Direkt zum Inhalt Direkt zur Navigation Kompetenzzentrum Wearable AI

Kompetenzzentrum

Wearable AI

Miniaturisierte Sensoren, die große Leistung mobiler Prozessoren und die große Akzeptanz mobiler Endgeräte ermöglichen ein weites Spektrum von Anwendungen mit Komponenten des Wearable Computing. Pulsmesser zeichnen die Herzfrequenz beim Laufen auf, Trackinganzüge ermöglichen Bewegungsanalysen, messen die Leitfähigkeit der Haut und stellen unser Stressniveau fest, Schrittzähler für Wanderer oder Blutdruckmessgeräte, das sind nur einige Beispiele für Wearable Technologien die bereits heute eingesetzt werden. Der Bedarf an solchen Systemen zur Eigenkontrolle (Quantified Self) steigt stark.

Das neue Kompetenzzentrum "Wearable AI" bĂĽndelt die Forschungsaktivitäten verschiedener DFKI-Forschungsbereiche und dient als gemeinsame Entwicklungs- und Kollaborations-Plattform. Es ist die zentrale Anlaufstelle fĂĽr alle Projekte und Anwendungen am Körper tragbarer Technologien. Es dient als Informationszentrale fĂĽr internationale Wissenschaftler und Industriekontakte. Die konkreten Anwendungsszenarien in den Projekten kombinieren Geräte fĂĽr den Endverbraucher mit  professioneller SpezialausrĂĽstung zur High-Performance Analyse. Das Kompetenzzentrum ist eine einzigartige Demonstrationsplattform fĂĽr die anwendungsorientierte Forschung. Die Mitarbeiter arbeiten in interdisziplinären und multinationalen Teams, deren technologisches Tiefenwissen aus den verschiedenen Disziplinen in die Entwicklung anwendungsnaher Prototypen einflieĂźt. Physiker, Ingenieure und Informatiker arbeiten zusammen mit Designern, Ă„rzten, Technikern oder Biologen. 

Die wissenschaftlichen Aktivitäten  lassen sich in fĂĽnf Themengebiete untergliedern:

  • Wearable System Design
    Die Entwicklung und das Design von Wearable-Systemen unterscheiden sich maßgeblich von der Herstellung herkömmlicher mobiler Endgeräte. Der Einbau berührungssensitiver Oberflächen mit Touch-Interaktion ist oft nicht möglich, Sensoren und andere Komponenten sind meist verteilt und das Software-Design über mehrere Knoten gestreut. Das spezielle Augenmerk liegt auf der Planung und dem Zusammenbau der einzelnen Soft- und Hardwarekomponenten, insbesondere der Stromversorgung, dem Design der Software-Architektur, der Implementierung von Sensoren und Aktuatoren und deren Integration in die Textilien.
    Aktuelle Entwicklungen in diesem Bereich zeigen, dass die Erfahrungen der mobilen Entwicklung mit Smartphones nicht direkt auf den Bereich eingebetteter Textil-Systeme übertragen werden können. Im Kompetenzzentrum werden, unter Berücksichtigung der Benutzerakzeptanz, neue robuste und unauffällige Komponenten sowie ein spezielles Design für die unsichtbare Integration entwickelt.
  • Wearable Sensing
    Die Möglichkeit Geräte sehr nahe an verschiedenen Körperteilen anzubringen eröffnet völlig neue Konzepte: Von neuen Methoden zur Messung von Vitaldaten ĂĽber die Erkennung von Emotionen bis hin zu verschiedenen internen Körperfunktionen. Unsere Sensing-Konzepte kombinieren die zuverlässige Messung und Extraktion von Informationen mit einer Vielzahl von Anforderungen fĂĽr Wearables: Flexibilität, Tragekomfort, Gewicht, Stromverbrauch, Preis und die Toleranz von Bewegungsartefakten. Der Entwurf, das Design, die Implementierung und das Testen neuer tragbarer Sensoren ist eine wesentliche SchlĂĽsselkompetenz des DFKI. Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf neue kapazitive Sensoren fĂĽr das Ernährungsmonitoring, neue Magnetsensoren zur Erkennung von Bewegungen (Motion Tracking) und skalierbare textile Sensormatrizen. 
  • Daten Analyse
    Die Nutzung von eingebetteten verteilten Netzwerken von Sensoren und Aktuatoren generiert eine große Menge an Daten. Diese müssen analysiert und verarbeitet werden, um ein interaktive Rückmeldung zu ermöglichen. Im Unterschied zu Standardapplikationen auf dem Arbeitsplatzrechner wird dem mobilen Charakter der Wearable Technologien Rechnung getragen. Stromversorgung, Speicher- und Prozessorkapazität sind limitierte Ressourcen, besonders wenn sie für den Langzeitbetrieb konzipiert werden.
    Aktuelle Forschungsthemen sind die robuste Aktivitätserkennung, die personalisierte Verarbeitung von Daten, die umweltbewusste Fusion der Sensordaten und Benutzermodelle. Das Monitoring von Daten im Bereich der physikalischen und mentalen Gesundheit und verschiedene Systeme zur personalisierten Assistenz sind weitere wichtige Themen. Die neuen Systeme werden mit wichtigen Problemstellungen in den Bereichen Sicherheit, menschliche Akzeptanz und temporärer Verlust von Sensordaten konfrontiert.
  • Human Interaction
    Tragbare Endgeräte sammeln viele Daten ĂĽber ihre Benutzer. Bewegungsdaten, Informationen ĂĽber den aktuellen Standort oder Vitaldaten zur Gesundheitsanalyse sind nur einige Beispiele.  Systeme zur Online-Interaktion benötigen allerdings neue Kommunikationskanäle. Heute sind bereits viele Wearable Technologien verfĂĽgbar, beispielsweise am Kopf getragene Ausgabegeräte (head-mounted displays), allerdings ist deren Akzeptanzrate noch sehr gering. Gegenstand der Forschungsarbeiten sind deshalb unaufdringliche Kommunikationskanäle mit der Möglichkeit zur RĂĽckmeldung in Echtzeit, beispielsweise haptisches Feedback ĂĽber am Körper verteilte taktile Aktuatoren oder Feedback ĂĽber Audiokanäle. Gerade wegen der groĂźen Menge an aufgezeichneten Daten und den Informationen aus deren Analyse, liegt der besonderer Fokus unser Entwicklungen auf den Bereichen Benutzungsfreundlichkeit (Usabilty), Interaktionsdesign und kontextsensitiven multimodalen Benutzerschnittstellen. 


Anwendungen
Wearable Technologien bieten sehr viele verschiedene Anwendungen.  Sie reichen von einfachen Informationssystemen fĂĽr den Kundenmarkt bis hin zum Langzeit-Monitoring fĂĽr professionelle Benutzer. Der Bedarf an spezialisierten Applikationen  und dem spezialisierten Design von Wearable Systemen ist riesig. Es gibt viele verschiedene Anwendungsbereiche, die man anhand der spezialisierten Nutzung leicht identifizieren kann: Unterhaltung, Industrie, Gesundheit, Sport und Wissenschaft sind nur einige.  Die Entwicklung und Analyse fĂĽr mobile tragbare Technologien orientieren sich am Bedarf der Nutzer sowie der optimalen Anpassung an spezialisierte BedĂĽrfnisse.


Aktuelle Forschungsthemen 
Die aktuellen Forschungsarbeiten des Kompetenzzentrums beinhalten die Entwicklung  von Anwendungen des User Monitorings mit verteilten heterogenen Sensorsystemen, die Sammlung und Analyse von Daten und die Entwicklung von Interaktionskomponenten. Ausgewählte Bereiche sind: 

  • On-Body Analyse von Daten  fĂĽr interaktives Feedback in Echtzeit (Physikalische Ăśbungen, Ergonomie, Workflow Assistenz).
  • Aktivitätserkennung und Bewegungsanalyse.
  • Neue Sensorik-Konzepte.
  • Online und offline Visualisierung der gesammelten Daten. 
  • Entwicklung von integrierten smarten Textilien.
  • Entwicklung optimierter Software und Hardware fĂĽr einen möglichst geringen Stromverbrauch.
  • Hochpräzise Algorithmen und Anwendungen im Bereich Motion Tracking.
  • Indoor Lokalisationssysteme  zur Positionsbestimmung. 
  • Integration verschiedener Sensor-Typen: (EEG, EMG, Inertial, Visual, Capacitive).
  • Erkennung von Emotion und Stress. 



Leitung: Prof. Dr. Paul Lukowicz und Prof. Dr. Gesche Joost

Kontakt

Deutsches Forschungszentrum fĂĽr KĂĽnstliche Intelligenz (DFKI) GmbH
Prof. Dr. Paul Lukowicz
Forschungsbereich Eingebettete Intelligenz
Trippstadter StraĂźe 122
D-67663 Kaiserslautern
Deutschland
Telefon: +49 (0)631 / 205 75-4000
E-Mail: Paul.Lukowicz@dfki.de

Prof. Dr. Gesche Joost
Design Research Lab, Berlin University of the Arts
Einsteinufer 43
D-10587 Berlin
Deutschland
Telefon: +49 (0)30 / 8353-58341
E-Mail: info@drlab.org