Neuroergonomic Digital Factory

Arbeitsplätze der Zukunft

 

Stellen Sie sich vor, Sie sind in einer Fabrik tätig. Es ist Ihr erster Tag an einer neuen Produktionseinheit. Sie kommen an Ihrem Arbeitsplatz an und der Roboter, mit dem Sie zusammenarbeiten werden, kann sich an diese für Sie neue Situation anpassen. So zeigt er Ihnen hilfsbereit die einzelnen Montageschritte und wo die entsprechenden Bauteile zu finden sind. Mit den schwereren Modulen geht er Ihnen zur Hand und dank computergestützten Informationsdarbietungen kennen Sie seine Bewegungen schon zuvor, sodass Sie keine Angst zu haben brauchen, sich gegenseitig in die Quere zu kommen.

Dieses Szenario stellt eine Anwendungsmöglichkeit der Forschungsgebiete der Profs. Dr. Martina Lehser (Informatik) und Dr. Dr. Daniel Strauss (Systemische Neurowissenschaften und Neurotechnologie) dar. Kollaborative Arbeitsplätze, an denen Mensch und Roboter unmittelbar interagieren, werden immer häufiger. Der Mensch wird in der immer stärker digitalisierten Produktion also nicht ersetzt, vielmehr ändert sich seine Rolle im kooperativen Team mit der Maschine. Technische und menschliche Problemlösestrategien ergänzen sich und kompensieren die jeweiligen anderen Schwächen. Dies stellt neue Anforderungen an entsprechende Assistenzsysteme, z.B. muss der Roboter die aktuelle emotional-kognitive Situation des Arbeiters deuten können (empathische Maschine).

Ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Informatikern und Neurowissenschaftlern widmet sich diesem Forschungsfeld. Dabei beschäftigen sie sich u.a. mit der Evaluation von Arbeitsplätzen hinsichtlich der Ergonomie der Mensch-Roboter-Schnittstelle. Wie lassen sich Arbeitsplätze noch besser in Einklang bringen mit den Bedürfnissen des Einzelnen? Goldstandard im Bereich Ergonomie ist die Überprüfung anhand von Fragebögen. Die Forschungsgruppe von Prof. Dr. Dr. Strauss hingegen hat eine Reihe von objektiven Methoden zur Erfassung der emotional-kognitiven Situation entwickelt und in Kooperation mit dem Team von Prof. Dr. Lehser für Arbeitsplätze mit kollaborativer Robotik erweitert.

Mittels hochauflösender Kameras zur Bewertung von Mimik und Gestik, der Bestimmung der Hirnaktivität (EEG) und Armbändern, die über die elektrische Hautantwort Rückschlüsse auf Stress ermöglichen, entsteht ein umfassendes Bild der Verfassung des Beschäftigten. Die Daten werden in Echtzeit an einen Server übertragen und verarbeitet. Die Rückkopplung mit den Assistenzsystemen ermöglicht diesen optimal auf den jeweiligen Arbeiter einzugehen. Dabei werden z.B. Stresslevel und die individuelle Erfahrung über entsprechende Grenzwerte berücksichtigt. Diese können über Verfahren der künstlichen Intelligenz kontinuierlich neu gesetzt werden. Das System stellt dem Anwender situationsangepasst Informationen über verschiedene Sinne zur Verfügung oder gibt Warnsignale. Erfassen die Systeme, dass der Arbeiter unaufmerksamer wird, so erhält der Beschäftigte eine zusätzliche Unterstützung (Neuroergonomie).

Getragen wird die Forschung durch Förderungen aus öffentlicher Hand und Industrie: So stellt das Projekt „Testfeld Digitalisierung“ die Infrastruktur für Arbeitsplätze der Industrie 4.0 zur Verfügung. Aus den Projekten „MINDSCAN“ und „MIND2CAR“ entstanden hochauflösende Monitoringsysteme zur Erfassung des emotional-kognitiven Zustands. Neben den infrastrukturellen Förderungen bilden weitere Forschungsprojekte (gefördert durch DFG, BMBF, BMVi, EU, Staatskanzlei, TÜV Saarland, ME Saar, Industrie) das wiss. Fundament für neuroergonomische und neurokybernetische Konzepte (Steuerung von Maschinen anhand der oben beschriebenen Messverfahren).

Durch die gewonnenen Erkenntnisse entwickelten die Forscher neue Assistenzsysteme zur Steigerung der Neuroergonomie. Durch die Überlagerung von computergenerierter Information über das normale Sichtfeld wird eine erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) geschaffen. Über eine AR-Brille wird z.B. die Bewegung eines assistierenden Roboterarms vorab sichtbar gemacht, sodass die Zusammenarbeit sich sicherer anfühlt. Die Akzeptanz zur Arbeit mit kollaborativer Robotik kann so verbessert werden. Die Erleichterung, die dies in der Arbeitssituation bringt, lässt sich wiederum durch die Mess- und Auswerteverfahren objektiv darstellen.

Zudem sind auch Anwendungen zur Unterstützung und Integration von Menschen mit Einschränkungen auf Basis der Forschungsergebnisse denkbar. Die Forscher sind zuversichtlich: Die vielversprechende Zusammenarbeit der beiden Fachbereiche Informatik und Systemische Neurowissenschaften/Neurotechnologie an der htw saar verfügt über ein großes Potential. Im Bereich der Mensch-Roboter-Schnittstelle werden bereits jetzt signifikante Fortschritte erzielt, die auch im internationalen Vergleich konkurrenzfähig sind.

Titelbild: Mess- und Assistenzsysteme im Einsatz an kollaborativen Arbeitsplätzen in der Modellfabrik