Dieser Forschungsschwerpunkt wurde im Rahmen der Forschungsinitiative des Landes Rheinland-Pfalz im Juni 2008 an der TU Kaiserslautern eingerichtet.
Der Landesforschungsschwerpunkt AmSys befasst sich mit Technologien und Anwendungen ambienter Systeme. Unter ambienten Systemen versteht man eine neue Generation eingebetteter Systeme, die ihre Aufgabe weitgehend autonom und bedienungsfrei erledigen, wobei ihr Handlungsrahmen durch proaktive Beobachtung und Interpretation ihrer Umgebung über Sensornetzwerke aufgespannt wird. Hinter ambienten Systemen verbirgt sich eine anspruchsvolle IT-Systemvision, durch die die Fähigkeiten und Fertigkeiten des Menschen in Beruf, Alltag und Freizeit wirkungsvoll verstärkt werden können.
Ambiente Systeme sind informationstechnische, verteilte, selbstorganisierende, miniaturisierte Systeme, die über intelligente Sensorik und Aktorik verfügen und häufig drahtlos kommunizieren. Hier ist gegenwärtig weltweit ein schneller wissenschaftlicher und technischer Fortschritt zu verzeichnen, bedingt u. a. durch die Entwicklung im Bereich der technologischen Grundlagen sowie der fortschreitenden Miniaturisierung und Integration von Systemkomponenten. Es wird allgemein erwartet, dass durch ambiente Systeme ein erheblicher Teil der zukünftigen Wertschöpfung in den Industrienationen stattfinden wird (siehe auch Hightech-Strategie IKT2020).
Die Forschung zu den Technologien ambienter Systeme in diesem Schwerpunkt konzentriert sich auf die Bereiche Hardware-Plattformen (adaptive/rekonfigurierbare Architekturen, System-on-Chip, Robotik), Regelung (Vernetzung, Sensorik, Aktorik, Echtzeit), Kommunikation (Sensornetze, drahtlose Kommunikation, Navigation und Lokalisation) und Software-Architekturen (Adaptivität, Verteilung, Mensch-Maschine-Interaktion).
Anwendungen ambienter Systeme werden in den Bereichen Medizin (z.B. Notfallerkennung, Rekonvaleszenz), Assisted Living, Produktion und Freizeit wissenschaftlich untersucht und interdisziplinär entwickelt.
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Ambient Assisted TrainingDas diesem Demonstrator zugrunde liegende 'Ambient System' soll das Training einer Rennradgruppe optimieren. |
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Szenario |
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Angenommen wird eine Rennradgruppe von 2 bis 30 Radfahrern. Jeder Radfahrer verfügt über sein eigenes Leistungsprofil und einen eigenen Trainingsplan. Radfahrer und Rennräder sind mit einer Vielzahl von Sensoren (Geschwindigkeit, Puls, Leistungsmessung, Wind etc.) ausgestattet. Die Fahrräder sind untereinander und mit einer Trainereinheit, auf der die Anwendung läuft, über ein Ad-hoc-Funknetz verbunden. Die Aufgabe des 'Ambient Systems' ist die Optimierung des Trainings für die gesamte Gruppe. Dies bedeutet, dass die Differenzen zwischen aktuellem Training und Trainingsplan für alle Radfahrer gleichermaßen minimiert werden sollen. Die Trainingsfahrt ist so zu planen und zu steuern, dass jeder Radfahrer seinen Trainingsplan soweit wie möglich erreicht. In einem weiterführenden Szenario soll auch das Renngeschehen einer Rennradgruppe unterstützt werden. Mit derselben Technologie besteht dann die Aufgabe darin, ein Rennen zu gewinnen, d.h. auf Basis der gespeicherten Leistungsdaten und der während des Rennens ermittelten Tageskondition und Sensordaten die Renngruppe so zu steuern, dass eine vorgegebene Strecke von A nach B von einem der Fahrer in minimaler Zeit durchfahren wird. Selbstverständlich kann mit einem solchen 'Ambient System' auch das Training eines einzelnen Sportlers unterstützt werden. Die Vorteile eines 'Ambient Systems' im Bereich des Trainings soll an zwei Beispielen konkretisiert werden. Es handelt sich zum einen um ein Einzeltraining und zum anderen um ein Gruppentraining. Einzeltraining
Gruppentraining
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Relevanz für ein 'Ambient System' |
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Die wissenschaftlichen Herausforderungen für ein 'Ambient System' liegen insbesondere auf den Gebieten
Das oben in der Einführung beschriebene Szenario ist eine Kurzzusammenfassung eines realistischen Szenarios. Die geschilderten Aufgaben des 'Ambient Systems' werden heute durch einen Trainer mehr oder weniger gut ausgeführt. Der Trainer kennt generell die Qualitäten der Radfahrer, er kennt aber nicht die genaue aktuelle Situation im Training oder Rennen. Hier gibt es noch viel Raum für Verbesserungen durch ein 'Ambient System', wie Herr Mühlfiedel, Leiter der Rennradabteilung des Heinrich-Heine-Gymnasiums (Sportelitegymnasium neben unserer Universität) bestätigte. Das Szenario umfasst für sich genommen schon genügend AmSys-relevante Fragestellungen. Gefundene Lösungen lassen sich auch auf andere AmSys-Bereiche übertragen. Viele der Fragestellungen sind typisch für AmSys, was das Szenario und einen zugehörigen Demonstrator für den FSP so interessant macht. Beispiele für AmSys-Forschungsfragen sind:
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Demonstrator |
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Der Forschungsschwerpunkt hat Mitte 2004 begonnen, einen Demonstrator für das Fahrradszenario zu entwickeln. Der Demonstrator umfasst vier Rennräder, die mit verschiedenen Sensoren und einem Funknetzwerk ausgerüstet sind (s.u.). Der Demonstrator wird so ausgelegt, dass mittelfristig auch Experimente mit Leistungssportlern des kooperierenden Heinrich-Heine-Gymnasiums durchgeführt werden können. ![]() Outdoor-Demonstrator Weiterhin ist geplant, dass der Demonstrator sowohl im Freien ("Outdoor-" bzw. "Real-life Demonstrator") als auch im Raum ("Indoor-" bzw. "VR Demonstrator") eingesetzt werden kann. Für letzteres sind die Fahrräder mit zusätzlichen Ergometer-Rollenständen und einer entsprechenden Simulation und Visualisierung ausgestattet. Der Simulator wird hier die Bremskräfte über die Ergometer vorgeben. ![]() Indoor-Demonstrator ![]() Indoor-Demonstrator Visualisierung Screenshot |
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Realisierung |
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Folgende Aufgaben werden aktuell bearbeitet:
Mit den aktuell verfügbaren Prototypen wurden bereits erste Experimente erfolgreich durchgeführt:
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Visionen |
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Abschließend seinen noch einige Visionen rund um dem Assisted-Training-Demonstrator aufgelistet: Indoor-Demonstrator
Outdoor-Demonstrator
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Presse |
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Zeitungsartikel "Der Computer gibt das Tempo vor" aus "Die Rheinpfalz" Kaiserslautern Nr.178 vom 01.08.2008. |
Letze Änderung: 15.06.2015