Direkt zum Inhalt Direkt zur Navigation Kompetenzzentrum Wearable AI

Kompetenzzentrum

Wearable AI

Miniaturisierte Sensoren, die gro√üe Leistung mobiler Prozessoren und die gro√üe Akzeptanz mobiler Endger√§te erm√∂glichen ein weites Spektrum von Anwendungen mit Komponenten des Wearable Computing. Pulsmesser zeichnen die Herzfrequenz beim Laufen auf, Trackinganz√ľge erm√∂glichen Bewegungsanalysen, messen die Leitf√§higkeit der Haut und stellen unser Stressniveau fest, Schrittz√§hler f√ľr Wanderer oder Blutdruckmessger√§te, das sind nur einige Beispiele f√ľr Wearable Technologien die bereits heute eingesetzt werden. Der Bedarf an solchen Systemen zur Eigenkontrolle (Quantified Self) steigt stark.

Das neue Kompetenzzentrum "Wearable AI" b√ľndelt die Forschungsaktivit√§ten verschiedener DFKI-Forschungsbereiche und dient als gemeinsame Entwicklungs- und Kollaborations-Plattform. Es ist die zentrale Anlaufstelle f√ľr alle Projekte und Anwendungen am K√∂rper tragbarer Technologien. Es dient als Informationszentrale f√ľr internationale Wissenschaftler und Industriekontakte. Die konkreten Anwendungsszenarien in den Projekten kombinieren Ger√§te f√ľr den Endverbraucher mit  professioneller Spezialausr√ľstung zur High-Performance Analyse. Das Kompetenzzentrum ist eine einzigartige Demonstrationsplattform f√ľr die anwendungsorientierte Forschung. Die Mitarbeiter arbeiten in interdisziplin√§ren und multinationalen Teams, deren technologisches Tiefenwissen aus den verschiedenen Disziplinen in die Entwicklung anwendungsnaher Prototypen einflie√üt. Physiker, Ingenieure und Informatiker arbeiten zusammen mit Designern, √Ąrzten, Technikern oder Biologen. 

Die wissenschaftlichen Aktivit√§ten  lassen sich in f√ľnf Themengebiete untergliedern:

  • Wearable System Design
    Die Entwicklung und das Design von Wearable-Systemen unterscheiden sich ma√ügeblich von der Herstellung herk√∂mmlicher mobiler Endger√§te. Der Einbau ber√ľhrungssensitiver Oberfl√§chen mit Touch-Interaktion ist oft nicht m√∂glich, Sensoren und andere Komponenten sind meist verteilt und das Software-Design √ľber 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 √ľbertragen werden k√∂nnen. Im Kompetenzzentrum werden, unter Ber√ľcksichtigung der Benutzerakzeptanz, neue robuste und unauff√§llige Komponenten sowie ein spezielles Design f√ľr die unsichtbare Integration entwickelt.
  • Wearable Sensing
    Die M√∂glichkeit Ger√§te sehr nahe an verschiedenen K√∂rperteilen anzubringen er√∂ffnet v√∂llig neue Konzepte: Von neuen Methoden zur Messung von Vitaldaten √ľber die Erkennung von Emotionen bis hin zu verschiedenen internen K√∂rperfunktionen. Unsere Sensing-Konzepte kombinieren die zuverl√§ssige Messung und Extraktion von Informationen mit einer Vielzahl von Anforderungen f√ľr Wearables: Flexibilit√§t, Tragekomfort, Gewicht, Stromverbrauch, Preis und die Toleranz von Bewegungsartefakten. Der Entwurf, das Design, die Implementierung und das Testen neuer tragbarer Sensoren ist eine wesentliche Schl√ľsselkompetenz des DFKI. Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf neue kapazitive Sensoren f√ľr das Ern√§hrungsmonitoring, 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 gro√üe Menge an Daten. Diese m√ľssen analysiert und verarbeitet werden, um ein interaktive R√ľckmeldung zu erm√∂glichen. Im Unterschied zu Standardapplikationen auf dem Arbeitsplatzrechner wird dem mobilen Charakter der Wearable Technologien Rechnung getragen. Stromversorgung, Speicher- und Prozessorkapazit√§t sind limitierte Ressourcen, besonders wenn sie f√ľr 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 Endger√§te sammeln viele Daten √ľber ihre Benutzer. Bewegungsdaten, Informationen √ľber den aktuellen Standort oder Vitaldaten zur Gesundheitsanalyse sind nur einige Beispiele.  Systeme zur Online-Interaktion ben√∂tigen allerdings neue Kommunikationskan√§le. Heute sind bereits viele Wearable Technologien verf√ľgbar, beispielsweise am Kopf getragene Ausgabeger√§te (head-mounted displays), allerdings ist deren Akzeptanzrate noch sehr gering. Gegenstand der Forschungsarbeiten sind deshalb unaufdringliche Kommunikationskan√§le mit der M√∂glichkeit zur R√ľckmeldung in Echtzeit, beispielsweise haptisches Feedback √ľber am K√∂rper verteilte taktile Aktuatoren oder Feedback √ľber Audiokan√§le. Gerade wegen der gro√üen 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 f√ľr den Kundenmarkt bis hin zum Langzeit-Monitoring f√ľr 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 f√ľr mobile tragbare Technologien orientieren sich am Bedarf der Nutzer sowie der optimalen Anpassung an spezialisierte Bed√ľrfnisse.


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. Ausgew√§hlte Bereiche sind: 

  • On-Body Analyse von Daten  f√ľr interaktives Feedback in Echtzeit (Physikalische √úbungen, Ergonomie, Workflow Assistenz).
  • Aktivit√§tserkennung und Bewegungsanalyse.
  • Neue Sensorik-Konzepte.
  • Online und offline Visualisierung der gesammelten Daten. 
  • Entwicklung von integrierten smarten Textilien.
  • Entwicklung optimierter Software und Hardware f√ľr einen m√∂glichst geringen Stromverbrauch.
  • Hochpr√§zise 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 f√ľr K√ľnstliche Intelligenz (DFKI) GmbH
Prof. Dr. Paul Lukowicz
Forschungsbereich Eingebettete Intelligenz
Trippstadter Straße 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