Bild auf einem Display. Hier ein Video von c’t TV.

Die Forscher haben auch mit Datenbrillen für den Arzt experimentiert, doch da gibt es noch Probleme. Bei Operationen ist Genauigkeit wichtig, die können die kleinen Brillen, die man an Smartphones anschließen kann, noch nicht liefern. Geeignete Brillen sind schwer, weil viele Linsen zum Einsatz kommen, um das Bild scharf und exakt abzubilden. Dadurch sind sie unangenehm zu tragen. Datenkabel behindern die Beweglichkeit des Operateurs. „Um die Brillen tragbar zu machen, müsste die Wirtschaft viel Geld in die Entwicklung stecken“, so Blum. Die Bildschirmvariante hat sich bei Test-OPs als sinnvoll erwiesen. In einer Patientenstudie wurden zwischen Juli 2009 und März 2010 vierzig echte Operationen von Knochenbrüchen in der Chirurgischen Klinik der Uniklinik München mit dieser AR-Unterstützung vorgenommen. Der große Vorteil: Mit einem Blick sieht der Arzt das Röntgenbild auf dem Patienten und muss nicht erst überlegen, wie das Röntgenbild mit ihm zusammen passt.

Neue Arbeitswelt

Auch das Militär treibt die Weiterentwicklung von AR-Technologien voran. Schon früh wurde in Kampfjets AR-Technik eingesetzt, um Piloten eine erweiterte Sicht zu ermöglichen und das Gelände und andere Objekte direkt im Sichtfeld anzuzeigen. Auch für Ausbildungs- und Trainingszwecke werden AR-Systeme eingesetzt, um Kampfeinsätze zu simulieren – und dadurch Ressourcen und Kosten zu sparen.

Unternehmen in der Industrie erhoffen sich durch den Einsatz von AR-Hightech weiter an der Weltspitze mitspielen zu können. Namhafte Vertreter der Automobil-, Flugzeug- und Schiffsindustrie, des Anlagenbaus sowie Systemlieferanten haben sich gemeinsam mit kleinen und mittleren Unternehmen und Wissenschaftlern verschiedener Forschungseinrichtungen zu einer Innovationsallianz zusammengeschlossen. In großen Forschungsprojekten, wie dem Projekt Avilus, erproben sie, wo ein Einsatz von AR-Systemen sinnvoll wäre. Auch die technische Entwicklung wird weiter vorangetrieben. Die Darstellung der virtuellen Objekte muss verbessert werden, damit die Bilder nicht ruckeln oder verpixeln, damit die Farben stimmen und auch die physikalischen Eigenschaften der Objekte, wie das Gewicht, realistisch wirken. Auch für den Umgang mit den großen Datenmengen, die in Sekundenbruchteilen verarbeitet werden müssen, wird noch nach Lösungen gesucht.

Zu viele Informationen

Die Forscher arbeiten daran, eine Balance zu finden, wie viel Information hilfreich ist und wann Informationen zu viel sind. Das macht auch den Einsatz von AR in Autos schwierig. „Im Sichtfeld des Fahrers verleiten AR-Anzeigen dazu, häufig dort hin zu gucken. Da ist der positive Effekt, dass der Fahrer nicht auf das Armaturenbrett nach unten gucken muss, direkt aufgehoben. In Deutschland ist das Einblenden in den Sichtbereich auch nicht erlaubt“, sagt Marcus Tönnis, Wissenschaftler an der TU München. Er baute ein System, das dem Fahrer den aktuellen Punkt anzeigt, an dem das Fahrzeug bei einer Vollbremsung zum Stehen käme. „Das Ergebnis war, dass die Leute verleitet wurden, schneller zu fahren.“ Er schätzt, dass AR-Systeme in naher Zukunft eher für den Beifahrer in Fahrzeuge eingebaut werden: als virtuelle Reiseführer zum Beispiel.

Auch muss noch erprobt werden, ob Menschen längere Zeit mit Unterstützung solcher Systeme arbeiten können, ohne davon Schaden zu nehmen. Björn Schwerdtfeger von der TU München hat ein System entwickelt, das Lagerarbeitern beim Auffinden von kleinen Teilen helfen sollte. (Hier ein Video.) Auf einem Head-Mounted Display, einem kleinen Bildschirm, den die Person nahe am Auge trägt, wird eine Spur zum gesuchten Gegenstand angezeigt. „Eine Testperson musste nach einer halben Stunde aufhören, weil sie das Gefühl hatte ihr Auge springt gleich heraus“. Das lag an den unterschiedlichen Ebenen, auf die das Auge abwechselnd scharf stellen muss. Auch gab es Probleme, wenn Teile hinter der Testperson und unten im Regal lagen. Der kürzeste Weg, der angezeigt wurde, war nicht gerade rückenfreundlich. „Beim Einsatz solcher Systeme ergeben sich auch ethische Bedenken. Ein Lagerarbeiter, der jetzt wie ein Roboter geleitet werden soll, wird das wahrscheinlich als groben Eingriff in seine Arbeitswelt empfinden und seinen Job kündigen“, so Schwerdtfeger.

Es gibt noch viel zu entwickeln und zu erproben, bis Augmented Reality wirklich in der Arbeitswelt angekommen ist. Bis dahin macht es Spaß, sich an hübschen Spielereien von Werbung und Marketing zu erfreuen. An den Lego-Verpackungen zum Beispiel, auf denen 3D-Simulationen des Inhalts erscheinen. Ausgestattet mit einem Smartphone, kann jeder selbst erste Seh-Versuche in der erweiterten Realität sammeln.

Der Text erschien 2011 der Oktober-Ausgabe des JS Magazins
Hier können Sie den Artikel als PDF betrachten:  JS Magazin: Augmented Reality in der Arbeitswelt

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