19.05.2017

Mit Blicken Computer steuern

Forschungsprojekt „M³S – moderne Mensch-Maschine Schnittstelle“ an der Hochschule Rhein-Waal entwickelt Kommunikationstechnologien

Im Mai 2017 startet das aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) geförderte Forschungsprojekt „M³S – moderne Mensch-Maschine Schnittstelle“ an der Hochschule Rhein-Waal. In den kommenden Jahren werden Prof. Dr.-Ing. Ivan Volosyak, Professor für Biomedizin und Engineering an der Hochschule Rhein-Waal und sein Team, gemeinsam mit den Projektpartnern der Polyoptics GmbH aus Kleve, der Universität Bielefeld, der helectronics GmbH aus Büren und der Mediablix-IIT GmbH aus Bielefeld im Rahmen des Kooperationsprojektes an Lösungsansätzen arbeiten, die eine Kommunikation zwischen dem menschlichen Gehirn und einem Computer ermöglichen.

Im Rahmen des Forschungsprojektes „M3S – moderne Mensch-Maschine Schnittstelle“ soll an neuen, innovativen Kommunikationstechnologien gearbeitet werden, die auf bereits bekannten Brain-Computer Interface (BCI) Technologien aufbauen. Dabei werden die Gehirnaktivitäten mit einem Elektroenzephalogramm (EEG) gemessen und mithilfe eines Brain-Machine Interface (BMI) in Echtzeit in Befehle umgewandelt. Auf diese Weise ist es auch Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen möglich, mithilfe eines Standard-BCIs einen Computer zu bedienen.

BMIs haben das Potential, sich in unterschiedlichen Branchen als unterstützende oder auch unterhaltende Technologie zu etablieren. Um solche Systeme noch robuster zu machen, deren Bedienung zu vereinfachen, sowie den Trainingsaufwand zu verringern, sollen mit dem Forschungsprojekt „M³S – moderne Mensch-Maschine Schnittstelle“ BMIs mit weiteren Technologien, wie beispielsweise der Augensteuerung kombiniert und ein speziell für das BMI-System konzipierten Bildschirm entwickelt werden. Dadurch soll dieser Technologie in verschiedenen Bereichen, von der Spieleindustrie bis hin zum Gesundheitsmarkt, zur Marktreife verholfen werden. Das Team um Prof. Dr. Ivan Volosyak, Professor für Biomedizin und Engineering an der Hochschule Rhein-Waal, spezialisiert sich auf BCIs und BMIs, die sich die normalen Aktivitäten des menschlichen Gehirns zunutze machen.

Auf herkömmlichen Bildschirmen werden mehrere visuelle Reize, beispielsweise mit verschiedenen konstanten Frequenzen blinkende Boxen, gleichzeitig und voneinander unabhängig dargestellt. Durch einfaches Betrachten einer bestimmten Box kann der Benutzer den gewünschten Befehl auswählen; denn beim Anschauen werden die Gehirnströme mit dieser Frequenz moduliert und die Auswahl mittels des aufgenommenen EEGs in Echtzeit als entsprechender Befehl klassifiziert.

Die Inhalte der Universität Bielefeld als Partnerin in diesem Forschungsprojekt, liegen hier im Bereich der ressourceneffizienten Verarbeitung der Signale zur Reduzierung der Latenz bei gleichzeitig möglichst präziser Berechnung. Ziel ist hier die Erhöhung der Benutzerakzeptanz und Bedienbarkeit. Darüber hinaus arbeitet die Universität Bielefeld an einer intuitiven grafischen Benutzeroberfläche und der Integration des Systems in ein SmartHome.

Die Polyoptics GmbH wird ausgehend von den Anforderungen der Signalverarbeitung sowie der medizinischen und rechtlichen Vorgaben ein Bedarfsprofil für die Anzeige erstellen. Dieses Profil wird im weiteren Verlauf des Projekts dann konkret umgesetzt, um eine optimale Darstellung der Inhalte sicherzustellen. Gleichzeitig müssen beliebige Frequenzen frequenzstabil dargestellt werden können, um eine höchstmögliche Signalqualität für die Verarbeitungssoftware bereitzustellen.

Die Mediablix-IIT GmbH setzt im Projekt die synchronisierte Aufzeichnung zwischen stationären und  mobilen EEG und Blickbewegungsmessungssystem um und liefert entsprechende Klassifikations- und Auswertungsverfahren für die aufgezeichneten Daten. Die Ergebnisse können nicht nur für die Online Umwandlung der gemessenen Daten unter Einbeziehung von Aufmerksamkeitsaspekten in Befehle zur Steuerung diverser Geräte (z.B. die Lautstärke eines Radiogerätes) verwendet werden, sondern auch dazu herauszufinden, welche Informationen in den jeweiligen Anwendungsszenarien für die einzelnen Testpersonen relevant oder schwer zu verarbeiten sind. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Systemoptimierung für unterschiedliche Nutzergruppen nach Gesichtspunkten der im jeweiligen Nutzungsfeld gemachten Erfahrungen.

Die helectronics GmbH wird federführend die elektronische Entwicklung und den Aufbau von Demonstratoren und Prototypen für das intelligente Panel übernehmen. Diese Aufgabe stellt hohe Anforderungen an die interdisziplinäre Kompetenz, da die Projektpartner mit ihren Produkten erfolgreich vernetzt werden müssen, die Qualität des Panels aber auch als einziger Aktor des Systems von gravierender Bedeutung für die erfolgreiche Funktion des Gesamtsystems ist. Ziel der Entwicklung ist die Ansteuerung des von der Firma Polyoptics entwickelten LED Arrays, welches bis zu 200 verschiedene Bereiche umfassen kann.

Die Entwicklung dieser modernen Mensch-Maschine-Schnittstellen für unterschiedliche Industriesektoren ist von großem Interesse. Vor allem die Unterhaltungs- und Spieleindustrie, aber auch die Automobilindustrie und Unternehmen des Gesundheitssektors können von solchen innovativen Technologien profitieren. Neben der handfreien Bedienung von Videospielen sind weitere denkbare Anwendungsszenarien, wie beispielsweise technische Unterstützung bei hauswirtschaftlichen Tätigkeiten, möglich.

Am Ende des Projekts soll ein hybrides Ansteuerungssystem entstehen, welches mit den neuesten tragbaren Technologien wie beispielsweise Google Glas, Microsoft HoloLens oder Oculus Rift, verwendet werden kann. Durch Kombination mit weiteren, bereits etablierten und marktreifen Innovationen, wie einem Augensteuerungssystem und den verbesserten Signalverarbeitungs-algorithmen, sollen in dem Projekt M³S die wesentlichen noch offenen Probleme der BMI-Technologie gelöst werden.

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