Neurokognition und Bewegung - Biomechanik
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Projekt Management

Prof. Dr. Thomas Schack
Dr. Kai Essig
Prof. Dr. Helge Ritter
Dr. Sven Wachsmuth
Dr. Arnd Rose

Kontakt

Dr. Kai Essig, Universität Bielefeld
(CITEC)
Telefon: +49 521 106-6057
Email: kai.essig@uni-bielefeld.de

Direkte Projekt Partner






Verbundene Projekt Partner











Multi-modales mobiles Assistenz- und Diagnostiksystem für die Mensch-Technik Interaktion (MTI) im demographischen Wandel ("Adaptive and Mobile Action Assistance in Daily Living Activities", ADAMAAS)

1.800.000 Euro
Anteil Uni Bielefeld 1.200.000 Euro

Generelles Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Erprobung eines kognitiven Assistenzsystems, um Menschen altersgerecht bei der Führung eines selbständigen und selbstbestimmten Lebens zu unterstützen. ADAMAAS ist deshalb kein stationäres, sondern ein mobiles mit-handelndes System. Umgesetzt werden soll es in Form einer intelligenten Brille (AR-Eyetracking-Brille, Abb. 1), die Techniken aus den Bereichen Blickbewegungsmessung (Eyetracking), Objekt- und Handlungserkennung (Computer Vision) und Erweiterter Realität (Augmented Reality) mit modernen Diagnose- und korrigierende Feedbackmethoden kombiniert. Auf dieser Basis wollen wir aufbauen, um zu verstehen, wie unterschiedliche Arten von Feedback und Hinweisen (textuell, visuell, Avatar basiert) benutzerspezifisch wirken, wie diese Hilfestellungen in Verbindung mit den AR-Eyetracking-Brillen von den entsprechenden Zielgruppen angenommen werden und sich das System optimal an den jeweiligen Benutzer adaptieren kann.


Abbildung 1: ADAMAAS stellt situations-, benutzer- und handlungsspezifisches Feedback in textueller, visueller oder avatar basierter Form auf einer transparenten virtuellen Ebene im Blickfeld des Benutzers dar.


Um eine altersgerechte, individuelle Assistenz in Alltagssituationen zu ermöglichen, werden in einem ersten Schritt kognitive Handlungsmuster des jeweiligen Nutzers diagnostiziert. Darauf aufbauend ist das System in der Lage, Probleme bei aktuellen Handlungsprozessen zu identifizieren und durch Feedback und adaptives Prompting den Nutzern die eigenständige Kontrolle von Alltagshandlungen zu erleichtern, i.e. durch Einblendung von situationsabgestimmten Hilfskommentaren- und hinweisen (siehe Abb. 1). Weiterhin können gezielt Lernprozesse induziert und die Aneignung neuer Handlungsmuster unterstützt werden. Abb.2 verdeutlicht das Grundprinzip: ADAMAAS erfasst die kognitiver Handlungsrepräsentationen des Nutzers (am Beispiel des Legohauses dargestellt) über ein Tablet-PC. Die dazu genutzte Methode ist in der kognitiven Psychologie etabliert und erfasst Gedächtnisstrukturen über eine hierarchische Zuordnungs- (Splitting) Prozedur. Eine alltagstaugliche AR-Eyetracking-Brille wird in einem darauffolgenden Schritt für die Erkennung aktueller Handlungsstrategien genutzt. Aus dem Vergleich mit der zuvor erfassten Gedächtnisstrukturen, den Ergebnissen der Objekt- und Handlungserkennung, sowie den gemessenen Blickbewegungen, können dann in Echtzeit Feedback und Hinweise ins Gesichtsfeld des Nutzers (i.e. auf der AR-Ebene) eingeblendet werden (siehe Abb. 1 und Abb. 2 rechts) ? z.B. Handlungsunterstützung oder das Lenken der Aufmerksamkeit.


Abbildung 2: Grundprinzip des ADAMAAS Systems: Erfassung der kognitiven Handlungsstruktur (links). Unterstützendes Prompting auf der AR-Ebene (rechts).


Der Eyetracking Spezialist SensoMotoric Instruments (SMI) entwickelt die zugehörige Hardware (siehe Abb 1). Die Universität Bielefeld, vertreten mit drei Arbeitsgruppen aus den Bereichen Sportwissenschaft, dem Exzellenzcluster CITEC (Cognitive Interaction Technology) und der Technischen Fakultät, bringt seine Expertise in den Bereichen Bildverarbeitung/Computer Vision, maschinelle Adaptions- und Lernverfahren, Messung und Anwendung von mentalen Repräsentationsstrukturen für Diagnostik und Bewegungsausführung, Feedback-Prompting, Augmented Reality (AR), künstliche Systeme, Charakteranimation, Mensch-Maschine Interaktion, User Experience, sowie der Sprachverarbeitung ein. Weitere Unterstützung erfährt ADAMAAS durch die Fakultät für Wirtschaftswissenschaften mit dem Institut für Technologische Innovation, Marktentwicklung und Entrepreneurship (iTIME) bei der Entwicklung eines Marketing- und Vertriebskonzeptes. Die Initiative "Bielefeld 2000plus - Forschungsprojekte zur Region" wird einen interdisziplinären Dialog zwischen Forschung und Vertreterinnen und Vertretern der Gesellschaft zum Thema "Intelligente Assistenzsystem für ältere Menschen" eröffnen und plant dafür einen eigenen Arbeitskreis einzurichten. Das Unternehmen Velamed GmbH - Medizintechnik und Biomechanische Konzepte entwickelt ein System zur ressourceneffizienten und robusten Aufnahme von Vitalparametern. Die v. Bodelschwinghschen Stiftungen Bethel, insbesondere proWerk Bethel und Altenhilfe Bethel, stellen ihre Expertise in Diagnostik, Handlungsassistenz und Inklusion zur Verfügung. Sie bieten durch den Schwerpunkt in der Pflege von alten und behinderten Menschen und die Eingliederung von beeinträchtigen Menschen ins Berufsleben eine gute Forschungsumgebung. Ein weiterer Partner ist die Hettich Holding GmbH und Co. oHG, die die Anwendung der Brille beim Erfassen und Unterstützen von Montageprozessen begleitet.

Ein besonderes Problem im Kontext technischer Assistenzsysteme ist der Umgang (Aufnahme und Speicherung) sensibler Daten. Deshalb haben wir diesem Punkt (Datenschutz und Datensicherung) besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die von ADAMAAS aufgezeichneten Daten sollen über gesicherte Datenverbindungen auf ein Host-System übertragen werden, das sich in der Wohneinheit befindet. Damit ist gewährleistet, dass keine fremde Person unberechtigten Zugriff auf die sensiblen Daten erhält, so dass diese nicht an anderer Stelle protokolliert und vermarktet werden können.


Insgesamt betrachtet geht es darum von einer Statusdiagnostik und stationären Systemen zu dynamisch-adaptivem Testen, potentialorientierter Handlungsunterstützung und einem mobilen Action-Monitoring System zu kommen, das in der Lage ist auf Handlungsfehler zu reagieren und neue Handlungsoptionen zu eröffnen.


Die Welt durch eine unterstützende Brille sehen
Pressemitteilung der Universität Bielefeld


Assistive Technologien in der Praxis - Bethel und Universität entwickeln intelligente Brille
Der Ring (Zeitschrift der v. Bodelschwinghschen Stiftungen Bethel) Januar 2016


References
Schack, T. (2012). A method for Measuring Mental Representation. Handbook of Measurement in Sport. Human Kinetics