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Anforderungen an die Mensch-Maschine-Schnittstelle im Automobil auf dem Weg zum autonomen Fahren
(2017)
In den letzten Jahrzehnten haben immer mehr Fahrerassistenzsysteme Einzug in das Automobil gefunden und bereiten damit den Weg zu vollautonomen Fahrzeugen der Zukunft vor. So bieten bereits viele Hersteller Ausstattungsvarianten ihrer Fahrzeuge an, die für den Umstieg in die vollautonome Zukunft gewappnet sind. Um den Menschen mit auf den Weg zu nehmen, werden einige Anforderungen an die Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) des Automobils gestellt. Für die teilautonomen Fahrzeuge der nächsten Generation gilt es, den Fahrerwechsel zwischen manuellem und autonomen Fahren für die Menschen bestmöglich zu gestalten. Die Arbeit wirft einen Blick auf ausgewählte Ansätze für zukünftige MMS-Systeme und bewertet diese anhand der Übergabezeiten zwischen Mensch und Maschine. Ein Wandel der MMS im Automobil wird empfohlen, um den Menschen mit den neuen Technologien vertraut zu machen.
Integrierte Schaltkreise (IC) sind ein integraler Bestandteil vieler Geräte wie zum Beispiel Smartphones, Computer oder Fernseher. Auf den Schaltkreisen werden immer mehr Funktionen integriert. Um die Arbeit auch zukünftig in gegebener Zeit bewältigen zu können, bedarf es daher einer Möglichkeit für die gleichzeitige Zusammenarbeit der Entwickler. Unter dem Arbeitstitel eCEDA (eCollaboration for Electronic Design Automation) wird ein Konzept für eine Webanwendung entwickelt, die die Echtzeitkollaboration von Entwicklern im Chipentwurf ermöglichen soll. Dieses Konzept sowie verschiedene Aspekte der Kollaboration werden in dieser Arbeit behandelt.
Die Erholung unseres Körpers und Gehirns von Müdigkeit ist direkt abhängig von der Qualität des Schlafes, die aus den Ergebnissen einer Schlafstudie ermittelt werden kann. Die Klassifizierung der Schlafstadien ist der erste Schritt dieser Studie und beinhaltet die Messung von Biovitaldaten und deren weitere Verarbeitung. Das non-invasive Schlafanalyse-System basiert auf einem Hardware-Sensornetz aus 24 Drucksensoren, das die Schlafphasenerkennung ermöglicht. Die Drucksensoren sind mit einem energieeffizienten Mikrocontroller über einen systemweiten Bus mit Adressarbitrierung verbunden. Ein wesentlicher Unterschied dieses Systems im Vergleich zu anderen Ansätzen ist die innovative Art, die Sensoren unter der Matratze zu platzieren. Diese Eigenschaft erleichtert die kontinuierliche Nutzung des Systems ohne fühlbaren Einfluss auf das gewohnte Bett. Das System wurde getestet, indem Experimente durchgeführt wurden, die den Schlaf verschiedener gesunder junger Personen aufzeichneten. Die ersten Ergebnisse weisen auf das Potenzial hin, nicht nur Atemfrequenz und Körperbewegung, sondern auch Herzfrequenz zu erfassen.
Die meisten der aktuell im Allag vorfindlichen Touch-Flächen wurden unter Anwendung komplexer und kostenintensiver Technologien realisiert. Gerade für das Anwendungsszenario eines Touchfloors, bei welchem meist eine überdurchschnittlich große Touch-Fläche erwünscht ist, werden kostengünstigere Umsetzungsmöglichkeiten angestrebt. Dieses Paper dient als Ausgangsbasis für die Umsetzung eines Low-cost Touchfloors, der die kollaborative Arbeit eines Projektteams unterstützen soll. Mithilfe einer Analyse des State of the Arts der Touch-Technologien und einer anschließenden Evaluation, wird die Touch-Technologie abgeleitet, die sich am besten zur Realisierung dieses low-cost Touchfloors eignet. Aus der Evaluation geht hervor, dass vor allem optische Touch-Technologien, insbesondere visionsbasierte, für die Umsetzung von kostengünstigen großen Touch-Flächen geeignet sind.
OR-Pad - Entwicklung eines Prototyps zur sterilen Informationsanzeige am OP-Situs : meeting abstract
(2019)
Hintergrund: Oftmals werden Informationen aus der Krankenakte oder von Bildgebungsverfahren nur auf recht weit vom Operationsgebiet entfernten Monitoren, außerhalb der ergonomischen Sichtachse des Operateurs, dargestellt. Dies führt dazu, dass relevante Informationen übersehen werden oder ihr Informationspotenzial nicht ausgeschöpft werden kann. In Papierform mitgenommene Notizen befinden sich während der OP außerhalb des sterilen Bereichs und sind dadurch für den Operateur nicht ohne Weiteres zugänglich. Auch bei intraoperativen Einträgen für die OP Dokumentation ist der Operateur auf die Mithilfe der Assistenz angewiesen. Durch die zusätzlichen Kommunikationswege entstehen dabei ein personeller und zeitlicher Mehraufwand und das Fehlerpotenzial nimmt zu. Das anwendungsorientierte Forschungsprojekt OR-Pad - Nutzung von portablen Informationsanzeigen im Operationssaal - soll dem Operateur zu einem verbesserten Informationsfluss verhelfen. Die Idee entstand aus der klinischen Routine der Anatomie und Urologie des Universitätsklinikums Tübingen und wird nun durch Fördermittel vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg sowie vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung an der Hochschule Reutlingen zu einem High Fidelity-Prototypen weiterentwickelt.
Ziel: Ziel des OR-Pad Projekts ist es, während einer OP zum aktuellen Zeitpunkt klinisch relevante Informationen in unmittelbarer Nähe zum Operateur darzustellen. Mithilfe des Systems soll der Informationsfluss zwischen dem Eingriff sowie dessen Vor- und Nachbereitung optimiert werden. Der Operateur soll vorab relevante Informationen, wie aktuelle Röntgenbilder oder persönliche Notizen, zur intraoperativen Anzeige auswählen können, die dann am OP-Situs auf einer sterilen Informationsanzeige dargestellt werden. Durch die Positionierung soll eine ergonomische Sichtachse sowie die direkte Interaktion mit dem System ermöglicht werden. Kontextrelevante Informationen sollen basierend auf dem aktuellen OP-Verlauf durch die Entwicklung einer Situationserkennung automatisch bereitgestellt werden. Zur Optimierung des Informationsflusses gehört ebenfalls die Unterstützung der OP-Dokumentation. Für diese sollen während des Eingriffs manuell vom Operateur sowie automatisch vom System Einträge, wie Zeitpunkte oder intraoperative Aufnahmen, erstellt werden. Aus diesen soll nach dem Eingriff die OP-Dokumentation generiert und damit der Prozess qualitativer und zeiteffizienter gestaltet werden.
Methodik: Zur Erreichung des Ziels werden zunächst die klinischen Anforderungen spezifiziert und in ein Lastenheft überführt. Hierfür werden Interviews und Beobachtungen bei mehreren Interventionen durchgeführt. Nach dem User-Centered-Designprozess werden Personas und Nutzungsszenarien entworfen und mit klinischen Projektpartnern in mehreren Iterationen evaluiert. Es gilt eine Informationsarchitektur aufzubauen, die eine Einbettung klinischer Informationssysteme sowie Bild- und Gerätedaten aus dem OP-Netzwerk erlaubt. Eine Situationserkennung, basierend auf Prozessmodellen, soll zur Abschätzung des Operationsfortschritts entwickelt werden. Zur Befestigung der Informationsanzeige sollen geeignete Haltemechanismen eingesetzt werden. Das OR-Pad System soll laufend im Lehr- und Forschungs-OP der Hochschule Reutlingen getestet und im Sinne agiler Produktentwicklung mit den klinischen Projektpartnern abgestimmt werden. Der finale Funktionsprototyp soll abschließend in den Versuchs-OPs der Anatomie Tübingen getestet und evaluiert werden.
Ergebnisse: Über eine erste Datenerhebung mittels Contextual Inquiry konnten erste Anforderungen an das OR-Pad System erfasst werden, woraus ein Low-Fidelity-Prototyp resultierte. Die Evaluation über Experteninterviews führte in die zweite Iteration, in der das Konzept entsprechend der Ergebnisse angepasst wurde. Über Hospitationen am Uniklinikum Tübingen fand eine weitere Datenerhebung zur Erstellung von Szenarien für die intraoperativen Anwendungsfälle statt. Anhand der Anforderungen wurde ein Konzept für die Benutzerschnittstelle entworfen, die im weiteren Verlauf mit den klinischen Projektpartnern evaluiert wird.
Rapid Prototyping Plattformen reduzieren die Entwicklungszeit, indem das Überprüfen einer Idee in Form eines Prototyps schnell umzusetzen ist und mehr Zeit für die eigentliche Anwendungsentwicklung mit Benutzerschnittstellen zur Verfügung steht. Dieser Ansatz wird schon lange bei technischen Plattformen, wie bspw. dem Arduino, verfolgt. Um diese Form von Prototyping auf Wearables zu übertragen, wird in diesem Paper WearIT vorgestellt. WearIT besteht als Wearable Prototyping Plattform aus vier Komponenten: Einer Weste, Sensor- und Aktorshieldss, einer eigenen bibliothek sowie einem Mainboard bestehend aus Arduino, Raspberry Pi, einer Steckplatine und einem GPS-Modul. Als Ergebnis kann ein Wearable Prototyp schnell, durch das Anbringen von Sensor- und Aktorshields an der WearIT Weste, entwickelt werden. Diese Sensor- und Aktorshields können anschließend durch die WearIT-Bibliothek programmiert werden. Dafür kann über Virtual Network Computing (VNC) mit einem entfernten Rechner auf die Bildschirminhalte des Rasperry Pis zugegriffen und der Arduino programmiert werden.
Im Rahmen der wissenschaftlichen Vertieung werden unterschiedliche empirische Forschungsmethoden erörtert.
Im ersten Schritt werden die Grundlagen der empirischen Forschungsmethoden ermittelt und klassifiziert. Nach der Klassifikation der Forschungsmethoden werden zwei Forschunsmethoden angewandt. Die Auswahl der Methoden fällt auf die quantitative und qualitative Forschungsmethode.
Diese Forschungsmethoden werden während der Analysephase eingesetzt, um den weltweiten Ist-Zustand der Tochtergesellschaften zu ermitteln. Hierbei geht es um die Analyse des Import- und Export-Prozesses bei den Tochtergesellschaften der HUGO BOSS AG. Ziel ist es, die Ergebnisse für die Master Thesis einzusetzen. Anhand der Ergebnisse können Gemeinsamkeiten oder auch Abweichungen im Zollabwicklungsprozess aufgezeigt werden, die später in der Konzeption berücksichtigt werden.
Hierzu wird die qualitative Methode eingesetzt, welche die Basis für die Konzeptionierung der Umfrage liefert. Abschließend wurde für die Verifikation der Ergebnisse die qualitative Methode für die Interviews eingesetzt.
Automatisierte Analyse von Review-Daten beschäftigt sich mit den Möglichkeiten, freien Text zu analysieren und relevante Informationen daraus zu extrahieren. Die Arbeit setzt sich dabei mit Methoden des unüberwachten Lernens auseinander. Hierbei steht die Methode der Topic Modellierung im Mittelpunkt. Es werden Verfahren betrachtet, die im Bereich der textbasierten Informationsgewinnung bekannt sind. Latent Semantic Indexing LSI, (probabilistic) pLSI und Latent Dirichlet Allocation (LDA) werden erläutert und verglichen. Die Arbeit zeigt, wie LDA genutzt wurde, um einen nhaltlichen Überblick über einen Datenkorpus von 1 Mio. Reviews zu bekommen und diesen auf einen feineren Detailgrad zu betrachten. Die Topic-basierte Analyse wird genutzt, um Erkentnisse für ein Opinion Mining System zu generieren, welches eine tiefergehende Analyse vornehmen wird. Der gesamte Prozess ist als vollständig automatisiert und maschinell unüberwacht konzeptioniert.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein urbaner Mixed-Reality Fahrsimulator umgesetzt. Die reale Umgebung wird hierbei in einer Greenscreen-Kammer mit Hilfe von Kamerabildern aus Nutzersicht und einem Chroma Key Shader innerhalb der virtuellen Umgebung sichtbar gemacht. Dies soll die Immersion und die Interaktivität innerhalb der virtuellen Umgebung durch die Darstellung und Verwendung von realen Elementen erhöhen.
Als virtuelle Umgebung wurde eine zufallsgenerierte Stadt geschaffen, in der KI-Fahrzeuge fahren. Die Ergebnisse der Entwicklung dieses Fahrsimulators werden in dieser Arbeit erläutert.
Der Fahrsimulator soll der Entwicklung von menschzentrierten Human-Machine-Interfaces und Motion-Capture-Komponenten dienen.
Ganz gleich, ob im privaten oder beruflichen Alltag, begleiten uns digitale Medien heute nahezu überall. Dabei dienen sie nicht nur zur Unterhaltung, sondern helfen uns, Arbeitsabläufe effizienter und produktiver durchzuführen. Doch die Arbeit des Menschen ist bei Weitem nicht überflüssig geworden. Durch die steigenden Anforderungen ist die Nachfrage nach qualifiziertem Fachpersonal heute höher denn je. Währenddessen müssen Mitarbeiter in der Lage sein, mit der rasanten Entwicklung neuer Produkte und Technologien Schritt zu halten. Dabei ist eine qualitative Aus- und Weiterbildung unumgänglich. Beginnend mit der Bildung von Medienkompetenz in Schulen bis hin zur Fach- und Berufsbildung sowie beruflichen Weiterbildung, muss der Umgang mit digitalen Technologien gelehrt sein. Darüber hinaus bieten diese Technologien neue Potenziale zur Verbesserung von Bildungskonzepten und können zudem dabei helfen, den Lernerfolg zu steigern.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation einer VR-basierten Lernumgebung und untersucht mögliche Auswirkungen auf den Lernerfolg durch die verkörperte Darstellung eines virtuellen Instruktors. Dazu wurde die technische Implementierung einer kollaborativen Lernumgebung vorgenommen, mit welcher anschließend eine Versuchsreihe mit 16 Probanden durchgeführt wurde. Im Hinblick auf eine mögliche Steigerung der Effizienz in der eigenständigen Bewältigung von Montageaufgaben nach unterschiedlichen Instruktionsarten, wurden keine signifikanten Leistungsverbesserungen festgestellt.
Diese Arbeit liefert einen Konzeptentwurf, der die Integration verschiedener Systeme mit prozessrelevanten klinischen Diensten gewährleistet. Chirurgische Abläufe werden in Form von Prozessen modelliert. Die Wahl der Notation und die Art der Modellierung dieser Prozesse spielt in der heutigen Forschung in diesem Gebiet eine zentrale Rolle. Sind diese Prozesse modelliert, besteht die Möglichkeit, diese in einer Workflow-Engine automatisiert auszuführen. Im Rahmen der Entwicklung eines Workflow-Managment-Systems stellt sich die Frage, wie die Anbindung dieser Workflow-Engine mit anderen Systemen erfolgen soll. In der Arbeit werden Schnittstellen abstrakt in der Web Services Description Language (WSDL) definiert. Darum werden automatisiert Artefakte erzeugt. Auf der Grundlage dieser Artefakte erfolgt die Integration der Systeme. Die Workflow-Engine kommunizieren über SOAP-Nachrichten (Simple Object Access Protocol) mit den entsprechenden Systemen. Dieser Ansatz wurde mithilfe eines Prototyps validiert und umgesetzt.
Das digitale Unternehmen erfordert neue Konzepte des Digital Enterprise Computing. Dieses umfasst eine interdisziplinäre Verbindung von Vorgehensweisen aus der Informatik, der Ökonomie und weiteren relevanten Wissenschaftsdisziplinen. Neue Architekturen mit integrierten Mobility-Systemen, kollaborativen Geschäftsprozessen, Big Data und Cloud-Ökosystemen beflügeln aktuelle und künftige Geschäftsstrategien und machen die digitale Transformation zu neuen Geschäftsfeldern erst möglich. Dafür ist eine enge Kooperation verschiedener Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft notwendig. Die Jahreskonferenz Digital Enterprise Computing positioniert die Gesellschaft für Informatik als wissenschaftlichen Mitveranstalter und vertieft Erfahrungen aus dem Arbeitskreis Enterprise Architecture Management der Fachgruppe Architekturen im Fachbereich Softwaretechnik der Gesellschaft für Informatik.