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13.03.2014

Sensation in 3D

Prof. Dr. Andreas Tünnermann, Institutsleiter Fraunhofer IOF

Prof. Dr. Andreas Tünnermann, Institutsleiter Fraunhofer IOF

Die Innovationsallianz 3Dsensation aus aktuell 20 Forschungsinstituten und 45 Unternehmen verfolgt das Ziel, die Interaktion von Mensch und Maschine grundlegend zu verändern. Prof. Dr. Tünnermann ist Sprecher von 3Dsensation sowie Leiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena und des Instituts für Angewandte Physik an der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

1. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hatte am 18.07.2013 die zehn Gewinner des Programms „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ bekannt gegeben. Das Konsortium „3Dsensation“ mit Ihnen an der Spitze gehörte dazu. Wie kommt man in den Genuss so eines „BMBF-Gewinns“?
Prof. Dr. Tünnermann: Der Mensch befindet sich in ständiger Interaktion mit seinem Lebensraum und seiner Umwelt. Vor allem der visuelle Sinn – also das Sehen – befähigt ihn zur Orientierung in unbekannter Umgebung, zur Erfassung komplexer Informationen und zwischenmenschlicher Kommunikation. Diese findet zum großen Teil nonverbal über Mimik, Gestik und Körpersprache statt. Unsere Fähigkeit, dynamische Bewegungsabläufe wahrzunehmen und sie mit Wissen und Erfahrungen zu verknüpfen, versetzt uns Menschen in die Lage, komplexe Umgebungsszenarien zu analysieren, Entscheidungsprozesse einzuleiten und entsprechend zu handeln.

Die Welt der Maschinen, der Roboter und technischen Systeme ist dabei fester Bestandteil unseres Lebensraums – und doch sind Barrieren und Ängste spürbar, hervorgerufen durch die Komplexität und Intransparenz der Systeme. Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine ist bislang weitestgehend auf die unnatürliche Nutzung von definierten Ein- und Ausgabemedien beschränkt.

Wir stehen heute vor der gesellschaftlichen Aufgabe, die Interaktion von Mensch und Maschine in unseren Lebens- und Arbeitswelten radikal und vor allem zum Nutzen des Menschen zu verändern. Die Allianz 3Dsensation verfolgt einen trans- und multidisziplinären sowie intersektoralen Ansatz. Sie bezieht Arbeits- und Kreativwissenschaften, Kognitions- und Neurowissenschaften, Natur- und Technikwissenschaften, Rechts- und Sozialwissen­schaften ein und kreiert so eine neue Generation von 3D-Technologien für die Mensch-Maschine-Interaktion. Die Bündelung von klein- und mittelständischen (KMU) sowie Groß­unternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zu einer Innovationsplattform bildet die komplette Wertschöpfungskette ab und generiert branchenübergreifende Synergieeffekte.

Mit dieser einzigartigen Konstellation an Kooperationen und Forschungsansätzen zur Herausbildung übergreifender Strukturen von Wirtschaft, Wissenschaft und Verwaltung haben wir das BMBF überzeugt.

2. Was sind die Ziele der Allianz „3Dsensation“?
Prof. Dr. Tünnermann: Die Innovationsallianz 3Dsensation verfolgt das Ziel, die Interaktion von Mensch und Maschine grundlegend zu verändern. Der Umgang des Menschen mit Maschinen und jeglichen technischen Systemen soll natürlicher und intuitiver, sicherer und effizienter gestaltet werden. Voraussetzung dafür ist die vollständige Anpassung der Mensch-Maschine-Interaktion an die Bedürfnisse und die Erfahrungen des Menschen.

3. Welche wichtigen Partner sind daran beteiligt?
Prof. Dr. Tünnermann: Am Konsortium 3Dsensation beteiligen sich aktuell 20 Forschungsinstitute. Die Innovationsallianz kooperiert mit über 45 Unternehmen aus den Branchen: Produktion, Mobilität, Sicherheit und Gesundheit. Die dadurch entstehenden "Cross Border Synergien" fördern die Innovationskraft und ermöglichen „3Dsensation“, eine schnelle Marktdurchdringung der neuen Technologien zu forcieren. So schafft die Allianz „3Dsensation“ sektorenübergreifende Durchbruchsinnovationen in 3D-Informationsaufnahme, -ver­arbeitung und -wiedergabe als Grundlage für eine zukunftsweisende, effiziente und sichere Interaktion von Mensch und Maschine in gesellschaftlich und ökonomisch bedeutsamen Bedarfsfeldern und Kernbranchen der deutschen Wirtschaft.

4. Auf welchen technologischen Grundlagen basiert Ihre „Sensation“?
Prof. Dr. Tünnermann: Zum Erreichen des strategischen Ziels wird in einem transdisziplinären und intersektoralen Forschungsansatz die Entwicklung einer neuen Generation von 3D-Technologien zur Bildaufnahme, Informationsverarbeitung und Visualisierung vorangetrieben. Integriert werden Forschungsarbeiten in den Kognitions- und Neurowissenschaften, Sozial- und Arbeitswissenschaften sowie den Kreativ- und Informationswissenschaften. Durch die matrixartige Struktur der Allianz findet sowohl eine wirksame Verlinkung von FuE-Themen als auch eine möglichst umfangreiche Nutzung von Synergiepotenzialen über die deklarierten Bedarfsfelder hinweg statt.

Aus technologischer Sicht geht es darum, dass Maschinen sowohl die räumlich statischen als auch die dynamischen Objekte in ihrer Umgebung erfassen, die Verhaltensweisen und Intentionen ihres Benutzers automatisch erkennen und ihre Reaktion darauf ausrichten. Gepaart mit jüngsten Forschungsergebnissen aus den Kognitionswissenschaften und dem Fortschritt in der Datenverarbeitung besteht die Chance, die Interaktion zwischen Mensch, Maschine und Umwelt zu revolutionieren. Diese Interaktion, aber auch intelligente Methoden zur Objekterfassung bzw. -erkennung sowie die Umgebungsmodellierung stellen völlig neue Herausforderungen an die zu entwickelnde 3D-Prozesskette und die darin enthaltenen Technologien.

Die Prozesskette umfasst drei Stufen: die 3D-Informationsaufnahme, die 3D-Informationsverarbeitung sowie die 3D-Informationsausgabe und Interaktion. Lösungsmöglichkeiten für die hochdynamische 3D-Erfassung sind aus heutiger Sicht – in Abhängigkeit der Anwendung und damit verbundener Parameter – verschiedene Sensorprinzipien, die eine Basis für Entwicklungen in der Allianz 3Dsensation darstellen. Zu nennen sind hier die aus biologischen Sehprinzipien abgeleiteten mikrooptischen Arraykameras Facet Vision und deren Anwendung als 3D-Kamerasysteme, Time of Flight-Kameras und 3D-Sensoren, basierend auf high-speed Musterprojektionsverfahren.

5. In welchen Bereichen soll „3Dsensation“ eingesetzt werden?
Prof. Dr. Tünnermann: In der Allianz „3Dsensation“ entstehen zukunftsfähige Lösungen für die industrielle Produktion, die Gesundheitsversorgung, die Mobilität und die Sicherheit.

In der Produktion ermöglicht „3Dsensation“ die Symbiose von Mensch und Maschine mit Hilfe von Robotern, die auf der Basis des 3D-Sehens eine sichere Umgebung für Menschen in Fertigungsprozessen gewährleisten.

Im Gesundheitsbereich erlaubt die dreidimensionale Informationsaufnahme und Visualisierung neue Formen der Diagnose und Therapie. Dies reicht von der frühzeitigen Erkennung altersbedingter Krankheiten bis hin zu Reha-Assistenten und Pflegerobotern mit neuen Funktionalitäten.

Für den Markt Mobilität ist die dreidimensionale Erfassung und Analyse der Aktivtäten des Fahrers wesentlich für künftige Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme. Durch gestenbasierte Kontrolle von Fahrerassistenzsystemen können sich Autofahrer besser auf die primäre Fahraufgabe konzentrieren – eine Voraussetzung für unfallfreies Fahren.

Im Bereich der Sicherheit erleichtert die Aufnahme und Auswertung räumlicher Informationen die Sicherung von Infrastrukturen, die Identifikation von Personen und die virtuelle Evaluation sicherheitsrelevanter Szenarien.

6. Welche dieser Märkte werden Sie zuerst adressieren. Wo ist der Bedarf am dringlichsten?
Prof. Dr. Tünnermann: Derzeit findet innerhalb der vier anvisierten Märkte eine Priorisierung statt. In der Strategiephase werden auf Basis durchzuführender Marktanalysen die aussichtsreichsten Segmente und Wachstumsfelder evaluiert.

7. Ende 2013 veranstaltete die Allianz „3Dsensation“ ihren ersten Strategieworkshop. Was waren die wichtigsten Erkenntnisse daraus.
Prof. Dr. Tünnermann: Mit über 90 Teilnehmern aus Wirtschaft und Wissenschaft war die Veranstaltung der erste große Schritt in die Strategiephase des Programms „Zwanzig20“ des BMBF. In vier verschiedenen Workshops wurden die wesentlichsten Bedarfe der Märkte Produktion, Gesundheit, Mobilität und Sicherheit eruiert und bewertet. Es konnten in allen adressierten Märkten vergleichbare rechtliche und technische Herausforderungen identifiziert werden, die bei der Entwicklung von geeigneten Lösungen vielfältige Synergieeffekte ermöglichen – hier gilt es prioritär anzusetzen.

Danke für das Interview.

Mehr Informationen:
ww.3d-sensation.de

Interviewer:
Hermann Straubinger
Dipl. Ing. Nachrichtentechnik
hs@comeeco.de

 
 
 
 
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