MASCHINEN LERNEN VERSTEHEN - 3D-Technologien für die Mensch-Maschine-Interaktion Strategiebericht 2020 - 3Dsensation
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MASCHINEN LERNEN VERSTEHEN 3D-Technologien für die Mensch-Maschine- Interaktion Strategiebericht 2020
Vorwort
S
eit dem Jahr 2013 arbeitet die Forschungsallianz 3Dsensation an der Herausforde-
rung, Durchbruchsinnovationen für eine sichere und effiziente Interaktion zwischen
Mensch, Maschine und Umwelt zu entwickeln.
Für das Gelingen des Vorhabens wurde von Anfang an ein starkes Netzwerk von
Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft aufgebaut. So treffen bei 3Dsensa-
tion Experten aus dem Bereich der Physiologie, Ethik und des Rechts auf hoch qualifizierte
Technologen. Aktuell arbeiten 87 Partner interdisziplinär an benutzerfreundlichen und
anwendungsorientierten Lösungen für die Bereiche Gesundheit, Produktion, Mobilität und
Sicherheit und konnten bereits weitreichende Erkenntnisse gewinnen.
Dass die Arbeit von 3Dsensation wichtige Bedarfsfelder adressiert, zeigte sich am hohen
Medieninteresse sowie an der positiven Resonanz zu Messeauftritten. Auf der weltweit
größten Fachmesse für Consumer Electronic »CES« in LAS Vegas präsentierte 3Dsensation
Sensorsysteme aus den Graduierten- und Nachwuchsforschungsprojekten HyperSense und
3DSWIR, die durch ihren Neuheitsgrad und innovative technologische Ansätze überzeugen.
Weiterhin wurde das bisher erarbeitete Wissen aus der interdisziplinären Zusammenarbeit
der Allianz auch in der aktuellen Pandemiephase rund um COVID-19 genutzt, um zur Bewäl-
tigung der Corona-Krise beizutragen. So fand das Projekt „3DecontaminAid“, dass sich mit
der Entwicklung eines Demonstrators zur Desinfektion von Oberfläche mittels UV-Beleuch-
tung beschäftigt, Anklang beim Bundesministerium für Bildung und Forschung und wird mit
zusätzlichen Mitteln über einen Zeitraum von drei Jahren unterstützt.
Um die Erfolge von 3Dsensation an die Öffentlichkeit zu bringen erfolgte die Ausschreibung
zum Innovationspreis 2020. Fünf Vorhaben haben sich um die Produktion eines Image-Videos
beworben, das mittels professioneller Marketing-Begleitung entstehen und den Transfer der
Forschungsarbeiten in die Praxis und Verwertungsmöglichkeiten forcieren soll.
Wie können wir das Konsortium 3Dsensation in seinen etablierten Strukturen in unser Zu-
kunftsbild weiterführen? Diese Frage stellen sich Koordinierungsstelle, Beirat, Lenkungskreis
und natürlich auch das Ministerium für Bildung und Forschung seit Beginn des Jahres 2019.
Innerhalb eines internen Strategieprozesses wurden in Zusammenarbeit mit den Konsortial-
partnern konkrete Zukunftsthemen erarbeitet und Handlungsempfehlungen zusammengestellt
und im 3Dsensation Whitepaper – Die Zukunft der Forschungsallianz, Hand in Hand in die
Zukunft – Mensch-Maschine-Interaktion 2025 veröffentlicht.
Gemeinsam blicken wir auf die Zukunft der Mensch-Maschine-Interaktion. Die Erläuterung
zukünftiger Forschungsvorhaben der Allianz 3Dsensation soll dazu motivieren, notwendige
Schritte zu unternehmen, die eine weitere disziplinübergreifende Forschung ermöglichen.
Unser Dank gilt deshalb den Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft für die
aktive und rege Beteiligung an der stetigen Weiterentwicklung von 3Dsensation. Ebenfalls
möchten wir uns bei den Mitgliedern des Lenkungskreises und des Beirats für ihre langjährige
konstruktive Beratung bedanken.
Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 1
Inhaltsverzeichnis
$QDO\VHXQG0RQLWRULQJ '+DS7LVFK 74
1HR9LWDO- Kontaktlose Überwachung der Vitalparameter Neu- und Frühgeborener durch multispektrale 76
Erfolgsmonitoring - Befragung der Vorhabenleiter 2019 04 3D-Messung in Echtzeit
6WUDWHJLHSUR]HVV ,GHHQ,QYHQWLRQV,QQRYDWLRQVYRUKDEHQ ,3 3URMHNWH
Forschungsinfrastrukturen 06 +ROR6XUI- Visuelle 3D Oberflächenerscheinungen mittels mikro- und nanostrukturierter Schichtsysteme 80
+XPDQ0DFKLQH,QWHUDFWLRQ/DEV- HCD-Lab, Robo-Lab, Teching-Lab 08 7DNWLOHV)HHGEDFN',, - Taktiles Feedback für die berührungslose Gesteninteraktion 82
'7HFK/DE - Prüflabor für 3D-Technologien 12 89/$6 - Laserbasierte Stereophotogrammetrie zur Vermessung im UV-Bereich 84
Innovationspreis 2020 - Einleitung 14 (L0'- Wärmebildbasierter 3D-Scanner 86
',0L5- Interview mit Dr. Mohamad Bdiwi 16 0RPHQW - Interaktive Hygienestation 88
'.RV\PD- Interview mit Dr. Tilo Lilienblum 18 '*KRVW - Plenoptisches 3D Messsystem auf der Basis korrelierter Lichtstrahlen 90
'/LYLQJ/DE - Interview mit Martin Naumann 20 5DLQERZ' - Aktives Single-Shot-3D durch Spektralmultiplexing 92
)ROORZ0H - Interview mit Dr. Michael Kämpf 22 (QGR6' - Endoskopische, speckle-basierte 3D-Vermessung 94
5RWDWRU - Interview mit Dr. Andreas Bley 24 VV' - Single Sensor 3D++ 96
Maßnahmen zur Verstetigung von 3Dsensation 26 ',P+DSW - 3D Image to Haptic Device 98
9HUEXQGYRUKDEHQ 4XDOLIL]LHUXQJXQG1DFKZXFKVI|UGHUXQJ
1.Call &RPI\'ULYH - Integration von 3D-Fahrzeuginnenraum- und -umfelderfassung zur 34 Graduiertenforschungskolleg 102
Steigerung des Nutzererlebnisses beim hochautomatisierten Fahren
')DVW)HHGEDFN - Methoden zur ultraschnellen Detektion und Manipulation von ultrakurzen Lichtpulsen 104
1.Call F6R&' - Echtzeitfähige 3D-Datenverarbeitung auf kaskadierten, analog-digitalen 36
customized System on a Chip (cSoC)-Architekturen '*,0 - 3D Gesichtsanalyse für Identifikation und Mensch-Maschine Kommunikation 106
'00, - Anwendung optischer und textilbasierter Sensoren zur Detektion von Ermüdungs- und 108
1.Call 029$' - Multimodaler Omnidirektionaler 3D-Sensor für die Verhaltensanalyse von Personen 38
Stressparametern in ausgewählten Arbeitsszenarien
2.Call ($6
Erfolgsmonitoring
2XWSXWJU|HQLP-DKUHVYHUJOHLFK MHZHLOV6XPPHDOOHULP%HULFKWV]HLWUDXPODXIHQGHQ9RUKDEHQ
BEFRAGUNG DER VORHABENLEITER 2019
Anzahl NXPXOLHUW
Im Berichtszeitraum laufende Vorhaben 58 97 118 108 -
Veröffentlichte wissenschaftliche Publikationen 31 40 46 74 191
Vorträge und Präsentationen (3Dsensation-extern) 56 69 85 102 312
(Inter-)nationale Konferenz- und Messebesuche 46 53 97 102 298
S
Betreute wissenschaftliche Abschlussarbeiten 34 33 65 53 185
eit Juli 2020 befindet sich die Innovationsal- sich die Gelegenheit, die bislang in der gesamten
lianz im sechsten Jahr der vom Bundesminis- Innovationsallianz erreichten Fortschritte und Er- Neu gestellte Drittmittelanträge 33 24 23 25 105
terium für Bildung und Forschung bis Ende gebnisse übergreifend zu betrachten, aber auch Patentanmeldungen 1 6 9 10 26
2021 geförderten Umsetzungsphase des Programms Ansätze und Potenziale für die weitere erfolgreiche
„Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“. In Zusammenarbeit der 3Dsensation-Partner zu identi- u.a. Publikationen, Präsentationen oder Patentanmel- Etablierung gemeinsamer Forschungslabore, die Ent-
diesem Rahmen sind bislang 207 Forschungs- und fizieren. Zahlen, Einschätzungen und Hinweise aus dungen den Projekterfolg und die Leistungsfähigkeit wicklung neuer Technologien sowie die Erweiterung
Entwicklungsprojekte der Allianzpartner unterstützt den verschiedenen Teil- und Einzelvorhaben hierzu von 3Dsensation. Und auch die Zufriedenheit der der eigenen Kompetenzen bzw. des Leistungsportfo-
worden, von welchen inzwischen mehr als zwei liefert die jährliche Vorhabenleiterbefragung. Befragten mit der Mit- und Zusammenarbeit in der lios. Die branchenübergreifende Vernetzung eröffnet
Drittel abgeschlossen worden sind. Damit bietet Allianz über die jeweiligen Vorhaben hinaus liegt Kooperationspotenziale für neue Ideen und mit neuen
wie schon in den vorangegangenen Befragungen Partnern. Die Innovationsfähigkeit einer Vielzahl der
9RP%0%)JHI|UGHUWH)X(3URMHNWHLQGHU'VHQVDWLRQ8PVHW]XQJVSKDVH
Summe aus Einzel- und Teilvorhaben jeweils zum Stichtag 30. Juni (kumuliert)
auf hohem Niveau und konnte in weiten Bereichen Allianzpartner ist gestärkt worden. Gleichwohl wird
sogar noch erhöht werden. weiteres Potenzial vor allem in der Intensivierung
250
des verbundübergreifenden Austauschs gesehen.
Vorhaben gesamt Damit haben sich – zu einem Zeitpunkt kurz vor dem
200 Davon abgeschlossene Vorhaben ursprünglich geplanten Auslaufen der BMBF-Förde- Die Sicherung und der Ausbau der aufgebauten Inno-
150 rung zum Jahresende 2019 – die Wirksamkeit des vationsstrukturen und erreichten interdisziplinären und
Zwanzig20-Programmansatzes und die Umsetzung intersektoralen Zusammenarbeit noch stärker über die
100
der hieraus abgeleiteten strategischen Ziele von geförderten Vorhaben hinaus – und damit zugleich
50
3Dsensation grundsätzlich bestätigt. Als besondere die Sicherung der Nachhaltigkeit von 3Dsensation als
Erfolge aus der Mitarbeit in der Allianz nennen die Ganzes – ist nun die zentrale Aufgabe der nächsten
0
2016 2017 2018 2019 2020
Befragten z.B. die verbesserte Positionierung in der Jahre. Sie ist nur gemeinsam von den Partnern und
Quelle: Förderkatalog des BMBF, Stand: 14. August 2020 (eigene Darstellung) wissen-schaftlichen Gemeinschaft bzw. auf dem Mitgliedern der Innovationsallianz, dem Lenkungskreis
(nur Zwanzig20-Förderung; ohne Strategieentwicklung, Koordinierungsstelle, Labore) Markt, den Aufbau von Anwendernetzwerken, die und der Koordinierungsstelle zu meistern.
In der Befragung geben die Einzel- und Teilvorhaben- Teilvorhaben wurden Fragebögen versandt (Rücklauf- %HZHUWXQJGHU=XVDPPHQDUEHLWLQGHU$OOLDQ]'VHQVDWLRQLQVJHVDPW Q
leiter schriftlich Auskunft über den Arbeitsfortschritt quote 71,8%). Für 14 im Jahr zuvor abgeschlossene Zusammenarbeit in
und die erreichten Ergebnisse in ihren Vorhaben Vorhaben wurden Ergänzungen formlos abgefragt. 3Dsensation generell
und beurteilen die Mit- und Zusammenarbeit in Weitere 35 Vorhaben, die bereits bis Juni 2017 Interdisziplinäre und
der Innovationsallianz insgesamt. Die Befragung beendet worden sind, wurden nicht erneut in die intersektorale Zusammenarbeit
fin-det innerhalb des Erfolgscontrollings der Inno- Befragung eingeschlossen. Zusammenarbeit von
vationsallianz statt und wird seit 2016 jährlich im Wissenschaft und Wirtschaft
Die Befragungsergebnisse bekräftigen erneut die
Sommer/Herbst durchgeführt. Sie ist Teil der inter-
positive Entwicklung der Forschungsvorhaben wie Information und Austausch
nen Evaluation und gibt dem Lenkungskreis und in 3Dsensation generell
auch der Innovationsallianz insgesamt. Die Projekte
der Koordinierungsstelle wichtige Hinweise für das
verlaufen i.d.R. nach Plan, vereinzelte Verzögerungen Information durch Leitung
Monitoring, vor allem aber für die Weiterentwicklung und Koordinierungsstelle
durch z.B. Personalengpässe oder unerwarteten
der Strategie von 3Dsensation.
Mehraufwand werden durch kostenneutrale Laufzeit- Austausch zwischen den
Aktuell liegen die Ergebnisse der Befragung 2019 verlängerungen aufgefangen. Über die eigentlichen Allianz-Partnern
vor, welche sich auf den Berichtszeitraum von Juli Forschungsergebnisse hinaus unterstreicht der gegen- 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%
2018 bis Juni 2019 beziehen. Für 156 Einzel- und über den Vorjahren nochmals gesteigerte Output bei %HZHUWXQJQDFK6FKXOQRWHQ "sehr gut" und "gut" "befriedigend"
4 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 5
Vorwort
STRATEGIEPROZESS
Forschungsinfrastrukturen
HMI-Lab
HUMAN-MACHINE-INTERACTION LABS – LABORE ZUR
SIMULATION UND EVALUATION FÜR ANWENDUNGEN
DER MENSCH-TECHNIK-INTERAKTION
Quelle: TU Chemnitz, Dr.-Ing. André KaiserQuelle: TU Chemnitz, Dr.-Ing. André Kaiser
Quelle: Neuro-Informationstechnik OVGU-Magdeburg
emnitz
Labs der TU Ch
ell de s neuen HCD-
Virtuelles Mod
Bedingungen zu simulieren, und unter Einbezug
der Nutzer zu evaluieren und nutzerzentriert zu
Problembeschreibung
entwickeln sowie daran anknüpfend Maßnahmen
Aktuell werden innerhalb der Forschungsallianz zur Qualifizierung und zur Weiterbildung durch- Mobiler Roboter mit u.a. RGB-D-, Sonar- und Laser-Sensorik, sowie Mikrofon und Lautsprechern.
3Dsensation in verschiedenen Projekten spezifische zuführen. Zusammengesetzt sollen insgesamt drei Dazu ein Greifarm mit 5 Fingerhand. Zur Orientierung in einer unbekannten Umgebung wird ein
Fragestellungen für begrenzte Anwendungssze- SLAM-Verfahren angewendet, welches aus den Eingangsdaten der Sensorik eine Umgebungskarte
miteinander vernetzte Labore an den Standorten
erzeugt und gleichzeitig den Roboter in dieser zu lokalisiert.
narien untersucht und entwickelt. Eine beson- Chemnitz, Magdeburg und Jena entstehen. Diese
dere Rolle nehmen dabei Verfahren zur sensori- sollen sich sowohl synergetisch ergänzen, aber auch
schen Umgebungs- und Nutzererfassung sowie spezielle Charakteristika adressieren:
die Evaluierung von realitätsnahen Szenarien der
Mensch-Maschine Interaktion innerhalb kontrol- • So fokussiert sich das +XPDQ&HQWHUHG'HVLJQ Graduiertenschulen, wie beispielsweise das
lierter Laborumgebungen ein. Im Rahmen der +&' /DEGHU78&KHPQLW] auf die frühzeitige Deep-Learning Rechners soll genügend 3Dsensation-Graduiertenkolleg oder die
durchgeführten Bedarfsanalyse musste allerdings Erprobung von Anwendungskonzepten und Rechenkapazität geschafft werden, um auch Max-Planck-School of Photonics, erlaubt die
festgestellt werden, dass die derzeit vorliegenden Forschung an daran knüpfende Fragestellungen in Zukunft international konkurrenzfähig thematische Heranführung des akademischen
Labore und Aufbauten ausschließlich für spezifische zur Sicherstellung von menschbezogenen zu bleiben. Um den gleichzeitig weiter Nachwuchses an 3D-Technologien.
Situationen, d.h. mit einem klaren Projektfokus, Kriterien, wie der Usability, der Akzeptanz und steigenden Datenbedarf zu decken, soll eine
aufgebaut wurden. des Vertrauens. Mit neusten Technologien der Laborumgebung geschaffen werden, die eine Aktueller Stand und
Virtual Reality und Augmented Reality wird es multimodale Datenaufnahme in der Mensch- Nutzungsmöglichkeiten
Ziel des Vorhabens möglich, realitätsnahe Umgebungen virtuell Roboter-Kollaboration erlaubt. • Das Human-Centered-Design (HCD) - Lab
und immersiv für den Menschen zu simulieren,
Ziel des Vorhabens ist es daher, ein gesamtheit- • Im Rahmen des 7HDFKLQJ/DEVDQGHU)68-HQD der TU Chemnitz befindet sich aktuell noch
insbesondere im Kontext der Mensch-Maschine-
liches Simulations- und Evaluationslabor für die soll eine Infrastruktur entstehen, welche die im Aufbau. In diesem Rahmen werden drei
Interaktion.
3D-Mensch-Technik-Interaktion an der TU Chemnitz Möglichkeiten von 3D-Technologien zur Mensch- Labore der TU Chemnitz umgestaltet und für
sowie zwei inhaltlich daran anknüpfende Labore • Ziel des 5RER/DEVDQGHU2WWRYRQ*XHULFNH Maschine-Interaktion sowohl in die Gesellschaft den neuen Einsatz als HCD-Labor umgebaut.
für spezifische Anwendungsfälle, der Mensch-Ro- 8QLYHUVLWlW ist es, das bisher erarbeitete Wissen transferiert, aber auch Schulungen von Die beschaffte Ausstattung befindet jedoch
boter-Interaktion sowie der Aus- und Weiterbil- zu kanalisieren und in ein gemeinsames System Nachwuchswissenschaftlern und -ingenieuren schon in der kontinuierlichen Testung und wird
dung, an der OVGU Magdeburg und der FSU zur Mensch-Maschine- und Maschine-Maschine- erlaubt. Mit dem Teaching-Lab sollen neue somit auch schon in ersten Studien verwendet.
Jena aufzubauen. In den Laboren soll es möglich Interaktion zu integrieren. Die Erforschung Wege bei der Hochtechnologieausbildung Das Gesamtlabor wird voraussichtlich ab Ende
werden, die Anwendungsszenarien innerhalb der und Umsetzung von Methoden zur Mensch- gegangen werden. 3D-Technologie wird 2020 zugänglich sein.
Bedarfsfelder der Innovationsallianz 3Dsensation Maschine-Interaktion mittels künstlicher hierbei direkt im Laborkontext zugänglich und • Das Robo-Lab an der Otto-von-Guericke
und darüber hinaus unter möglichst realitätsnahen Intelligenz bedürfen großer Rechenkapazitäten nutzbar gemacht. Als offenes Labor mit enger Universität befindet sich noch im Aufbau
und großer Datenmengen. Mit Hilfe eines Anbindung an die Universität und die etablierten
8 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 9
Quelle: Neuro-Informationstechnik OVGU-Magdeburg
Quelle: FSU/LichtwerkstattJena
ung
jektvirtualisier
au m it 3D Scanner zur Ob ch ts) Be su ch er
(links) Au fb R Szenen. (re
dung in AR /V m und Hochlei
s-
für die Verwen im Reinrau
ellen Rundgang
bei einem virtu
r.
tungslaserlabo
und Geste-
enerkennung
SA für Person
e Roboter Ro
d kollaborativ
Stationäre un erkennung.
sowie Sprach
nerkennung
• Das Teaching-Lab an der FSU Jena wurde in Vernetzungsperspektive: Beteiligte Partner
den Räumen des Abbe Zentrum Beutenberg Mit dem Aufbau der entsprechenden Labore soll Professur Arbeitswissenschaft
in den Räumen des Fachgebietes Neuro- eingerichtet und befindet sich damit in und Innovationsmanagement -
eine Infrastruktur entstehen, welche mittel- und
Informationstechnik der Otto-von-Guericke Technische Universität Chemnitz
unmittelbarer Nähe zum Abbe Center of langfristig die Sichtbarkeit der Innovationsallianz Prof. Dr. Angelika C. Bullinger
Universität. Die im Rahmen des Projekts Photonics und dem Institut für Angewandte (Koordinatorin)
– insbesondere im Zusammenhang mit mensch-
beschafften Roboter werden teilweise bereits Physik der FSU Jena sowie dem Fraunhofer zentrierten optischen Systemlösungen für die Neuro-Informationstechnik -
in Betrieb für die Studien und Datengewinnung IOF. Die im Rahmen des Projekts beschafften Otto-von-Guericke Universität Magdeburg
Mensch-Maschine-Interaktion, gewährleistet. Prof. Dr.-Ing. habil. Ayoub Al-Hamadi
eingesetzt. Der Deep-Learning-Rechner wird Geräte und Werkzeuge werden teilweise
für das Training der größeren CCN und LSTM bereits für die digital unterstützte Aus- und Institut für angewandte Physik -
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Netze verwendet. Die angeschafften Geräte Weiterbildung eingesetzt. AR/VR Technologien Prof. Dr. Stefan Nolte
werden im zur Datengewinnung und Analyse für die praktische Ausbildung werden aktuell
in der RoSA-Studie eingesetzt, welche Fragen in Betrieb genommen und können ab dem Autor
der Mensch-Roboter-Interaktion durch Gestik Wintersemester getestet werden. Für den
und Mimik sowie Sprache zum Inhalt hat. breiten Einsatz dieser Technologien im Sinne der Dr.-Ing. André Dettmann;
Prof. Dr.-Ing. Ayoub Al-Hamadi;
Projektziele und insbesondere praxisbezogener Dr. Reinhard Geiss
Aus- und Weiterbildung werden Best-Practice
Beispiele erarbeitet, die einen effizienten Einsatz
der beschafften Infrastruktur ermöglichen.
10 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 11
3DTech-Lab
PRÜFLABOR FÜR 3D-TECHNOLOGIEN
Quelle: Fraunhofer IOF
Zeitlicher Ablauf des Beschaffungsvorgangs
unter Normalbedingungen und unter o.g. Um-
Quelle: Fraunhofer IOF
welteinflüssen.
Problembeschreibung
Alle Hersteller von optischen 3D-Sensoren und (LQGHUDUWLJXPIDVVHQGDXVJHVWDWWHWHV/DERULVW
die Forschungsinstitutionen haben Kalibrierlabore HLQ$OOHLQVWHOOXQJVPHUNPDOIUGLH9HUVWHWLJXQJ
und -hilfsmittel, die speziell auf die dort entwi- GHU$NWLYLWlWHQGHU$OOLDQ]'VHQVDWLRQ
Beispielfoto für eine Messszene zur Bewertung verschiedener 3D-Sensoren
ckelten 3D-Sensoren zugeschnitten sind, wobei
Das beantragte Labor mit der aufgeführten Aus-
die Messungen unter Standard-Laborbedingun-
stattung (s.u.) wird eine direkte weitere Koopera-
Quelle: arxgeometres.de, faro.com , wenglor.com, dias-infrared.de, vialux.de, campbellsci.de, gigahertz-optik.de, jeti.com,
gen erfolgen. Eine experimentelle Nachbildung
tion und Zusammenarbeit der Forschungspartner
der typischen Einsatz-/Umgebungsbedingungen
deutlich befördern.
erfolgt hierbei i.A. nicht, so dass deren Einfluss
baslerweb.com, cubert-gmbh.com, laser2000.de, infratec.de, thorlabs.com, bresser.de, universalrobots.de
auf die Sensor- und/oder Informationswiederga-
Aktueller Stand und 4. Serviceleistungen bei Lichtquellen- und Projek Beteiligte Partner
besysteme nicht bewertet werden kann. KMUs tionssystemcharakterisierung
sind aus Kostengründen i.A. nicht in der Lage, die
Nutzungsmöglichkeiten Fraunhofer IOF
5. Bereitstellung von technischer Kapazität zur Prof. Gunther Notni
dafür notwendige technische Systemausstattung Im Projekt wurden ca. 50 verschiedene Kom- Lichtquellencharakterisierung (Koordinator)
vorzuhalten. Ausgewählte Untersuchungen zum ponenten (Prüfanlagen und Infrastruktur) beschafft.
Der Aufbau des Prüflabor erfolgt am Fraunhofer
Einfluss von Einsatzbedingungen werden von der
Standort MEOS in Erfurt und wird im Oktober
Großindustrie in Fremdlaboren durchgeführt. beendet werden.
Ziel des Vorhabens Verwertungsperspektive
lDaher soll als Projektziel eine Infrastruktur in Form Das Prüfzentrum stellt seine Kapazitäten und
einer Laborlösung realisiert werden, die solche Möglichkeiten allen Allianzpartnern sowie weiteren
Untersuchungen mit qualifiziertem Fachpersonal Anwendern entgeltlich zur Verfügung.
ermöglicht. Dies kann in unterschiedlichen Formaten erfolgen:
Ähnliche/vergleichbare spezielle Labore wie das 1. Ser viceleistungen im Bereich Sensor-
beantragte Prüflabor sind nicht verfügbar. Das gilt charakterisierung:
insbesondere für Untersuchungen bzgl. Umweltein- 2. Bereitstellung der technischen Kapazität für
flüssen und anderen Einflüssen wie Beschleunigun- Sensorcharakterisierungen:
gen/Erschütterungen, aber auch für die Bewertung
3. Schulung und Beratung zu den Möglichkeiten
neuartiger Beleuchtungs- und Projektionssysteme der Sensorcharakterisierungen: Beispiele Komponenten im Prüflabor
12 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 13
STRATEGIEPROZESS
Innovationspreis 2020
Z
um Ende der Förderperiode von 3Dsensation soll das her-
ausragendste Projekt der Allianz mit dem Innovationspreis
2020 gekürt werden. Das Gewinnerprojekt erhält die Chance,
einen Werbefilm im Wert von 8.000 € zu produzieren. Das
Projektteam erfährt so Unterstützung im Transfer der Forschung in
die Praxis. Gleichzeitig wird die gemeinsame Arbeit der letzten Jahre
gewürdigt, und die Erfolge des Konsortiums können wirksam an die
Öffentlichkeit kommuniziert werden.
Der Wettbewerb fand auf der digitalen Innovationsplattform Cluster-
Feedback statt. Im Rahmen eines offenen Community Votings wurde
dazu eingeladen, auf Basis der Bewerbungsprofile zu entscheiden,
welches Projekt den Preis am meisten verdient. Das Ergebnis floss
anschließend in die Bewertung der Lenkungskreis-Jury ein. Prämiert
wird letztendlich das Projekt, das den größten Mehrwert für die Ge-
sellschaft sowie die Entwicklung der Mensch-Maschine-Interaktion
darstellt, einen hohen Neuheitsgrad sowie potenziellen Kundennutzen
aufweist, in der Umsetzung fortgeschritten ist und breite Absatz-
möglichkeiten verspricht. Die Bekanntgabe erfolgt im Herbst 2020.
Insgesamt fünf herausragende Projekte haben sich für den Preis
beworben. Im Rahmen des Wettbewerbs fanden Interviews mit den
Bewerbern statt, in denen über Hintergründe und Ziele der Projekte
gesprochen wurde. Auf den folgenden Seiten werden gemeinsam die
Erfahrungen der letzten Jahre im Konsortium rekapituliert und Wege
in die Zukunft beleuchtet.
Beteiligte Partner:
3DIMiR
INTERVIEW MIT DR. MOHAMAD BDIWI
Fraunhofer IWU, Abteilungsleiter Robotertechnik,
Verbundkoordinator 3DIMiR
Was waren die Startimpulse für das Was war ein herausragender Moment Wie begründen Sie die Bewerbung für und Robotik. All diese Punkte sorgen dafür, dass unser
Projekt? der Zusammenarbeit im Konsortium? den Innovationspreis 2020? Projekt viele Alleinstellungsmerkmale hat.
Beim Testen neuer Algorithmen bewegen sich Ro- Insgesamt hat uns das interdisziplinäre Team sehr ge- Wir haben das erste multi-sensorische Konzept für die
Wir werfen einen Blick in die Zukunft:
boter manchmal in unerwartete Positionen oder mit holfen. Da haben einige einen Sensorik-Hintergrund, Messung mentaler Zustände in einer realen Umgebung
unerwarteter Geschwindigkeit. Da kommen negative andere arbeiten im Bereich der Roboter-Technik und entwickelt. Vereint wurden sehr verschiedene Sen-
Aus „3DIMir“ ist eine erfolgreiche
Emotionen und Angstgefühle auf. Bei der Zusammen- wieder andere haben eher den Faktor Mensch im soren, die Informationen über beispielsweise Mimik, Innovation geworden. Was ist auf dem
arbeit von Mensch und Maschine steht die Sicherheit Fokus. Das Projekt vereint viele verschiedene Bereiche Hautwiderstand, Herzfrequenz und Sprache wahrneh- Weg dorthin passiert?
an erster Stelle. Die Effizienz soll jedoch nicht darunter und hat zu einem großen Wissenstransfer geführt. men. Mit den Daten können wir das Verhalten von Was noch fehlt, ist, vermehrt die Möglichkeiten zur
leiden. Um beides zu gewährleisten, ist Vertrauen Wir haben alle viel dazu gelernt. Ansonsten haben Menschen beschreiben und ihre komplexen mentalen Veröffentlichung unserer Ergebnisse wahrzunehmen.
unabdingbar. Daher ist unsere Fragestellung: Wie wir im Labor mit den Robotern viel erlebt. Mit der Zeit Zustände samt negativer und positiver Emotionen Wir streben noch einen Empfehlungsbrief an, der
können unerwartete Situationen in der Interaktion haben wir den Roboter mit seinen Algorithmen so gut wiedergeben. Die komplexe Versuchsreihe mit 150 vermittelt, wie eine Mensch-Roboter-Kollaboration
mit Robotern vermieden werden und wie kann das kennengelernt, dass wir jede Bewegung vorhersehen Versuchspersonen umfasste verschiedene Testsze- optimal gestaltet werden kann in Betracht von psycho-
Vertrauen zur Maschine gefördert werden? Es gab konnten. Wenn absehbar ist, was passiert, und das narien und ergab vielseitige Ergebnisse. Das von uns logischen Aspekten und einem Aufbau von Vertrauen
bereits einige Studien zu den mentalen Zuständen dann auch so kommt, gibt es keine Angstsituationen entworfene Kommunikationssystem ist neuartig und für eine möglichst reibungslose Interaktion. Es gilt
von Menschen während der Zusammenarbeit mit mehr. Es kommen keine negativen Emotionen mehr umfasst Feedback-Möglichkeiten über Beleuchtung weiterhin, Sicherheit und Effizienz zu kombinieren.
Maschinen. Die Daten beruhen jedoch auf subjektiver auf. Dieser Prozess war eine schöne Erfahrung. und Sprachfunktionen. In unserem Projekt haben wir
Berichterstattung, die Erfahrungen wurden erst im verschiedene Disziplinen vereinen können: Informatik, Nähere Informationen zum Vorhaben finden Sie auf
Nachhinein wiedergegeben. Daher stimmen sie nicht Was war eine Hürde, die im Projekt Sensorik, Design, Psychologie, Arbeitswissenschaft Seite 64.
unbedingt mit der Realität überein. Es ist schwierig, gemeistert werden musste?
Emotionen rückblickend akkurat zu beschreiben. Wir
Wir hatten mehr als 150 Probanden, mit denen wir
wollten die mentalen Zustände der Menschen wäh-
verschiedene Tests gemacht haben. Die meisten
Quelle: 3DIMiR
rend der Interaktion mit Robotern objektiv messen
kamen ins Institut und wussten, da ist alles geregelt
und gleichzeitig die Angstsituationen dokumentieren,
und es gibt Sicherheitsmechanismen. Die Menschen
um die Angstfaktoren zu ermitteln. Darauf aufbauend
wissen, dass da nichts passieren wird. Da kommt dann
können die Kommunikationssysteme der Roboter
das Thema „Over-Trust“ ins Spiel. Das war für uns
optimiert werden, die den Menschen informieren
dann eine Herausforderung, dass überhaupt negative
oder vorwarnen können.
Emotionen gemessen werden können.
16 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 173DKosyma
INTERVIEW MIT DR. TILO LILIENBLUM
INB Vision AG, Leiter Entwicklung,
Verbundkoordinator 3D-Kosyma
Was waren die Startimpulse für das Gibt es einen herausragenden fehlerfrei zum Laufen zu bringen. Das ist ein langer Mit Blick in die Zukunft: Aus dem
Projekt „3D-Kosyma“? Moment in der Zusammenarbeit des und komplexer Prozess. Wenn verschiedene Module Projekt ist eine erfolgreiche Innovation
und Denkweisen der Partner verbunden werden
Es gab im Rahmen von 3Dsensation eine Veran- Konsortiums? geworden. Was ist auf dem Weg
sollen, ist das eine schwierige Aufgabe. Der Ablauf
staltung, bei der alle Partner anwesend waren. Da Die Treffen, bei denen die Demonstratoren erstmals dorthin passiert?
ist nicht vorhersehbar und lässt sich schlecht planen.
haben sich die Teilnehmenden in losen Gesprächen funktioniert haben, sind natürlich als sehr positiv im Die Koordination ist eine große Hürde in solchen Die Stabilität und die Benutzerfreundlichkeit wurden
getroffen. In solch einem Austausch hat sich auch Kopf geblieben. Solche Momente, in denen es endlich Kooperationsprojekten. Das braucht viel Geduld und optimiert. Nach Projektende muss der Demonstrator
die Idee für unser Projekt gebildet. Wir wollten eine funktioniert, nachdem man da lange gemeinsam dran Verständnis auf allen Seiten. auch von Leuten außerhalb des Entwicklungsteams
Verbindung von Maschine und Mensch schaffen. Es gearbeitet hat, sind schon herausragend. benutzt werden können. Die Anwendung muss mit
wurden wissenschaftliche Partner mit solchen aus
Wie begründen Sie Ihre Bewerbung für Bedienungsanleitung möglichst einfach sein, die
der Praxis in Verbindung gesetzt. Die entsprechen- Was waren Hürden im Projekt? Frustschwellen sollen gering sein. Die Stabilität muss
den Personen kamen bei uns aus dem Bereich der
den Innovationspreis 2020?
Eine Herausforderung war die Zusammenarbeit mit gesichert sein, alles muss einwandfrei funktionieren.
Produktion, so ist auch unser Fokus des Projekts auf Das Konsortium zielt ja auf innovative 3D-Technologien Das ist schon ein weiter Weg.
insgesamt neun Partnern. Im Projekt mussten mehrere ab, die den Menschen in den Vordergrund stellen.
den Anwendungsbereich zustande gekommen.
verschiedene Systeme und Module zusammengeführt Das Projekt „3D-Kosyma“ befasst sich intensiv mit Nähere Informationen zum Vorhaben finden Sie auf
werden. Es ist schon schwierig, ein Modul alleine genau dieser Schnittstelle zwischen Mensch und Seite 60.
Maschine. Das Ziel ist eine Symbiose von den beiden
Seiten, sodass die momentanen Vorteile einer Ma-
schine mit den Fähigkeiten des Menschen kombiniert
werden können. So können Menschen körperlich
und auch kognitiv entlastet werden. Aber auch die
Maschine lernt vom Menschen und wird durch den
Erfahrungsschatz und die Intuition des Menschen
positiv bereichert.
Welche Verwertungsperspektiven
gehen aus dem Projekt heraus?
Der Demonstrator steht bereits bei einer Firma und
wird in der Praxis erprobt. Nach Beendigung des
Projektes beginnt die Umsetzungsphase. Da fehlen
noch die entsprechende Software sowie Hardware,
um aus der Idee ein letztendliches Produkt zu ma-
chen. Mit dem Ende der Förderung ist das Projekt ja
Quelle: 3DKosyma
nicht zu Ende, dann geht es eigentlich erst richtig los.
Vorstellen können wir uns auch eine Anwendung im
Quelle: 3DKosyma
Consumer-Bereich oder der Medizin. Das sind jedoch
Felder, in dem wir uns jedoch nicht auskennen. Da
bräuchten wir zusätzliche Partner, für die wir natürlich
offen sind.
18 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 193DLivingLab
Quelle: 3DLivingLab
INTERVIEW MIT MARTIN NAUMANN
Fraunhofer IWU, Wissenschaftlicher Mitarbeiter,
Quelle: 3DLivingLab
Verbundkoordinator 3DLivingLab
Was waren die Startimpulse für das bearbeitung und Kommunikation untereinander haben
Projekt? sehr gut funktioniert. Das spiegelt sich letzten Endes
auch in den zwei Demonstratoren wider, mit denen
Quelle: 3DLivingLab
Grundlegend für die Allianz 3Dsensation waren zwei wir sehr zufrieden sind. Eine weitere Zusammenarbeit
Aspekte: Zum einen sollte für Entwicklungsprojekte über das aktuelle Projekt hinaus ist gut vorstellbar.
eine Demonstrator-Plattform geboten werden, um
Quelle: 3DLivingLab
deren Ergebnisse medienwirksam zu präsentieren.
Was war eine Hürde, die im Projekt
Zum anderen sollten in gemeinsamen Vorhaben
verschiedene Technologien vereint werden. Darauf
gemeistert werden musste?
aufbauend sind bei uns zwei Dinge entstanden: Die Bei beiden Demonstratoren war das die Beschaffung
interaktive Kugelwand, die mithilfe von 3D-Daten auf und Umsetzung der Komponenten. Das Design der
Menschen reagiert, und der Roboter-Aktor, der über einzelnen Komponenten sowie der Gesamtdemons- Anwendungsfeld stark im Fokus. Mit unseren Entwick-
eine 3D-Kamera Spielzüge von Menschen erfasst tratoren war mit sehr viel Aufwand und Zeit ver- lungen können beispielsweise Be- und Entladungen
beitung der 3D-Daten mussten schnelle Algorithmen
und wiederholt. Andere 3D-Sensoren und -Aktoren bunden, da hätten wir uns noch bessere Ergebnisse automatisiert werden. In Richtung der Bahnplanung
entwickelt werden, damit eine latenzarme Reaktion
können dort mit integriert werden. gewünscht. Vor allem aufgrund der Wirtschaftlichkeit von Roboter-Bewegungen sowie der Interaktion
der Demonstratoren möglich wurde.
sowie der Mobilität, z. B. für Messeauftritte, mussten zweier Roboter ist noch viel vorstellbar. Neben dem
Was war ein herausragender Moment einige Abstriche gemacht werden. Auch in Bezug auf Einsatz direkt als Bearbeitungsmaschine kann der
die Steuerung gab es Schwierigkeiten, da viele der Wie begründen Sie die Bewerbung für Roboter aufgrund des großen Arbeitsbereichs zum
der Zusammenarbeit im Konsortium?
Technologien, die mit integriert wurden, noch in der den Innovationspreis 2020? Beispiel auch für Qualitätsprüfungen Einsatz finden.
Die Zusammenarbeit war insgesamt sehr positiv. Wir Anfangsstufe der Entwicklung steckten. Daher gab es Wir wollen unsere Forschungsergebnisse noch sicht- Der große Handlings-Bereich sowie die numerische
haben viele verschiedene Partner im Projekt aus den manchmal zeitliche Probleme. Hinsichtlich der Verar- barer machen und zeigen, was damit möglich ist und Bahnplanung ermöglicht ein automatisiertes Abras-
verschiedensten Bereichen. Die gemeinsame Projekt-
wofür die Technologien nutzbar sind. Das Potential tern großer Bauteile mittels 2D- und 3D-Sensorik,
Quelle: 3DLivingLab des Projekts liegt in der modularen Herangehenswei- wenngleich die 3D-Sensorik gegenwärtig noch nicht
se: Viele der technologischen Komponenten können für alle Prüfaufgaben geeignet ist.
auch einzeln demonstriert und verwendet werden.
Die Sensoren können also ausgetauscht werden. Es Wir werfen einen Blick in die Zukunft:
ist auch eine Kopplung mit VR-Steuerung möglich. Aus „3DLivingLab“ ist eine erfolgreiche
Unsere Roboter haben die Besonderheit, dass sie direkt Innovation geworden. Was ist auf dem
mit numerischen Steuerungen betrieben werden. So Weg dorthin passiert?
berücksichtigen wir beispielsweise auch das Thema
Werkzeugmaschine, und es wird eine flexible Nutzung Die 3D-Sensorik muss in den Punkten der Auflösung
in verschiedenen Anwendungsfeldern möglich. und Bildaufnahme noch optimiert werden. Die Ent-
wicklung der genauen Positionierung der Roboter
kann auch noch verbessert werden, sodass zum
Inwiefern sind auch verschiedene
Beispiel auch Bearbeitungsprozesse wie Fräsarbeiten
Verwertungsperspektiven denkbar?
mit hoher Bahn- und Konturgenauigkeit möglich sind.
Das Projekt dient als Plattform für die vergangenen Die Roboter sollen noch steifer und genauer werden.
und auch zukünftigen Entwicklungen. Mit dem Hin-
tergrund, dass der Roboter-Aktor eine numerische Nähere Informationen zum Vorhaben finden Sie auf
Steuerung beinhaltet, sind Werkzeugmaschinen als Seite 72.
20 / 3Dsensation
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20 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 21FOLLOWme
INTERVIEW MIT DR. MICHAEL KÄMPF
iFD GmbH, Research Manager,
Verbundkoordinator FollowMe ILS
Quelle: FollowMe
Was waren die Startimpulse für Gibt es einen herausragenden
„FOLLOWme?“ Moment in der Zusammenarbeit des
Quelle: FollowMe
Wir haben überlegt, wie wir am besten in den Rah- Konsortiums?
men von 3Dsensation passen, ohne krampfhaft nach Das Highlight war natürlich, als am Ende das Fahr-
einem Projekt suchen zu müssen. Zuvor haben wir zeug stand. Wir haben erreicht, was wir erreichen
mit solch großen Konsortien die Erfahrung gemacht, wollten. Da sind wir auch wirklich stolz drauf. Unser
dass die Zusammenarbeit etwas schwer und träge Fahrzeug hat einen Folgemodus, mit dem er Personen
verläuft. Daher wollten wir nicht allzu viele Partner. hinterherfährt, es kann aber auch autonom fahren.
Getriggert wurde das Projekt im Wesentlichen durch Es kann mit dem Menschen kooperieren, aber auch
Quelle: FollowMe
die Universität in Chemnitz. Das, was wir uns dann autark arbeiten. Da gibt es aktuell keine Konkurrenz.
ausgedacht haben, war dann doch sehr umfangreich.
Deswegen sind wir dann in der ersten Förderperiode Was gab es für Hürden im Projekt?
direkt mit gestartet. Der Start hat sich dann leider
Die Sensorik war vorher noch nicht im praktischen
etwas verzögert. Wir hätten gerne in der letzten
Umfeld erprobt worden. Das war eine Herausfor-
Förderperiode noch die Überführung des Ganzen in
derung, dass die Sensoren dann auch reibungslos
die Anwendung durchgeführt. In dem Projekt war
funktionieren und das Fahrzeug eine Person korrekt etwas entwickelt und das musste zusammengebracht zen. Eigentlich gibt es in allen Anwendungsfeldern
sehr viel Forschungsvorarbeit notwendig, daher war
erkennen kann, um ihr zu folgen. Da wir vier Partner werden. Das haben wir gut gemeistert. Ich kann mich Querschnittbereiche, in denen wir das Fahrzeug plat-
absehbar, dass wir am Ende nur einen Prototypen
aus verschiedenen Richtungen sind, war die Kopplung nur positiv über das Konsortium äußern. Wir kannten zieren können. Auch als Lieferfahrzeug wäre unser
haben würden. Den haben wir bereits vorgestellt
der einzelnen Systeme auch eine Hürde. Jeder hat da uns vorher nur bedingt. Die Zusammenarbeit hat Produkt anwendbar. Die Logistik war bisher nur der
und sind damit auch sehr zufrieden.
wirklich sehr reibungslos funktioniert. Hauptanwendungsfall.
Wie begründen Sie Ihre Bewerbung für Wir werfen einen Blick in die Zukunft:
Quelle: FollowMe
den Innovationspreis 2020? Aus „FOLLOWme“ ist eine erfolgreiche
Wir sind der Meinung, dass unser Ergebnis etwas Innovation geworden. Was ist auf dem
ist, das vielseitig einsetzbar und bisher so in der Art Weg dorthin passiert?
einmalig ist. Das Fahrzeug hat viel Potential, um sich Noch arbeiten wir an dem Transfer in die Praxis und
in verschiedenen Bereichen durchzusetzen. Wir wa- auf andere Anwendungsfelder. Im Lager wurde das
ren von Anfang an eines der Leuchtturmprojekt des Fahrzeug bereits getestet, aber das muss nun noch
Konsortiums und haben unsere Ziele erreicht. Auf in den anderen Bereichen geschehen. Jedes Anwen-
unser Ergebnis sind wir sehr stolz. dungsfeld hat seine Besonderheiten. Es geht jetzt
darum, die Werbetrommel zu rühren und mit den
Was sind mögliche Anwendungsfelder? entsprechenden Personen in Kontakt zu treten. Wir
Gut vorstellbar ist eine Anwendung im Gesundheits- müssen die Bedarfe konkret ermitteln und Möglich-
wesen. Da wird bereits viel auf die Beine gestellt in keiten untersuchen. Da suchen wir momentan noch
Hinblick auf medizinische Transportfahrzeuge. Die nach Unterstützung.
können dann zum Beispiel Pflegemittel zum Patienten Nähere Informationen zum Vorhaben finden Sie auf
ans Bett fahren und so das Pflegepersonal unterstüt- Seite 22 im Strategiebericht 2019.
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2 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 23Rotator
INTERVIEW MIT DR. ANDREAS BLEY
MetraLabs GmbH, Co-Founder und Managing Director,
Verbundkoordinator Rotator
Was waren die Startimpulse für das Was war eine Hürde, die im Projekt Diese Ergebnisse konnten wir auf 7 internationalen Wir werfen einen Blick in die Zukunft:
Projekt? gemeistert werden musste? wissenschaftlichen Robotikkonferenzen publizieren Aus „Rotator“ ist eine erfolgreiche
und haben sie darüber hinaus auch auf zahlreichen
MetraLabs und das Fachgebiet Neuroinformatik und Ein geeignetes Kamerasystem zu finden, war eine Innovation geworden. Was ist auf dem
Anwenderkongressen und -messen vorgestellt. Au-
Kognitive Robotik der TU Ilmenau beschäftigen sich große Herausforderung: Für die Regallückenerkennung Weg dorthin passiert?
ßerdem bringen wir die Innovation noch „auf die
schon recht lange mit der Herausforderung, Roboter ist es wichtig, dass der Roboter gute Bilder von den Straße“: Wir haben gerade drei Piloten mit unserer Auch im Einzelhandel gibt es einen Digitalisierungs-
auf der Verkaufsfläche effektiv einzusetzen. Wir sind Regalen erstellt. Wir haben viel Zeit damit verbracht, Technologie in Hypermärkten in Frankreich und Por- trend. Der Roboter legt da mit seinen bisherigen
mit interaktiven Robotern gestartet und hatten als die geeigneten Modelle herauszusuchen, zu integrieren tugal am Start. Wenn diese erfolgreich sind, können Funktionen die Basis. In Zukunft wäre über eine Inven-
Mitglied der „METRO Future Store Initiative“ Inno- und zu bewerten. Ein anderer großer Punkt war die in den Folgejahren sehr viele solcher Roboter gebaut turarbeit hinaus auch das automatisierte Verräumen
vationslotsen in einem Real,- Markt im Einsatz. Dort Performance. Solche Roboter sind besonders hilfreich, werden. der Produkte in die Regale möglich. Auch dafür legen
wurden Innovationen für den Einzelhandel getestet. wenn der Markt besonders groß ist. Die Zeitspannen wir mit die Grundlage, denn unsere Roboter liefern
Dabei sind neue Ideen dafür entstanden, was mit für die Regalaufnahme sind jedoch sehr kurz, da der
Inwiefern sind auch andere die dafür notwendigen Daten.
Robotern in dem Kontext noch so gemacht werden Roboter nur bei geringer Kundenzahl effizient agieren
könnte. Eine Idee war die automatische Regallü- kann. Er muss deshalb idealerweise in ein bis zwei
Verwertungsperspektiven denkbar? Nähere Informationen zum Vorhaben finden Sie auf
ckenerkennung, also eine Prozessoptimierung im Stunden die wichtigsten Regale schaffen. Deshalb Die von uns entwickelten Technologien wie das au- Seite 46.
Einzelhandel durch den Einsatz von Robotern. In der haben wir viel Arbeit in die intelligente Regalaufnah- tonome Mapping eines Areals lassen sich auch bei
Zwischenzeit hatten wir bereits den Roboter TORY me gesteckt. Die andere große Herausforderung ist, fahrerlosen Transportsystemen einsetzen. So ist auch
entwickelt, der Bestandsaufnahmen mittels UHF-RFID dass sich solche Märkte häufig sehr stark wandeln. ein Technologietransfer auf die Industrie-Logistik gut
durchführen. Diese RFID-Tags sind jedoch noch nicht Es kommen Regale hinzu und es wird umgebaut. möglich.
überall vorhanden, vor allem nicht im Lebensmittelein- Das muss der Roboter selbstständig erkennen, um
zelhandel. Da bietet eine sensorische Erfassung der sich daran anzupassen. ht
on; Gesamtansic
Bestände eine tolle Alternative. Für diese Idee haben 3D -Rekonstruti
wir Forschungsmittel gesucht und sind darüber auf Wie begründen Sie die Bewerbung für
den Call von 3Dsensation gestoßen. den Innovationspreis 2020?
Die Allianz 3Dsensation hat ja zum Ziel, die Mensch-Ma-
Was war ein herausragender Moment
schine-Kommunikation zu revolutionieren. Innerhalb
der Zusammenarbeit im Konsortium? von ROTATOR konnten wir Schlüsseltechnologien zur
Ich finde es immer spannend, wenn man die Techno- Anwendungsreife entwickeln, die einen robusten,
logieentwicklung in einem Forschungsprojekt so weit skalierbaren und wirtschaftlichen Einsatz autonomer
bringt, dass sie ihre Performance im realen Einsatz un- mobiler Roboter ermöglichen in Umgebungen, die sich
ter Beweis stellen kann. Wir haben im Verbundprojekt Mensch und Roboter teilen. Das beinhaltet die 3D-Kar-
zwei funktionstüchtige mobile Roboterplattformen als tierung der Projektpartner SICK und TU Ilmenau, die
Prototypen mit entwickelt, die mit unterschiedlichen 3D-Hindernisvermeidung, die Kartierung sehr großer
technischen Ansätzen in einem mehrtägigen Feldtest Umgebungen, das autonome Remapping durch den
im EDEKA Sander in Ilmenau auf Akzeptanz durch Roboter bei Veränderung der Einsatzumgebung, die
den Projektpartner YOUSE getestet wurden. Dass das Personenerkennung und das Personentracking bis
dann alles so gut funktioniert hat, war definitiv ein hin zu einem „höflichen“ und akzeptierten Verhalten
Quelle: SICK AG
herausragender Moment. des Roboters in einer öffentlichen Einsatzumgebung.
24 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 25Verstetigung der
Allianz 3Dsensation
D
as Forschungskonsortium 3Dsensation kann gepasst. Fünf Handlungsempfehlungen wurden für 723+DQGOXQJVHPSIHKOXQJHQMensch-Maschine-Interaktion
auf sechs Jahre erfolgreiche interdisziplinäre die Mensch-Maschine-Interaktion für die natürliche für natürliche Zusammenarbeit in echten Lebensräumen
und intersektorale Zusammenarbeit zwischen Zusammenarbeit in echten Lebensräumen abgeleitet
Forschung und Industrie zurückblicken. Neben ers- sowie zukünftige Forschungsfelder definiert und im
ten Transfererfolgen in Form von Umsetzungen in Whitepaper „Die Zukunft der Forschungsallianz“
reale Anwendungen und Praxistests (beispielsweise veröffentlicht. 3. Entwicklung multimodaler
in den Verbundvorhaben: Rotator, 3D-Kosyma, Sensornetzwerke
Diese Zukunft der Forschungsallianz 3Dsensation 1. Ausbildung der nächs-
FollowMe) wurden eine Reihe an Demonstratoren
nach Ende der Förderperiode der BMBF Initiative ten Expertengeneration
auf Fach- und Publikumsmessen präsentiert (u.a. 4. Technologieintegration
„Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ steht von Sensorik, Robotik und
aus den Vorhaben 3DLivingLab, NeoVital, 3DS- 2. Disziplinübergreifende
im Fokus der Koordinierungsstelle. Zur Fortführung Künstlicher Intelligenz
WIR); zusätzlich untermalt durch eine Vielzahl an Forschung und
der interdisziplinären Forschungsthemen und -Ar-
Patentanmeldungen und Ausgründungen. Die For- Zusammenarbeit
beitsgruppen auch nach Ende der Förderlaufzeit
schungsarbeiten in den Vorhaben wurden begleitet
werden verschiedene Ansätze erörtert.
durch Publikationen, Vorträge, Auszeichnungen
und Messeauftritte, wodurch eine entsprechende Bei den Projekten von 3Dsensation stehen die kon-
Sichtbarkeit und mediale Präsenz für 3Dsensation sumentenseitige Akzeptanz und die Benutzerfreund-
erzielt werden konnte. Herausragende technologische lichkeit der entwickelten Lösungen im Fokus. Der
Entwicklungen sind entstanden, die als Grundlage für 5. Szenarien einer natürlichen
starke Anwendungsbezug soll die grundlegenden und
neue Forschungsthemen und Zukunftstechnologien Zusammenarbeit im Alltag
technologieorientierten Arbeiten der vergangenen
dienen werden. Unter anderem wurden gemeinsame Jahre weiter voranbringen und real nutzbar machen.
Strategiekonzepte und gemeinsame Forschungslabore Die Verwertung unserer Forschungsarbeit sollte
erarbeitet, die infrastrukturelle Rahmenbedingungen somit einer der nächsten Schritte sein. Wie können
und Testumgebungen zur Verfügung stellen. Das perspektivisch neue Projektmittel zur Bearbeitung
entstandene interdisziplinäre Netzwerk zwischen der zukünftigen Forschungsthemen akquiriert, vor-
(ost-) deutschen KMU, Forschungseinrichtungen herrschende Forschungsergebnisse weiter vertieft
und Großunternehmen war und ist essentiell für und zur Verwertung gebracht und zusätzlich das nachhaltige Land- und Forstwirtschaft, Lebensmitte- wurden bereits vor zwei Jahren erste Gespräche mit
das Gelingen des Vorhabens und strebt auch wei- etablierte Netzwerk aufrechterhalten werden? lindustrie und Wertstoffverwertung für geschlossene der Forschungsvereinigung Feinmechanik, Optik
terhin an Kooperationsprojekte zur Entwicklung Stoffkreisläufe) kann somit die Forschungsarbeit im und Medizintechnik e.V. geführt, mit dem Ziel ins-
von innovativen optischen Technologien für die Der erste Ansatz der Koordinierungsstelle hierzu Programm „WIR! – Wandel durch Innovationen in der besondere die Verwertung der FuE-Arbeiten durch
Mensch-Maschine-Interaktion zu er- und bearbeiten. bestand darin sich mit ausgewählten Konsortial- Region“ für weitere drei Jahre fortgesetzt werden. Anschlussprojekte zu ähnlichen Rahmenbedingun-
partnern in kleinen Clustern an aktuellen thematisch gen zu ermöglichen. Dies ist der zweite Ansatz die
Der seit 2014 fortlaufende Strategieprozess wurde passenden Ausschreibungen des BMBF zu beteiligen. Diese Schritte werden aktuell noch durch die be-
Arbeit des Konsortiums und auch den Verbund
in entsprechenden Workshops unter Beteiligung der So wurde mit Beteiligung von 13 Konsortialpartnern stehende Koordinierungsstelle der Allianz begleitet.
selbst in entsprechenden Strukturen zu verstetigen.
Konsortialpartner fortgesetzt und die strategischen das Projekt „Advanced Multimodal Imaging - AMI“ Um auch nach Beendigung der am Fraunhofer IOF
Die F.O.M. eignet sich aufgrund der gemeinsamen
Ziele der Allianz sind nun den Erfordernissen durch für das RUBIN-Programm erarbeitet. Im Bereich angesiedelten Koordinierungsstelle geeignete Maß-
Forschungsthemen und der Nähe zum BMWi für
neuste Entwicklung in den Anwendungsfeldern an- multimodale Bildgebung (Prozessketten für eine nahmen zu forcieren und unterstützend zu begleiten,
eine konstruktive Kooperation hinsichtlich der Um-
26 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 27setzung von Verwertungsprojekten basierend auf agieren und berät die Forschungseinrichtungen zu Projekten innerhalb der Vereinigung, wodurch sich
den bestehenden Forschungsergebnissen. möglichen Förderungen im Rahmen des IGF- und ein hohes Potenzial für neuen Netzwerke sowie
ZIM-Programms des BMWi. Auch Vorbegutachtung innovative Ideen ergibt.
Den 3Dsensation Konsortialpartnern wird die Mög-
der Projektanträge durch einen wissenschaftlichen
lichkeit geboten als Mitglieder der F.O.M. Projektideen Innerhalb dieser Verstetigungsansätze wird natürlich
Beirat sowie die Antragsstellung an sich werden für
zu entwickeln und IGF- oder ZIM-Fördermittel zur angestrebt, die Marke 3Dsensation zu erhalten. Denn
IGF-Projekt durch die F.O.M. als Forschungsvereini-
Umsetzung zu beantragen. Die Forschungsverei- die weitere Sichtbarkeit der Marke und somit Präsenz
gung innerhalb der AiF übernommen. Ergänzend
nigung würde hier im Bereich übergreifende Pro- der Ergebnisse aus sechs Jahren Forschungsarbeit
erhalten die Konsortialpartner so Zugang zu allen
jektkoordination (administrative Projektabwicklung) innerhalb der Allianz ist ein wesentlicher Bestandteil
der erfolgreichen Verstetigung des Konsortiums.
Die Allianz soll an der Gestaltung der Zukunft im
Bereich Mensch-Maschine-Interaktion beteiligt sein.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass nur durch eine
vertrauensvolle Zusammenarbeit der verschiede-
nen Disziplinen eine ganzheitliche Bearbeitung der
zukünftigen Forschungsthemen erfolgen kann. Mit
Hilfe der Verstetigungsansätze werden Weichen für
eine erfolgreiche Zukunft des Konsortiums gelegt,
die eine weitere disziplinübergreifende Forschung
ermöglichen sollen, in der Deutschland als starker
Innovationsstandort überzeugt und der Mensch für
die kommenden technologischen Herausforderungen
gerüstet ist.
28 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 29Vorwort
VERBUNDVORHABEN
1. Call
2. Call
3. Call
30 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 31VERBUNDVORHABEN
1. CallComfyDrive
INTEGRATION VON 3D-FAHRZEUGINNENRAUM-
UND -UMFELDERFASSUNG ZUR
STEIGERUNG DES NUTZERERLEBNISSES BEIM
HOCHAUTOMATISIERTEN FAHREN
ag erplatinen IR
Aufbau der Im
Ergebnisse
Problembeschreibung Für die 3D-Fahrzeuginnenraumerfassung wurde
Quelle: SQB GmbH
Die Veränderung der Fahrerrolle im hochautomati- ein System bestehend aus zwei plenoptischen
Quelle: AIM Micro Systems GmbH
sierten Fahren vom aktiven Lenker zum zunehmend Kameras und einem Musterprojektor entwickelt.
Für die Echtzeitdatenverarbeitung dieser stereos- Teilbildern, die
passiven Systemüberwacher wirft neue Fragen der Bild besteht aus
kopischen Anordnung wurde ein Sensor-System Ein plenoptisches ng esetzt werden
Mensch-Technik-Interaktion auf: zusam me
anschließend
entwickelt. Die informationsverarbeitende Einheit
• Wie interagiert das automatisierte Fahrzeug mit
dient neben der Bildübertragung auch zur Synchro-
anderen Verkehrsteilnehmern?
nisierung der Kameras sowie den notwendigen
• Wie erkennt das automatisierte Fahrzeug, dass Vorverarbeitungsschritten, um aus den plenopti-
der Fahrer weiter in der Lage ist, bei Bedarf die
schen Einzelkanälen ein zusammengesetztes Bild
Fahrfunktion zu übernehmen?
zu rekonstruieren. Im Anschluss daran wurden die
• Wie kann sichergestellt werden, dass eine zusammengesetzten Bilder anhand des projizierten
automatisierte Fahrweise vom Fahrer bzw.
Passagier als komfortabel erlebt wird? Musters zu einer 3D-Punktewolke verrechnet. Diese
enthält die gewünschten 3D-Informationen des
Eine Grundfunktion zur Erfüllung dieser Anfor- Fahrzeuginnenraumes und des Fahrers. Das Optik-
derungen ist die maschinelle Wahrnehmung des design der jeweiligen Abbildungskanäle ist dabei Beteiligte Partner
Quelle: SQB GmbH
unmittelbaren Fahrzeugumfeldes und Fahrzeu- speziell an die jeweilige Blickrichtung angepasst. Technische Universität Chemnitz,
ginnenraums. Das automatisierte Fahrzeug muss Optisches Übersprechen zwischen benachbarten Interdisziplinäres Zentrum für
Fahrerassistenzsysteme
dabei nicht nur die unmittelbare Umgebung (z. B. Abbildungskanälen wird durch ein Crosstalk-Mo-
Prof. Dr. Angelika C. Bullinger-Hoffmann
Verkehrsschilder oder Fußgänger) erfassen, sondern dul verhindert. Beide Teilkomponenten müssen (Koordinatorin)
sollte zudem erkennen, ob der Insasse auf dem hochpräzise zueinander montiert und mit einem AIM Micro Systems GmbH Entwickelter Demonstrator mit den wesentlichen Teil-
Fahrersitz interessiert das Verkehrsgeschehen beob- speziellen Klebstoff fixiert werden. Dr.-Ing. Andreas Fischer baugruppen. Dazu zählen der plenoptische Sensorkopf,
achtet und sich bei vom Fahrzeug durchgeführten FusionSystems GmbH sowie das Basissystem mit Interface-Modul und Ener-
Manövern unwohl bzw. unkomfortabel fühlt. Nur Dr.-Ing. Ullrich Scheunert gieversorgung
so ist gewährleistet, dass die neue Technologie Fraunhofer IOF
dauerhaft von einer breiten Bevölkerungsschicht Prof. Dr. Gunther Notni
akzeptiert und genutzt wird. FORTecH Software GmbH
Dr.-Ing. Egmont Woitzel
SQB GmbH
Steffen Lübbecke
34 / 3Dsensation // Strategiebericht 2020 Strategiebericht 2020 // 3Dsensation / 35Sie können auch lesen
