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3D-Messtechnik und 3D-Sensorik vereinfachen gestenbasierte Interaktion

| Redakteur: Hendrik Härter

Mithilfe von 3D-Messtechnik und -Sensorik sowie einer Wand aus 150 Kugeln können Forscher ein Abbild der Körperbewegungen erzeugen. Das erfolgt in Echtzeit und ohne Berührung.

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Berührungsfreie Interaktion: Die 150 Kugeln am Demonstrator reagieren ohne Zeitverzögerung auf die Bewegungen der davorstehenden Person.
Berührungsfreie Interaktion: Die 150 Kugeln am Demonstrator reagieren ohne Zeitverzögerung auf die Bewegungen der davorstehenden Person.
( Bild: Fraunhofer IOF )

Die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine hängt wesentlich davon ab, wie schnell Informationen ausgetauscht werden. Für effiziente Abläufe muss die Maschine ohne Zeitverzögerung auf die Eingaben des Bedieners reagieren. Jetzt haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF aus Jena im Rahmen eines Forschungsprojektes Highspeed-3D-Messtechnik und -Sensorik entwickelt. Das Forschungsvorhaben 3D-LivingLab erfasst und steuert komplexe Bewegungen in Echtzeit.

Am Beispiel der gestenbasierten Mensch-Maschine-Interaktion haben die Forscher eine Wand aus 150 Kugeln gebaut. Diese kopiert jede Kopf-, Arm- und Handbewegung eines davorstehenden Menschen in 3D. Dabei formt die Kugelwand ein Abbild der Körperbewegungen. Sie reagiert in Echtzeit dreidimensional, berührungslos und verzögerungsfrei.

3D-Sensorik: Zwei Hochgeschwindigkeitskameras sowie ein Goboprojektor ermitteln die 3D-Daten der sich bewegenden Person.
3D-Sensorik: Zwei Hochgeschwindigkeitskameras sowie ein Goboprojektor ermitteln die 3D-Daten der sich bewegenden Person.
( Bild: Fraunhofer IOF )

150 Kugeln als Einzelaktoren

Das System setzt sich aus mehreren Modulen zusammen: 3D-Sensorik, 3D-Datenverarbeitung und Bildfusion sowie dem Aktorsystem – der Kugelwand aus 150 Einzelaktoren. „Hinter dem vermeintlichen Spielzeug steckt Cutting-Edge-Technik. Die 3D-Echtzeit-Erfassung und Steuerung multipler Gesten ohne Tracking-Sensoren kann Arbeitsabläufe radikal vereinfachen – von Produktionsszenarien bis zur Gesundheit und Sicherheit“, sagt Dr. Peter Kühmstedt, Wissenschaftler und Gruppenleiter am Fraunhofer IOF.

Das Demonstrator-System reagiert auf das Verhalten des Menschen, erfasst komplexe Bewegungen wie Gestik und körperliche Aktionen und gibt in Realtime ein Feedback durch technische Aktorsysteme, die die elektrischen Signale in eine Bewegung der Kugelwand umsetzen. Die Steuerung der Aktorik erfolgt durch die Körperhaltung. Für das System speziell entwickelte Algorithmen ermöglichen es, aus der menschlichen 3D-Bewegung eine Steuerung der Aktorik anzustoßen und damit die Bewegung der Kugeln auszulösen.

3D-Sensoren sind latenzarm

„Wir zeigen damit sehr schnelle Messtechnik – die Daten werden durch eine neue Generation von 3D-Sensoren aufgenommen –, sehr schnelle latenzarme Verarbeitung – die Daten werden sofort interpretiert und umgerechnet – und die schnelle Reaktion in Echtzeit – die Kugelwand spiegelt anhand der Berechnungsergebnisse sofort die Bewegung der davorstehenden Person“, erzählt der Forscher. In Produktionsumgebungen lässt sich die Technik beispielsweise einsetzen, um einen Werker zu überwachen, der mit einem Roboter interagiert und ihm Bauteile reicht.

Sie kann auch auf andere Anwendungsfelder wie die der Gesundheit und Sicherheit übertragen werden und die dortigen Abläufe sicherer und effizienter gestalten. Denkbar ist der Einsatz der 3D-Sensorik und der Interaktionskomponenten in Montageassistenz-, und Qualitätskontrollsystemen, sie qualifiziert sich zudem für die Überwachung biometrischer Zugänge.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Elektronikpraxis erschienen.

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