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Technologieprogramm Smart Service Welt I

Intelligente Datenbrillen in der Produktion

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Kurzsteckbrief

Datenbrillen und Augmented Reality als Bedienelemente in der Produktion versetzen die Nutzer in die Lage, ihre Hände vollständig für ihre eigentlichen Arbeitsaufgaben einzusetzen. Ziel von Glass@Service ist es, durch die Verbindung intelligenter Datenbrillen (Smart Glasses) mit neuartigen Interaktionsmöglichkeiten (z. B. Augen- und Gestensteuerung) und innovativen IT-Dienstleistungen die Brillen als personalisierte Informationssysteme verwenden zu können. So kann die Bewegungsfreiheit der Nutzer und Effizienz ihrer Arbeitsschritte gesteigert werden. Besondere Berücksichtigung sollen dabei die IT-Sicherheit und der Datenschutz finden.

Problemstellung

Die Eingabe von Informationen in technische Geräte wird heute typischerweise durch Tastatur, Schalter, Maus oder Touchscreens vorgenommen. Dieses Verhalten führt jedoch oft dazu, dass sich die Aufmerksamkeit des Nutzers weg von der Arbeit und auf das Informationssystem richtet. Daraus resultiert eine potenzielle Fehlerquelle. Sie zu beseitigen ist sowohl aus ergonomischer als auch aus arbeitswissenschaftlicher Sicht sinnvoll.

Durch Lösungen aus dem Feld der erweiterten Realität (Augmented Reality, kurz AR), wie dem Einsatz von smarten Datenbrillen, die das Sichtfeld offen lassen und Informationen zur optisch wahrgenommenen Realität hinzufügen, können die benötigten Informationen direkt ins Arbeitsfeld eingeblendet werden. Bewegungsabläufe wie zum Beispiel ständige Kopfdrehungen von der Arbeitsfläche zum PC-Monitor und zurück lassen sich so vermeiden.

Smarte Datenbrillen haben das Potenzial, in vielen Industriezweigen derzeitige Bedienelemente zu verdrängen. Im Zusammenspiel mit AR-Anwendungen könnten die Datenbrillen aktuelle Brückentechnologien wie Smartphones und Tablets ablösen. Die bereits erhältlichen Datenbrillen, die für die private Nutzung vorgesehen sind, sind für industrielle Anwendungen jedoch nicht oder nur eingeschränkt geeignet. Sie verfügen meist über eine schlechte Ergonomie, geringe Akku-Laufzeit und einen kleinen Betrachtungswinkel und weisen Mängel beim Datenschutz und der Datensicherheit der Software auf.

Ziele

Das Ziel von Glass@Service ist die Entwicklung neuer Komponenten für intelligente Datenbrillen und damit verbundener Services zum industriellen Einsatz. Durch die Nutzung von innovativen Datenbrillen mit Durchsichtoptik (See-Through) sollen Informationen und Daten direkt ins Arbeitsbildfeld des Mitarbeiters eingespiegelt werden. Die Arbeitsumgebung wird dabei nicht abgefilmt, sondern kann durch die Brille direkt gesehen und dann mit Informationen im Blickfeld ergänzt werden. Die Unterbrechung des Arbeitsablaufes durch manuelle Dateneingaben soll durch die Erkennung von Gesten und eine Augensteuerung zur Interaktion minimiert werden.

Durch besondere Berücksichtigung von IT-Sicherheit und Datenschutz soll eine hohe Industrietauglichkeit und Nutzerakzeptanz erreicht werden, so dass sich Datenbrillen in der Produktion als personalisierte Informationssysteme verwenden lassen.

Technologien und Herausforderungen

Bei der erweiterten Realität werden dem realen Bild durch technische Hilfsmittel zusätzliche Bilder, Zeichen oder Informationen überlagert. Bisherige Lösungen nutzen hierfür Augmented Video, indem die reale Welt per Kamera aufgenommen wird, Zusatzinformationen überlagert und diese anschließend auf dem Display dargestellt werden. Der Nutzer sieht die reale Welt also nicht direkt, sondern als Wiedergabe auf einem Bildschirm. In Glass@Service soll eine Durchsicht-Optik zum Einsatz kommen, in der die reale Welt direkt betrachtet wird und die Zusatzinformation eingespiegelt werden.

Durch ein bidirektionales Mikrodisplay lässt sich die Einblendung von Informationen in einem großen Sichtbereich, bei hohem Kontrast und an korrekter Position realisieren. Bisher verfügbare Sensorik und Algorithmen werden erweitert, wie etwa das Verfolgen der Augenbewegungen des Nutzers (Eye-Tracking). Mit dieser Technologie, einem 3D-Tiefensensor und einer Hand-Erkennung, werden zusätzliche Methoden der Interaktion geschaffen: Beispielsweise kann die Software Entscheidungen aus den erfassten Handbewegungen oder dem Ändern der Blickrichtung ableiten.

Für die Technologie-Plattform werden Architekturvarianten untersucht, die den Schwerpunkt jeweils auf unterschiedliche Anwendungsebenen legen (intelligente Produktionsumgebung, Daten oder Services). Die Herausforderung ist, neben den Anforderungen an die industrielle Robustheit und Zuverlässigkeit der Software, vor allem die Integration weiterer Hardwarekomponenten in die Brille, um die berührungslose Interaktion zu ermöglichen. Weitere wichtige Anforderungen sind flexible Schnittstellen zur Einbindung in lokale IT-Systeme, die Datensicherheit und der Datenschutz (etwa bei der Wahrung der Persönlichkeitsrechte) sowie ein hohes Maß an Ergonomie und Nutzerakzeptanz.

Anwendungen

Die industrielle Nutzung der intelligenten Datenbrille soll zunächst beispielhaft an Arbeitsplätzen in der Elektronik-Fertigung erforscht und demonstriert werden. Drei Szenarien werden dabei genauer untersucht: der Einsatz in der Kommissionierung und Logistik, das Rüsten von SMD-Bestückungsautomaten sowie die visuelle Geräteprüfung. Als smarte Anwendungen stehen dabei u. a. die Arbeitserleichterung durch berührungslose Interaktion und die Unterstützung bei schwierigen Aufgaben durch Einblendungen im Mittelpunkt. Langfristig sollen die im Projekt entwickelten Technologien, Tools und Methoden branchen- und geräteübergreifend (also auch für andere AR- und Wearable-Anwendungen) einsetzbar sein. Mögliche weitere Einsatzbereiche sind etwa die Gesundheits- und Pflege-Service- Unterstützung.

Konsortialpartner

Siemens AG (Konsortialführer); Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA); DIOPTIC GmbH; Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP); Ubimax GmbH; UVEX Arbeitsschutz GmbH