Intelligente Sensorik am Körper – DFKI präsentiert Innovationen aus dem Bereich der Wearable Technologies auf der IFA

Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) präsentiert sich mit dem Forschungsbereich Eingebettete Intelligenz auf der diesjährigen IFA vom 31.08. bis 05.09. in Berlin. Auf dem Stand der internationalen Plattform Wearable Technologies (WT) zeigen die Wissenschaftler neuartige Ansätze und Konzepte für am Körper getragene Sensorik: So lassen sich anhand eines Armbandes mit kapazitativer Sensorik Freihandgesten, Bewegungen und Körperfunktionen, rein durch die Regung von Haut und Muskeln, präzise erfassen.

Ein weiteres Forschungsthema ist die Lokalisierung innerhalb von Gebäuden, dort wo GPS-Systeme nicht helfen können. Hier präsentiert das DFKI zwei neue Verfahren:
Die exakte Positionsbestimmung durch die Messung von Interferenzen in Magnetfeldern sowie ein Dead Reckoning-Verfahren, basierend auf der Kollaboration von Smartphone-Sensorik.

Ein wahrlich „olympiareifes“ Projekt beschäftigt sich mit der Sicherheit von Großveranstaltungen: Anhand von Smartphone-Apps wird die Bewegung von Menschenmengen visualisiert und durch direkte Kommunikation die Steuerung der Massen in sicherheitskritischen Situationen möglich. Unter anderem kam dieses System währende der Olympischen Spiele 2012 durch die Londoner Polizei zum Einsatz.

Auf dem Stand von Wearable Techologies dreht sich alles um innovative Produkte und Trends im Bereich der am Körper und in Körpernähe getragenen Technologien aus verschieden Marktbereichen. WT dient als Kommunikationsdrehscheibe für marktreife Produkte und Produktkomponenten aus den vier Technologiesegmenten Material, Sensoren, Kommunikation und Energie.

Wir freuen uns auf Ihren Besuch in Halle 11.1, Stand Nr. 3!
 

Erkennung verschiedener Personenaktivitäten durch kapazitive Sensoren 

Durch das Ersetzen des isolierenden Materials zwischen zwei leitenden Platten mit dem menschlichen Körper kann ein kapazitiver Sensor die Kapazität des direkt unter den Platten liegenden menschlichen Körpers erkennen. Ein solcher Sensor, bestehend aus 4 Kanälen, kann direkt in die Kleidung, wie zum Beispiel ein Armband, integriert werden. Bei der Ausübung von Hand- und Gelenkgesten wird der Sensor und die Haut in der Nähe des Handgelenks deformiert und somit eine Kapazitätsänderung hervorgerufen. Somit können Gesten wie zum Beispiel mit dem Finger "in die Luft geschriebene" Zahlen und Buchstaben sowie Alltagsgesten wie das Öffnen von Türen oder das Betätigen von Schaltern erkannt werden. Mit Hilfe eines Halsbandes können die Kopfposition, Kau- und Schluckvorgänge und Bewegungsaktivitäten erkannt sowie während einer Ruhephase die Atmung überwacht werden.

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SmartPhones: Kollaborative Positionsbestimmung innerhalb geschlossener Räume

„Inertial pedestrian dead-reckoning“ (PDR) ist eine Möglichkeit die Position von Personen zu bestimmen ohne weitere Infrastruktur wie GPS oder andere fixe "Indoor-Location" Systeme zu benötigen. Wir zeigen, dass die große Verbreitung von Handys dazu benutzt werden kann um PDR-Schätzungen in öffentlich zugänglichen Orten und Bereichen durch eine Zusammenarbeit von benachbarten Handys zu verbessern. Die Idee hier ist, dass wann immer sich zwei Nutzer nahe beieinander aufhalten, ihre Geräte den Abstand zueinander nützen können um das Ergebnis der eigenen PDR-Berechnung abzugleichen und anzupassen. In einem öffentlichen Bereich wird diese Verbesserung dann nicht nur diesen beiden Benutzer helfen sondern auch von allen genutzt werden können die ihnen in Zukunft begegnen und mit ihnen zusammen arbeiten. Für eine möglichst genaue Abstandsberechnung haben wir einen Algorithmus entwickelt, welcher unhörbare Geräuschmuster (Ultraschall) verwendet um genau zu bestimmen ob sich zwei Mobiltelefone innerhalb von wenigen Metern zueinander befinden. Beide Algorithmen (Inertial Navigation aus der Hosentasche und Ultraschall basierte Abstandsdetektion) werden in einer einzigen Applikation, welche „live“ auf einem Mobiltelefon laufen kann, kombiert.

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Positionsbestimmung in geschlossenen Räumen mit Hilfe eines Sensors zur Magnetfeldmessung

Das Lokalisierungssystem auf der Basis von oszillierenden Magnetfeldern ermöglicht eine 30 cm genaue 3D-Lokalisierung der tragbaren Empfangseinheit. Da die vom System erzeugten Magnetfelder Gegenstände und Mauern durchdringen, kann die Anzahl der nötigen Emitter, um einen bestimmten Bereich abzudecken, deutlich reduziert werden. Das Lokalisierungssystem besteht aus Transmitter- und tragbaren Empfangseinheiten. Die Transmitter erzeugen niederfrequente oszillierende Magnetfelder, die von den Empfangseinheiten zur Abstands- und Orientierungsbestimmung verwendet werden. Durch die Verwendung von 3D Transmitterachsen und 3D Empfangsspulen können der Abstand zu den einzelnen Transmittern und die absolute Position im Magnetfeld bis zu 100 mal pro Sekunde bestimmt werden. Die stationäre Transmittereinheit deckt dabei etwa 60 m2 ab. Eine tragbare Transmittereinheit kann am Körper befestigt werden, um zum Beispiel zusätzliche relative Positionsinformationen für eine Gestenerkennung zu liefern. Um die ermittelten Positions- und Ausrichtungswerte zu stabilisieren, werden integrierte Beschleunigungs- und Drehratensensoren verwendet.

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Mehr Sicherheit bei Großveranstaltungen durch Crowd-Monitoring – Einsatz bei den Olympischen Spielen in London

Große Menschenansammlungen bergen Risiken. Zum einen kann die Dynamik von Menschenmassen nur schwer erfasst werden, zum anderen lässt sich durch Sicherheitskräfte kaum direkt auf kritische Situationen reagieren und eingreifen. Den Ansatz für ein Verfahren, mit denen sich kritische Ausmaße von Menschenansammlungen erkennen und die Massen steuern lassen, liefert eine heutzutage allgegenwärtige Technologie: die Sensorik von Smartphones, die heute fast jeder mit sich trägt. Besucher einer Großveranstaltung nutzen eine App, welche ihre Positonsdaten anonymisiert übermittelt und sie zugleich mit Sicherheitsrelevanten Informationen versorgt. Die von den Nutzern auf freiwilliger Basis übermittelten Daten werden aggregiert und auf einer Karte visualisiert. Durch diese wird sichtbar, in welche Richtung und mit welcher Geschwindigkeit sich die Menschenmassen bewegen und wo Ansammlungen gegebenenfalls kritische Ausmaße erreichen. Durch derartiges „Crowd Monitoring“ lassen sich Risikosituationen frühzeitig erkennen und Veranstaltungsbesucher direkt informieren. Wenn das System beispielsweise einen Engpass erkennt, kann es per Push-Nachricht Ausweichmöglichkeiten empfehlen. mehr

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Kontakt:
Prof. Dr. Paul Lukowicz
Forschungsbereich Eingebettete Intelligenz
Tel.: +49 631 20575 2000

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