Problemraum und Ziele

Der Mensch befindet sich in ständiger Interaktion mit seinem Lebensraum und seiner Umwelt. Vor allem der visuelle Sinn – also das Sehen – befähigt ihn zur Orientierung in unbekannter Umgebung, zur Erfassung komplexer Informationen und zwischenmenschlicher Kommunikation. Diese findet zum großen Teil nonverbal über Mimik, Gestik und Körpersprache statt. Unsere Fähigkeit, dynamische Bewegungsabläufe wahrzunehmen und sie mit Wissen und Erfahrungen zu verknüpfen, versetzt uns Menschen in die Lage, komplexe Umgebungsszenarien zu analysieren, Entscheidungsprozesse einzuleiten und entsprechend zu handeln. Die Welt der Maschinen, der Roboter und technischen Systeme ist dabei fester Bestandteil unseres Lebensraums – und doch sind Barrieren und Ängste spürbar, hervorgerufen durch die Komplexität und Intransparenz der Systeme.

Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine ist bislang weitestgehend auf die unnatürliche Nutzung von definierten Ein- und Ausgabemedien beschränkt. Erste technische Lösungen ermöglichen zwar eine teilautonome Interaktion, jedoch bleiben die Fähigkeiten der Maschine zur Aufnahme und Interpretation komplexer Szenarien weit hinter denen des Menschen zurück. Dies blockiert nicht nur den barrierefreien Zugang zu Informationen, es beeinträchtigt auch die individuelle Mobilität und erschwert die Einbindung des Menschen in moderne Produktionsprozesse. Wir stehen somit vor der gesellschaftlichen Aufgabe, die Interaktion von Mensch und Maschine in unseren Lebens- und Arbeitswelten radikal und vor allem zum Nutzen des Menschen zu verändern.

Dieser Herausforderung stellt sich die Allianz 3Dsensation. Sie schafft sektorenübergreifende Durchbruchsinnovationen in 3D-Informationsaufnahme, -verarbeitung und -wiedergabe als Grundlage für eine zukunftsweisende, effiziente und sichere Interaktion von Mensch und Maschine in gesellschaftlich und ökonomisch bedeutsamen Bedarfsfeldern und Kernbranchen der deutschen Wirtschaft.

In der Produktion ermöglicht 3Dsensation die Symbiose von Mensch und Maschine mit Hilfe von Robotern, die auf der Basis des 3D-Sehens eine sichere Umgebung für Menschen in Fertigungsprozessen gewährleisten.

Durch die 3D-Erfassung und Analyse von Mimik, Gestik und Bewegung zur Steuerung von Assistenzsystemen verbessert 3Dsensation die Gesundheitsversorgung und garantiert Selbstbestimmung bis ins hohe Alter.

3Dsensation ermöglicht individuelle Mobilität unabhängig von gesundheitlichen und altersbedingten Beeinträchtigungen in urbanen und ländlichen Räumen durch Kopplung von 3D-Daten mit Assistenzsystemen.

Für Menschen in einem urbanen Umfeld schafft 3Dsensation individuelle Sicherheit durch die autonome erfahrungsbasierte 3D-Analyse von Merkmalen und Bewegungsabläufen zur Identifikation von Auffälligkeiten und Gefahren.

Um diese Ziele zu erreichen, verfolgt die Allianz 3Dsensation einen transdisziplinären, intersektoralen Ansatz. Sie bezieht Arbeits- und Kreativwissenschaften, Kognitions- und Neurowissenschaften, Natur- und Technikwissenschaften, Rechts- und Sozialwissenschaften ein und kreiert so eine neue Generation von 3D-Technologien für die Mensch- Maschine-Interaktion. Die Bündelung von klein- und mittelständischen (KMU) sowie Großunternehmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zu einer Innovationsplattform bildet die komplette Wertschöpfungskette ab und generiert branchenübergreifende Synergieeffekte.

Die thematischen Schwerpunkte

Bedarfsfeld Produktion

Das verarbeitende Gewerbe ist das Rückgrat der deutschen Wirtschaft. Es erstreckt sich von der Maschinen- und Anlagenfertigung über die Herstellung von Chemie-, Metall- und Kunststoffprodukten bis hin zur Ernährungswirtschaft und Textilindustrie. Insbesondere in Hochlohnländern unterliegt die Produktion einer stärkeren Derivatbildung und Diversifikation. Die deutschen Unternehmen haben genau dann klare Wettbewerbsvorteile, wenn es um Produkte oder Prozesse von höchster Komplexität, absoluter Präzision, maximaler Wertschöpfung und die Einbindung von technologischen Schlüsseldisziplinen geht. Infrastrukturen und Logistikabläufe sind im internationalen Vergleich deutlich besser organisiert und ausgebaut. Dies optimiert das Handling von Derivaten und verkürzt Umrüstzeiten. Um diese Wettbewerbsposition erhalten und ausbauen zu können, muss unter Berücksichtigung folgender Aspekte kontinuierlich am Innovationsprozess gearbeitet werden:

• Optimierung von Fertigungsabläufen und Steigerung der Produktivität
• Sicherung der Qualität als Merkmal deutscher Produkte (Senken von Nacharbeit und Ausschuss)
• Ressourceneinsparung (Energie, Material, Personal, Kosten) über effizientere Prozesse und eine Null-Fehler-Produktion

Bedarfsfeld Gesundheit

Die Nachfrage nach Gesundheitsleistungen und medizintechnischen Produkten expandiert weltweit kräftig. Wesentliche Gründe für die hohe Dynamik sind die demografische Veränderung in den entwickelten Volkswirtschaften sowie eine verbesserte Infrastruktur in Schwellen- und Entwicklungsländern. Gleichzeitig steht diese Branche unter einem hohen Innovations- und Kostendruck. Wesentliche Innovationen entstehen an den Schnittstellen „Arzt und Patient“ sowie „Arzt und diagnostisches/therapeutisches System“. Hier liegen die Hebel für eine Verkürzung des diagnostischen Prozesses und zugleich für effektive und effiziente diagnostische Systeme mit integrierter Therapie (Theragnostik).

Bedarfsfeld Mobilität

Der Straßenverkehr wird in den nächsten Jahren erheblich zunehmen. Bis zum Jahr 2020 und darüber hinaus ist sowohl im Individual- als auch im Straßengüterverkehr von einem starken Wachstum auszugehen. Um den Verkehrsfluss und die hohen Sicherheitsstandards auf deutschen Straßen aufrechtzuerhalten und die Unfallzahlen weiter zu reduzieren, zählen aktive Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme zu den Schlüsseltechnologien. Eine wesentliche Komponente künftiger Systeme ist die dreidimensionale Erfassung und Analyse des Umfeldes sowie des Innenraumes und des Fahrers.

Bedarfsfeld Sicherheit

Die Globalisierung lässt Güterverkehr, Personenmobilität und Geldtransfer rapide anwachsen. Aufgrund der erhöhten Sicherheitsanforderungen an Flug- und Seehäfen, Grenzübergängen oder in Hightech-Firmen werden schnelle und sichere Systeme zur Überwachung von Personenströmen, zur Identifikation von Gefahrenpotenzialen oder zur Beschleunigung der Identitätsprüfung bei Sicherheitskontrollen benötigt. So ist eine schnelle und sichere Erkennung von Personen die Grundlage für eine effektive und effiziente Arbeit von Polizei und Sicherheitsbehörden. Ein totales Überwachungsszenario darf und muss dabei nicht erzeugt werden. Hotels und Casinos vertrauen auf biometrische Erkennungssysteme zur Einhaltung von Vorschriften und zur Schaffung einer sicheren Umgebung für ihre Gäste und Angestellten. Die Authentifizierung erfolgt derzeit meist über Sicherheitsdokumente oder Chipkarten mit einer nur schwachen Zuordnung zur benutzenden Person. Bisherige 2D-Systeme (Finger-, Ganzhand-, Gesichts- oder Iris-Scanner) haben eklatante Nachteile: Sie erfordern eine kooperative Mitwirkung der Zielperson, erfassen nur frontale Bilder und sind zumeist höchst zeitaufwendig. Die Allianz 3Dsensation verfolgt Ansätze der berührungsfreien, 3D-basierten biometrischen Identitätsprüfung und Analyse von Personenströmen.

Die Partner

Am Konsortium 3Dsensation beteiligen sich aktuell 20 Forschungsinstitute. Die Innovationsallianz kooperiert mit über 40 Unternehmen aus der Industrie und kann auf verschiedene Netzwerke innerhalb der Partner zurückgreifen. Die dadurch entstehenden "Cross Border Synergien" fördern die Innovationskraft und ermöglichen 3Dsensation, eine schnelle Marktdurchdringung der neuen Technologien zu forcieren.

Daten im Überblick

• Über 45 Unternehmen, darunter 30 kleine und mittelständische Unternehmen
• Über 30 Unternehmen aus den neuen Bundesländern
• Entwickler von Speziallösungen und global agierende Großunternehmen mit Zugang zum Endkundenmarkt
• 20 Forschungsinstitute aus allen neuen Bundesländern
• Interdisziplinäre Zusammenarbeit der Arbeits-, Sozial-, Rechts-, Natur-, Ingenieur-, Kognitions- Geistes-, Kreativ- und Medizinwissenschaften

Kontakt

Fraunhofer IOF
Prof. Dr. Andreas Tünnermann
Albert-Einstein-Straße 7
07745 Jena
Tel.: 0364 1807-201
E-Mail: andreas.tuennermann[at]iof.fraunhofer.de
www.3d-sensation.de

Zum Beitrag "Innovationen zum Anfassen" aus der Rubrik "Im Blickpunkt"