SPI ist eine Veröffentlichugsreihe, in der aktuelle Forschungsprojekte und -themen in ihrem Bezug zu gesellschaftlichen, politischen, ökologischen und ökonomischen Fragen dargestellt werden.
Immersive Learning Lab. Über die Rückkehr der Körperlichkeit beim Lernen. #SPI 12
Die zwölfte Folge von Science and Public Interest befasst sich mit dem immersiven Lernen als Möglichkeit, Räumlichkeit und Körperlichkeit im Lernprozess zurückzugewinnen. Prof. Rolf Kruse von der Fachhochschule berichtet über das ‚Immersive Learning Lab‘.
Hürden der Mobilität abbauen. #SPI 11 KIMONO-EF
Die Schaffung einer barrierefreien Mobilitätsinfrastruktur ist die Grundlage zur Entwicklung einer inklusiven Gesellschaft mit dem Recht auf Mobilität für alle. Die Realität zeigt jedoch, dass die Mobilität für mobilitätseingeschränkte Menschen häufig mit großen Herausforderungen verbunden ist. Das vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr in der Förderrichtlinie „Ein zukunftsfähiges, nachhaltiges Mobilitätssystem durch automatisiertes Fahren und Vernetzung“ geförderte Projekt KIMONO-EF widmet sich der Verminderung solcher Hürden mithilfe von technischen Systemen.
MetaReal. Immersive Wikipedia und digitale Weltkopie #SPI 10 MetaReal
MetaReal: Immersiver Wissenszugang, kollaborative Exploration und intelligentes Retrieval in einer digitalen Weltkopie
MetaReal verfolgt die Vision, den Zugang zum Wissen durch den Einsatz von fortgeschrittenen Technologien der Virtual und Augmented Reality (VR, AR) sowie der Künstlichen Intelligenz (KI) auf die nächste Stufe zu heben. Es werden Vorgehensweisen, Verfahren und Interfaces erforscht und entwickelt, um detaillierte digitale 3D-Modelle der realen Welt mit den im Internet vorhandenen komplexen Wissensbeständen anzureichern und für Personengruppen in VR- und AR-Umgebungen natürlichsprachlich im räumlichen Kontext erschließbar zu machen: An die Stelle der isolierten Interaktion mit Bildschirmen tritt eine immersive und kollektive Erfahrung im virtuellen Raum in einer Art begehbarer Wikipedia, bei der Wissen durch körperliche Bewegungen und sprachliche Äußerungen abgerufen und angeeignet werden kann.
3D-Druck zur Herstellung von Orthesen & Prothesen #SPI 9 EPoP
Orthesen und Prothesen sind hochradig individuelle Einzelanfertigungen und zugleich komplexe High-Tech-Produkte. Kann man diesen Fertigungsprozess mit additiven Methoden automatisieren und damit beschleunigen?
Ziel des Projektes EPoP an der EAH Jena ist die großvolumige, additive Fertigung orthopädischer Zweckformen zur Überführung in eine Prozesskette für die Serienproduktion von Orthesen und Prothesen in Losgröße. Dabei soll das AM-Verfahren um ein laserstrahlunterstütztes Temperieren und Polieren ergänzt werden, um Bauteileigenschaften gezielt zu verbessern und eine endformnahe Konturgebung realisieren zu können. Ein weiterer Aspekt liegt auf dem Oberflächen-Finishing der additiv gefertigten Zweckformen sowie der Prozessüberwachung durch 3D-Scantechnik.
Digitale Technologien für Handwerk und Kulturgut #SPI 8 HeriTech
Mit seinen Denkmalen verfügen Thüringen und Deutschland über ein kulturelles Erbe, das für unsere kulturelle Identität aber auch für den Tourismus von unschätzbarem Wert ist. Subsummiert unter dem Begriff der Revitalisierung stellen die Erhaltung, denkmalgerechte Sanierung und die Ertüchtigung historischer Bauwerke eine enorme wirtschaftliche ebenso wie technische Herausforderung dar, für deren Bewältigung vielfältige maßgeschneiderte Lösungen erforderlich sind. Die Antragsteller greifen dies auf und möchten im beantragten Projekt neuartige digitale Methoden und Werkzeuge für die Bauwerkserhaltung entwickeln. Basierend auf umfangreichen Vorarbeiten und einem breiten Kooperationsnetzwerk sollen dabei folgende digitale Technologien zum Einsatz kommen:
1) drohnengestützte photogrammetrische 3D-Bauwerksaufnahme und Laserscanning von Bauteilen,
2) digitale Methoden zur 3D-Modellierung, Anomaliekartierung, Annotation sowie kontextbezogenen Speicherung von Bauwerks- und Bauteildaten,
3) Strukturanalysen zur digitalen Erfassung von Bauwerkszuständen und zur Ableitung von Revitalisierungsstrategien,
4) numerische Simulationsverfahren moderner Baustoffe und Kompositwerkstoffe sowie von deren Verbindungen,
5) additive Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck zur individualisierten Reproduktion historischer Bauwerkskomponenten.
Es sollen Methoden weiterentwickelt werden, die zunächst eine weitgehend autonome 3D-Erfassung großer und komplexer Bauwerksgeometrien und Zustandsdaten erlauben. Diese sind automatisiert modelltechnisch aufzubereiten und zu veredeln, um einerseits konservierbare digitale Abbilder der Kulturgüter speichern zu können und andererseits eine Basis für Revitalisierungsplanungen zu schaffen. Additiv zu fertigende und mit neuartigen Verbindungstechnologien zu applizierende Ersatz- oder Ergänzungsbauteile sollen in hochwertigen Simulationsmodellen, z.B. mit Multiskalen- und Multiphysikansätzen, materialtechnisch charakterisiert werden. So werden beispielsweise Prognosen über das Ermüdungsverhalten, die Resistenz gegenüber aggressiven Medien oder das Verbundverhalten zwischen Neu- und Bestandsbauteilen möglich. Die Simulationen sollen den additiven Fertigungsprozess abbilden und sind daher im Kontext verschiedener Verfahren zu entwickeln. Ziel ist keine dezidierte Lösung von Detailproblemen sondern die Entwicklung von generisch einsetzbaren Methoden, d.h. von Prozessketten, die für den Sanierungsbereich allgemein disruptiv wirken können.
Beyond the Limits of the Imaginable. #SPI 7 XR-Part
XR-Partizipationsräume zur erweiterten sozialen Teilhabe in urbanen Transformationsprozessen
Das Ziel ist es, Bürger:innen in Stadtplanungsprozessen mit Hilfe von XR-Technologien zu beteiligen und Teilhabe zu erweitern.
Soziale Teilhabe in urbanen Transformationsprozessen findet in vielen Kommunen bereits durch crossmediale Partizipationsangebote statt. Trotz der vielfältigen Kanäle durch Crossmedialisierung werden jedoch immer noch viele Menschen von der Teilhabe ausgeschlossen oder nicht ausreichend erreicht. Angebotene Beteiligungsräume vor Ort oder im Netz werden entweder als zu wenig attraktiv und zugänglich oder als zu brüchig wahrgenommen. XR-Part soll diese bisherigen raumzeitlichen und medialen Brüche in Kooperation verschiedener gesellschaftlicher Akteure abbauen und durch die Verknüpfung bisher isolierter Möglichkeiten zur Interaktion eine qualitative Weiterentwicklung in der Bürgerbeteiligung realisieren. Das transdisziplinäre Verbundforschungsprojekt XR-Part entwickelt ein integratives XR-System unterschiedlicher VR- und AR-Lösungen zu einer gemeinsamen XR-Plattform (XR: Extended-Reality), die in partizipativen Planungsverfahren Anwendung finden kann. Erprobt wird dieser innovative Ansatz in den Modellstädten Rostock und Mannheim im Rahmen von städtischen Planungsprozessen.
Wiederverwenden statt Recyceln #SPI 6 ZerMoGips
ZerMoGips – Entwicklung von zerstörungsfrei rückbaufähigen, wiederverwendbaren Gipsbauprodukten zur Erstellung variabler, modularer Bauteile
Im Rahmen des Verbundprojektes zwischen der Hochschule Nordhausen (Koordinator), der
MFPA, der BUW und einem weiteren Unterauftragnehmer sollen Entwicklungsansätze für zerstörungsfrei rückbaubare Gipsbauprodukte erarbeitet werden, welche wiederverwendbar einsetzbar sind. Die Konzeption, Herstellung und Prüfung dieser Gipsbauprodukte (als Demonstratoren) und ihrer Anwendung als modulare Bauteile ist Ziel des Vorhabens. Diese Gipsbauprodukte sollen innovative Verbindungselemente integrieren, deren Entwicklung ebenfalls Gegenstand des Projektes ist.
Unser Gips wird knapp #SPI 5 NaMin
Durch den Ausstieg aus der Kohleverstromung wird ein großer Teil unserer Gipsproduktion mit beendet. Es bedarf hier der Forschung an neuen Stoffen, denn der Rückgriff auf 100% Naturgips wäre für die Natur und Landschaften fatal.
Das Projektziel besteht in der Entwicklung von neuen Baustoffen und Bauteilen mit reduziertem Calciumsulfatbindemittelanteil auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen und mineralischen Sekundärrohstoffen. Diese Stoffe sollen den Ausgangspunkt für neue Kompositmaterialien wie beispielsweise Wandelemente auf Basis von Gips-Holz-Gemischen, Gips-Hanfhäcksel-Gemischen oder Gips-Papier-Gemischen darstellen. Zusätzlich kann der Einsatz von mineralischen Sekundärrohstoffen zur Substitution von Gips bei gleichzeitiger Einsparung von Deponieraum beitragen.
Das Forschungsprojekt wird in Kooperation mit der Hochschule Nordhausen und der Material- forschungs- und Prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar durchgeführt. Das Projekt wird unterstützt durch die Förderung der Forschung durch die Thüringer Aufbaubank und im Auftrag des Freistaates Thüringen, vertreten durch das Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft.
Elektronik erobert den Raum #SPI 4 WaferBond ’22
Wafer bonding is a process step in semiconductor and microsystems technology in which two wafers or discs (silicon, quartz, glass and others) are bonded together. In microsystems technology, wafer bonding is used to produce the cavities required for the sensors, such as the reference pressure chamber for an absolute pressure sensor or the vacuum chamber of some rotation rate sensors. Waferbond Conference at Schmalkalden University of Applied Sciences, 4-6.10.2022.
The conference will cover all aspects of bonding wafers and comparable substrates from basic research to industrial applications, so that we welcome any contributions on these topics. Within this general approach the focus this year will be on the following topics:
- Fundamentals of wafer bonding and new developments in wafer bonding technologies
- Metrology for Wafer Bonding processes and bonded wafer stacks
- Direct and surface activated wafer bonding
- Wafer Bonding in Industrial Processes: Process Stability and Reliability
- Metal and glass-based Wafer Bonding Technologies
- Adhesive and Temporary Wafer Bonding for Wafer Thinning and Thin Wafer Handling
- System Integration by Wafer Bonding
- Enabling new Technologies and Devices for modern Applications by
- Wafer Bonding Wafer Bonding for Electronics and Multisystem Integration
- The future of Wafer Bonding, new ideas approaches and applications
Energieeffizient Produzieren #SPI 3 AlPro
Es werden smarte Aluminium-Spritzgießwerkzeuge mittels WAAM und KI-Methoden für energieeffiziente und ressourcenschonende Produktionsprozesse erforscht. Zentral ist die Analyse sowie Bewertung der gefertigten Kunststoffbauteile (Oberflächenstruktur, Toleranz, etc.) und der WAAM-Bauteile (Verschleiß, etc.) nach einer gewissen Standzeit des Spritzgießwerkzeugs durch Methoden des Maschinellen Lernens und das Ziehen von Rückschlüssen auf den Herstellungsprozess (WAAM) sowie dessen Nachsteuerung zur Verbesserung der Bauteilspezifikationen der WAAM- und Kunststoffbauteile für zukünftige Fertigungsprozesse.
Alles smart. Sorge, Arbeit. Wohnen, Leben! # SPI 2 mGeSCo
Im Reallabor werden Co‐Working und soziale Teilhabe durch multigenerationale Vernetzung im Smarten Quartier untersucht. mGeSCo ist ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt. Ziel ist es, technische und soziale Lösungen zur Flexibilisierung der Arbeit sowie zur Teilhabe im sozialen Kontext in einem Reallabor (Living Lab) zu entwickeln und zu erproben. Und das im gesamten Prozess stets gemeinsam mit den Nutzer*innen. Als Living Lab dient das Smarte Quartier Jena Lobeda, in dem der Projektpartner ‚Stadtwerke Jena Gruppe‘ in den Bereichen Wohnen und Energie, Mobilität, Einkauf und Logistik, Gesundheit und Plattform bereits neuartige Wege beschreitet.
Projektlaufzeit: Juni 2021 bis Mai 2024
Projektpartner:
Stadtwerke Jena Gruppe
OptoNet e.V. Jena
Digital Wirtschaftsförderungsgesellschaft Jena mbH
Der Paritätische Thüringen
Netzwerk Gesunde Arbeit in Thüringen
Dieses Forschungsprojekt wird durch die Carl-Zeiss-Stiftung gefördert und ist an der Ernst-Abbe-Hochschule Jena angesiedelt.
Sonaro – Smarte Objektübernahme- und übergabe für die nutzerzentrierte mobile Assistenzrobotik
Die Entwicklung von Anwendungen für Industrie 4.0 aber auch „Smart Health“ ist geprägt von einem zunehmenden Einsatz intelligenter interaktiver Systeme für die Mensch-Maschine-Interaktion (MMI). So werden im Bereich “Smart Health” Assistenzroboter das Pflegepersonal bei typischen Pflegetätigkeiten unterstützen und als Assistenten mit Zureich- oder Übernahmefunktion fungieren. Ähnliche, auf intelligente Handlangertätigkeiten basierende Assistenzfunktionen werden auch in anderen Tätigkeitsbereichen, wie der industriellen Fertigung (z.B. Montage) oder im Handwerksbereich Einzug halten, wenn es gelingt, die Assistenzroboter so zu gestalten, dass Nutzer und Roboter der aktuellen Situation entsprechend kooperativ und hoch effizient Hand in Hand zusammenarbeiten können.
Smarte Übergabe-/Übernahme von Gegenständen bietet derzeit viel Potential für Methodenentwicklung in verschiedenen Teilaufgaben beginnend bei der Wahrnehmung von Personen und Objekten über die Erkennung des Unterstützungsbedarfs bis hin zur Planung und Ausführung der robotischen Greif- und Übergabebewegungen. Obwohl es im Bereich der kollaborativen Assistenzrobotik international in den letzten Jahren intensive Forschungsaktivitäten zu Teilfragestellungen gibt, sind bislang keine Forschungsarbeiten bekannt, die das Übergabe-/Übernahmeszenario so in seiner Ganzheit behandeln wie die SONARO Forschergruppe.
Vor diesem Hintergrund sollen für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) neuartige Lösungen zur smarten Objektübergabe und -übernahme erforscht werden, die für die Weiterentwicklung der interaktiven Assistenzrobotik essentiell sind und deutlich über den gegenwärtigen Stand der Technik hinausgehen. Sie sollen es erlauben, dass Assistenzroboter bei ihrer Interaktion mit dem Menschen situativ ihre Handlungen (Bewegungspfade, Bewegungsmuster, Interaktionsgeschwindigkeit, Greifpositionen) an den Menschen und dessen aktuelle Tätigkeiten anpassen und damit sozial akzeptabel werden. Im Rahmen des angestrebten smarten Übernahme/Übergabeszenarios bedeutet dies, dass der Assistenzroboter bei einer Objektübernahme die Haltepose und Greifposition der Hand des Übergebenden am Objekt erkennen und daraufhin das Objekt auf eine alternative Art und Weise sicher greifen und übernehmen kann, ohne dabei den Menschen zu gefährden (z.B. Berühren der Hand des Menschen). Im weiteren Verlauf ist das übernommene Objekt dann sicher zu einem weiteren Akteur zu transportieren und gefährdungsfrei an diesen zu übergeben. Die hierfür erforderlichen dynamischen Prozesse erfordern eine kontaktlose Überwachung und Analyse des gemeinsamen Interaktionsraumes und der aktuellen Aktivität des Interaktionspartners. So bedarf es neben der Bewertung von Abständen, Bewegungen und Strukturen (Mensch, Roboter, Übergabeobjekt, Handposition) im Interaktionsraum bzw. am Objekt eine daraus resultierende Bewegungsplanung sowie die Echtzeit-Reaktion des Gesamtsystems mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung bei geringer Latenz.
Um diese Zielstellung Realität werden zu lassen, sind neuartige nutzerzentrierte MRK-Systemlösungen mit hochdynamischen Kollaborationskonzepten erforderlich, bei denen die Entscheidungen des MRK-Systems dynamisch an die momentane Situation, insbesondere die aktuellen Bewegungen des Nutzers im gemeinsamen Interaktionsraum und seine Objekthaltepose angepasst werden. Der zugehörige Gesamtprozess der Mensch-Roboter-Objektübernahme und -übergabe ist in der Abbildung dargestellt. Dieser erfordert die Erforschung von neuartigen Methoden für die nutzerzentrierte Interaktion auf vier zentralen Gebieten:
- Wahrnehmung der Handhaltung und sichere Unterscheidung von Händen und zu übergebenden Objekten (Situationserkennung)
- Robuste Erkennung der zu übernehmenden/übergebenden Objekte und deren Lagebestimmung (Objekterkennung und Lagebestimmung)
- Exakte Selbstlokalisation des Roboters und seiner Manipulatorik im Raum auf Basis einer exakten Umgebungsmodellierung (Raumlokalisierung)
- Nutzerzentrierte Navigation und Greifbewegungssteuerung für die Objektübernahme bzw. Übergabe (Nutzerzentrierte Navigation und Zugriff)
(Der Text ist von der Website des Projektes übernommen)