Direkt zum Inhalt Direkt zur Navigation Kompetenzzentrum Wearable AI

Kompetenzzentrum

Wearable AI

Miniaturisierte Sensoren, die gro├če Leistung mobiler Prozessoren und die gro├če Akzeptanz mobiler Endger├Ąte erm├Âglichen ein weites Spektrum von Anwendungen mit Komponenten des Wearable Computing. Pulsmesser zeichnen die Herzfrequenz beim Laufen auf, Trackinganz├╝ge erm├Âglichen Bewegungsanalysen, messen die Leitf├Ąhigkeit der Haut und stellen unser Stressniveau fest, Schrittz├Ąhler f├╝r Wanderer oder Blutdruckmessger├Ąte, das sind nur einige Beispiele f├╝r Wearable Technologien die bereits heute eingesetzt werden. Der Bedarf an solchen Systemen zur Eigenkontrolle (Quantified Self) steigt stark.

Das neue Kompetenzzentrum "Wearable AI" b├╝ndelt die Forschungsaktivit├Ąten verschiedener DFKI-Forschungsbereiche und dient als gemeinsame Entwicklungs- und Kollaborations-Plattform. Es ist die zentrale Anlaufstelle f├╝r alle Projekte und Anwendungen am K├Ârper tragbarer Technologien. Es dient als Informationszentrale f├╝r internationale Wissenschaftler und Industriekontakte. Die konkreten Anwendungsszenarien in den Projekten kombinieren Ger├Ąte f├╝r den Endverbraucher mit  professioneller Spezialausr├╝stung zur High-Performance Analyse. Das Kompetenzzentrum ist eine einzigartige Demonstrationsplattform f├╝r die anwendungsorientierte Forschung. Die Mitarbeiter arbeiten in interdisziplin├Ąren und multinationalen Teams, deren technologisches Tiefenwissen aus den verschiedenen Disziplinen in die Entwicklung anwendungsnaher Prototypen einflie├čt. Physiker, Ingenieure und Informatiker arbeiten zusammen mit Designern, ├ärzten, Technikern oder Biologen. 

Die wissenschaftlichen Aktivit├Ąten  lassen sich in f├╝nf Themengebiete untergliedern:

  • Wearable System Design
    Die Entwicklung und das Design von Wearable-Systemen unterscheiden sich ma├čgeblich von der Herstellung herk├Âmmlicher mobiler Endger├Ąte. Der Einbau ber├╝hrungssensitiver Oberfl├Ąchen mit Touch-Interaktion ist oft nicht m├Âglich, Sensoren und andere Komponenten sind meist verteilt und das Software-Design ├╝ber 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 ├╝bertragen werden k├Ânnen. Im Kompetenzzentrum werden, unter Ber├╝cksichtigung der Benutzerakzeptanz, neue robuste und unauff├Ąllige Komponenten sowie ein spezielles Design f├╝r die unsichtbare Integration entwickelt.
  • Wearable Sensing
    Die M├Âglichkeit Ger├Ąte sehr nahe an verschiedenen K├Ârperteilen anzubringen er├Âffnet v├Âllig neue Konzepte: Von neuen Methoden zur Messung von Vitaldaten ├╝ber die Erkennung von Emotionen bis hin zu verschiedenen internen K├Ârperfunktionen. Unsere Sensing-Konzepte kombinieren die zuverl├Ąssige Messung und Extraktion von Informationen mit einer Vielzahl von Anforderungen f├╝r Wearables: Flexibilit├Ąt, 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├╝sselkompetenz des DFKI. Aktuelle Entwicklungen fokussieren auf neue kapazitive Sensoren f├╝r das Ern├Ąhrungsmonitoring, 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├če Menge an Daten. Diese m├╝ssen analysiert und verarbeitet werden, um ein interaktive R├╝ckmeldung zu erm├Âglichen. Im Unterschied zu Standardapplikationen auf dem Arbeitsplatzrechner wird dem mobilen Charakter der Wearable Technologien Rechnung getragen. Stromversorgung, Speicher- und Prozessorkapazit├Ąt sind limitierte Ressourcen, besonders wenn sie f├╝r den Langzeitbetrieb konzipiert werden.
    Aktuelle Forschungsthemen sind die robuste Aktivit├Ątserkennung, 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 tempor├Ąrer Verlust von Sensordaten konfrontiert.
  • Human Interaction
    Tragbare Endger├Ąte sammeln viele Daten ├╝ber ihre Benutzer. Bewegungsdaten, Informationen ├╝ber den aktuellen Standort oder Vitaldaten zur Gesundheitsanalyse sind nur einige Beispiele.  Systeme zur Online-Interaktion ben├Âtigen allerdings neue Kommunikationskan├Ąle. Heute sind bereits viele Wearable Technologien verf├╝gbar, beispielsweise am Kopf getragene Ausgabeger├Ąte (head-mounted displays), allerdings ist deren Akzeptanzrate noch sehr gering. Gegenstand der Forschungsarbeiten sind deshalb unaufdringliche Kommunikationskan├Ąle mit der M├Âglichkeit zur R├╝ckmeldung in Echtzeit, beispielsweise haptisches Feedback ├╝ber am K├Ârper verteilte taktile Aktuatoren oder Feedback ├╝ber Audiokan├Ąle. Gerade wegen der gro├čen 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├╝r den Kundenmarkt bis hin zum Langzeit-Monitoring f├╝r 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├╝r mobile tragbare Technologien orientieren sich am Bedarf der Nutzer sowie der optimalen Anpassung an spezialisierte Bed├╝rfnisse.


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├Ąhlte Bereiche sind: 

  • On-Body Analyse von Daten  f├╝r interaktives Feedback in Echtzeit (Physikalische ├ťbungen, Ergonomie, Workflow Assistenz).
  • Aktivit├Ątserkennung und Bewegungsanalyse.
  • Neue Sensorik-Konzepte.
  • Online und offline Visualisierung der gesammelten Daten. 
  • Entwicklung von integrierten smarten Textilien.
  • Entwicklung optimierter Software und Hardware f├╝r einen m├Âglichst geringen Stromverbrauch.
  • Hochpr├Ązise 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├╝r K├╝nstliche Intelligenz (DFKI) GmbH
Prof. Dr. Paul Lukowicz
Forschungsbereich Eingebettete Intelligenz
Trippstadter Stra├če 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