Forschungsverbund Bioanaloge Sensomotorische Assistenz

Im Forschungsverbund Bioanaloge Sensomotorische Assistenz (FORBIAS) arbeiten Wissenschaftler des Lehrstuhls für Angewandte Mechanik zusammen mit dem Lehrstuhl für Echtzeitsysteme und der Neurologischen Forschung der Ludwig-Maximilian-Universität an der technischen Nachbildung des vestibulo-okularen Reflexes. Dieser Reflex erlaubt es auch bei gleichzeitiger Bewegung des Kopfes ein stabiles Bild auf der Netzhaut des menschlichen Auges zu erhalten. 

Im einem Teilprojekt des Verbundes wird dabei ein technischer Gleichgewichtssensor nach dem Vorbild des menschlichen Gleichgewichtsorganes entwickelt. Der Sensor misst die Bewegungen in den jeweils drei Freiheitsgrade der Translation und Rotation. Durch einen intelligenten Algorithmus werden diese Signale fusioniert und stellen die errechnete Lage im Raum dar. Über das Feedback einer Bildverarbeitung, entsprechend dem menschlichen Auge, werden die Sensoren zur Laufzeit der Messung kalibriert. Dabei werden die adaptiven Ansätze der interference cancellation mit einer neuartigen decorrelation control vereint. 

 

In einem weiteren Teilprojekt werden Systeme entwickelt, welche die Blickrichtung einer Kamera beliebig verändern können. Diese Systeme dienen dazu, die vom Gleichgewichtssensor gemessenen Bewegungen zu kompensieren, um eine technische Blickstabilisierung zu realisieren. Die Aktorik soll dabei dieselbe Dynamik erreichen wie das menschliche Auge. Die Entwicklung solcher extrem schnellen Bewegungssteuerungen macht neben der Analyse bereits bestehender Systeme umfangreiche mechanische Untersuchungen und regelungstechnische Optimierungen notwendig. Neben Simulationsrechnungen zu einzelnen interessierenden Teilbereichen des Gesamtsystems werden auch Hardwareexperimente in einer echtzeitfähigen Digital Signal Processing Umgebung durchgeführt. 

 

So lassen sich die Leistungsdaten der Bewegungssteuerungen als auch verschiedene typenspezifische Effekte untersuchen. Kamera-Bewegungssteuerungen lassen sich in vielfältigen Anwendungsszenarios einsetzen. So wird beispielsweise an ein Kamerasystem gedacht, das ein Benutzer am Kopf trägt. Über ein Video-Okulographiesystem werden die Augenbewegungen des Benutzers abgetastet und an die Aktoren der Bewegungssteuerung weitergegeben, die die Blickrichtung der Kamera parallel zu der des Benutzers einstellt. Ein solches System kann für spezielle Filmaufnahmen oder auch zur Dokumentation, z.B. bei Operationen verwendet werden. 

 

Die durch einen Gleichgewichtssensor stabilisierte Kamera dient als Grundlage für bildverarbeitende Fahrerassistenzsysteme oder zur Unterstützung des Piloten im Endanflug von Flugzeugen oder Helikoptern.