Index

Mobilitätseinschränkungen haben weitreichende Folgen für den Alltag der Betroffenen und führen neben der körperlichen Einschränkung häufig auch zu psychischen Problemen. Der Rollstuhl stellt für die Betroffenen die einzige Möglichkeit dar, am täglichen Leben teilzunehmen. Aufgrund von Funktionseinschränkungen der oberen Extremitäten, beispielsweise durch eine Querschnittlähmung, können jedoch nicht alle Menschen mit Behinderung einen klassischen Rollstuhl bedienen. Auch die Bedienung eines elektrisch angetriebenen Rollstuhls ist davon betroffen. Neben körperlichen Einschränkungen können auch unzureichende motorische oder kognitive Fähigkeiten ein Hindernis für die selbstständige Nutzung eines Rollstuhls darstellen und damit die Teilhabe am täglichen Leben einschränken. 

Ziel von EMGRoll ist die Erforschung eines Sensorkits, das durch die Kombination von EMG-Signalen und Sensoren zur Umgebungserfassung eine intuitive und assistierte Steuerung von elektrisch angetriebenen Rollstühlen ermöglicht. Basierend auf der Erkenntnis, dass bei den meisten querschnittgelähmten Patienten noch eine neuronale Verbindung zwischen Gehirn und Muskeln besteht, hat das n-squared lab unter Leitung von Prof. Dr. Alessandro Del Vecchio ein Brain-Machine-Interface entwickelt. Dieses soll in EMGRoll auf die unteren Extremitäten erweitert werden, um die Bewegungsintention der Beine zu messen und an die Steuerung des Rollstuhls weiterzugeben. Um die Bewegungsintention intelligent an die Umgebung anzupassen, soll die vom Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) unter Leitung von Prof. Dr. Jörg Franke entwickelte autonome Navigation für Rollstühle genutzt werden, um eine geteilte Steuerung des Rollstuhls zwischen Nutzer und intelligenter Maschine zu erforschen. 

Glaukome sind weltweit eine der häufigsten Ursachen für Erblindungen und betreffen insbesondere ältere Menschen. In Deutschland erkranken etwa 2-4 % der über 65-Jährigen an dieser Krankheit, was jährlich zu 1.000 Neuerblindungen führt.

Das Glaukom entsteht durch eine Degeneration der neuronalen Ganglienzellen im Sehnerv, häufig infolge eines erhöhten Augeninnendrucks (IOD). Dieser erhöhte Druck ist ein wesentlicher Risikofaktor, und seine Senkung bleibt die einzige Behandlungsoption. Die frühzeitige Erkennung und Behandlung dieser Degeneration ist essentiell, da der bisherige Verlust der Sehfähigkeit nicht rückgängig gemacht werden kann. Für eine optimale Diagnose und Therapieplanung ist die Erfassung einer Tagesdruckkurve notwendig, da diese über den Tagesverlauf stark schwankt.

Um eine augenschonende und selbstständige Messung zu ermöglichen, wurde am BIMAQ ein Konzept erarbeitet, bei dem der IOD kontaktlos aus der Schwingungscharakteristik des Auges bestimmt wird. Da die Messung indirekt erfolgt und von der Handhabung des Geräts abhängig ist, sollen die Ergebnisse im Projekt PreciEye über zusätzliche Sensorik und durch maschinelles Lernen abgesichert werden.

Weltweit leiden 50 Millionen Menschen unter neuromotorischen Beeinträchtigungen der Hand aufgrund einer Rückenmarksverletzung oder eines Schlaganfalls. Infolgedessen sind diese Menschen in den Aktivitäten des täglichen Lebens enorm eingeschränkt. Es wurde bereits gezeigt, dass Neuroorthesen die Hände gesunder Menschen bewegen können. Allerdings gibt es noch Forschungs- und Entwicklungsbedarf, um einzelne Finger einer gelähmten Hand zu bewegen. Das Projekt GraspAgain zielt mit einer intelligenten Neuroorthese darauf ab, die Handfunktion von Menschen mit neuromuskulären Einschränkungen wiederherzustellen. Das Projekt umfasst zwei Forschungsschwerpunkte: ein nichtinvasives Brain-Machine-Interface und eine Mechatronik. Ein interdisziplinäres Projektteam mit hoher Fachexpertise kann bereits auf gemeinsame Vorarbeiten zurückgreifen. Wir sind der Überzeugung, mit GraspAgain ein revolutionäres Produkt erschaffen zu können, das Menschen mit Handbeeinträchtigungen wieder ein unabhängigeres Leben ermöglichen soll.

Das Forschungsprojekt „Kicks4Edge“ zielt darauf ab KMU dazu zu befähigen ihre Produktion und Prozesse mithilfe von Cloud-Edge-Technologien zu digitalisieren. Hierfür fördert das Projekt die Interoperabilität von heterogenen Produktions- und Steuerungssystemen sowohl durch Konnektivität und Schnittstellen als auch durch neue Software- und Serviceangebote für offene industrielle Edge-Systeme und digitale Geschäftsmodelle. Außerdem soll ein offenes „Industrial Edge Ökosystem“ gefördert und gepflegt werden.

Produzierende Unternehmen können sich für ein Starter Paket (Industrial Edge Test Kit) bewerben und bekommen im Rahmen von Workshops den Umgang mit dem Starter Paket beigebracht. Anschließend können die Unternehmen mit einem Starter Paket verschiedene Edge-Anwendungsfälle bei sich ausprobieren und valideren.

Im Anschluss an diese Testphase führt der Lehrstuhl FAPS in Kooperation mit dem Lehrstuhl Wi1 qualitative Interviews mit den Unternehmen durch. Basierend auf diesen Interviews wird im Zuge des Projekts ein „Edge Playbook“ erstellt, welches als Leitfaden zum Einsatz von Edge Devices in verschiedenen Anwendungsszenarien dienen soll, um Anwender bei der Identifikation, Entwicklung und Umsetzung ihrer eigenen Use Cases zu unterstützt.

Die Umsetzung der Kalksandstein-Roadmap erfordert u.a. Maßnahmen im Bereich der Digitalisierung. Hier ist eine Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen durch optimalen Betrieb von Autoklavensystemen möglich. Herzstück des Autoklavierungsprozesses ist in jedem KS-Werk das Dampfsystem. In den meisten KS-Werken sind Anlagentechnik und Steuerung prinzipiell ähnlich aufgebaut. Durch unterschiedliche Anlagendetails und Prozessspezifika ergibt sich jedoch ein anlagenspezifisches Verhalten des Dampfsystems. Aufgrund der hohen Prozesskomplexität und Systemdynamik – insbesondere bei Überleitvorgängen – ist eine vollständig algorithmische Modellierung nur mit hohem experimentellem Aufwand zu erreichen. In der Folge können die korrekten Betriebsparameter für die Anlagen nur aus Erfahrungswerten geschätzt werden. Häufig wird leider zugunsten des Durchsatzes auf Energieeffizienz verzichtet. Mit diesem Forschungsprojekt soll deshalb durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz eine aufwandsärmere Methodik erforscht werden, wie ein energieoptimaler Betrieb von Autoklavensystemen erreicht werden kann. Dafür soll eine KI-Software aus vorliegenden Produktionsdaten das werksspezifische Verhalten der Dampfsysteme erlernen. Ein sog. „KI-Agent“ wird trainiert, der dann im Betrieb Empfehlungen zur energieoptimalen und prozesssicheren Systembedienung gibt. Als Projektziel entsteht eine Lösung, die Produzenten ohne kapitalintensive Anlagen oder Anlagenerweiterungen sowie Produktivitätsverlust zur Energieeinsparung befähigt. Am Ende steht für das einzelne Werk eine Software, die in Echtzeit die Autoklavenbedienung unterstützt. Neben der Vorhersage realer Härtezeiten werden Empfehlungen für die energieoptimale und prozesssichere Bedienung des Härteprozesses gegeben. Im Erfolgsfall kann das KS-Werk ohne Produktivitätsverlust Energie und CO2 bei der Autoklavierung einsparen. Ein formalisierter Prozess erlaubt die einfache Übertragung auf weitere Werke. Der Transfer erfolgt über mehrere Maßnahmenpakete (Seminare, Beratung, Fachveröffentlichungen, Tagungen und Kongresse, etc.).

Der Lehrstuhl FAPS bringt seine Kompetenzen insbesondere bei tiefgehenden Problemstellungen im Bereich des Machine Learnings ein und übernimmt die Führung in den zugehörigen Arbeitspaketen der Datenvorverarbeitung und der Entwicklung eines Optimierungsagenten zur Unterstützung einer energieoptimalen Autoklavierung.

Beim Projekt “SIMON” handelt es sich um einen Innovationssprint im Rahmen des Datipilot-Programmes des BMBF. Gemeinsam mit dem Projektpartner “Rittal GmbH & Co. KG” soll die Effizienz und die Digitalierung im Schaltschrankbau gesteigert werden und die Standortattraktivität Deutschland auch für die manuellen Verdrahtungstätigkeiten erhalten bleiben. Das Projekt zielt darauf ab, ein ganzheitliches Werkerassistenzsystem für die Branche des Schaltschrankbaus zu gestalten. Die angestrebte Lösung basiert auf zwei technologischen Innovationen (1 und 2) und einem holistischen Gesamtziel (3):

1. Prozesssicherer und energieeffizienter pneumatischer Transport von konfektionierten Kabeln
2. Visuelle Darstellung von Verdrahtungs- und Montageinformationen auf der Montageplatte
3. Integriertes Assistenzsystem mit vollautomatisierter Datenableitung

Teilprojekt Lehrstuhl FAPS

Das Teilprojekt des Lehrstuhl FAPS fokussiert die Erarbeitung theoretischer Grundlagen der technologischen Innovationen. Dazu werden neben einem theoretischen, analytischen Modell auch komplexe Simulationen aus Kombination von Computational Fluid Dynamics (CFD) und Discrete Element Method (DEM) für den pneumatischen Transport von biegeschlaffen Bauteilen entwickelt und validiert. Dadurch lassen sich energetische Optimierung insbesondere mit Hinblick auf den Druckluftverbrauch realisieren und die Erkenntnisse werden direkt in das Werkerassistenzsystem integriert.

Zur Visuellen Darstellung liefert der Lehrstuhl zunächst einen Ablauf zur automatisierten Datenaufbereitung von Schaltschrankkomponenten. Dazu wird Künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um 3D-Daten semantisch aufzubereiten und notwendige Informationen, wie beispielsweise die Position und Ausrichtung einer Eingangsklemme, zu ermitteln. Ferner wird es mit diesen Bauteilinformationen möglich sein, mit einer ausgewählten Visualisierungstechnologie die zu verdrahtenden Klemmen zielgenau anvisieren zu können.

Im Kontext des Gesamtziels entwickelt der Lehrstuhl ein Gesamtkonzeptes für den vollständig automatisierten Datenfluss. Dadurch wird es möglich sein, dass Werkerassistenzsystem ausschließlich mit bestehenden Daten aus dem Schaltschrank-Engineering und den Bauteildaten zu versorgen, um die Assistenzstrategie, Intralogistik und Visualisierung ausführen zu können.

Ziele des Lehrstuhl FAPS 

Der Lehrstuhl FAPS wird zum Erreichen der drei übergeordneten Ziele die im Folgenden dargestellten Arbeitsziele fokussieren und erreichen.

1. Prozesssicherer und energieeffizienter pneumatischer Transport von konfektionierten Kabeln
   • Aufstellung eines theoretischen Modells für die analytische Annährung des Transportverhaltens konfektionierter Kabel
   • Aufbau und Validierung eines Simulationsmodells des Transportverhaltens zur energetischen Optimierung des Intralogistiksystems
2. Visuelle Darstellung von Verdrahtungs- und Montageinformationen
   • Entwicklung und Validierung einer Methodik zur automatisierten, semantischen Aufbereitung von CAD-Daten und 3D-Scan Punktewolken
3. Integriertes Assistenzsystem mit vollautomatisierter Datenableitung
   • Entwicklung eines Konzeptes für den vollständig automatisierten Datenfluss

Ziele der Rittal GmbH & Co. KG

Die Fa. Rittal wird sich zum Erreichen der übergeordneten Ziele auf die experimentelle Validierung sowie die nutzerzentrierte Entwicklung des Assistenzsystems konzentrieren.

1. Prozesssicherer und energieeffizienter pneumatischer Transport von konfektionierten Kabeln
   • Experimentelle Validierung
2. Visuelle Darstellung von Verdrahtungs- und Montageinformationen
   • Auswahl und Adaption einer anwendernahen Visualisierungstechnologie zur Darstellung der notwendigen Informationen
3. Integriertes Assistenzsystem mit vollautomatisierter Datenableitung
   • Anwendernahe Entwicklung der Softwarelösung zur Visualisierung
   • Integration aller Teilsysteme in einem Montagearbeitsplatz mit Anschluss an das pneumatische Intralogistiksystem

Anwendungsnähe

Aufgrund des Charakters des Innovationssprints ist das Forschungsvorhaben sehr anwendungsnah konzipiert. Der direkte Transfer von Ergebnissen in die Industrie hat dabei oberste Priorität und wird durch projektbegleitende Anwenderworkshops und durch einen daraus resultierenden Leitfaden zur Implementierung des Werkerassistenzsystems realisiert. Interessierte Schaltschrankbauer sind herzlich eingeladen zu partizipieren und profitieren an und von anwendungsorientierter Forschung. Kommen Sie einfach auf die genannten Ansprechparter zu!

Die Anmeldephase zum ersten Anwenderworkshop ist gestartet! Hier finden Sie alle Details zur Veranstaltung.