zu diesem Thema und Infos zum Lehrstuhl - Universität Passau

Eingebettete Systeme
Lehrstuhl für
Eingebettete Systeme
Eingebettete Systeme mit
Embedded System Lab
Embedded Systems – „Eingebettete Systeme“ sind
Micro-Computersysteme, die entworfen und programmiert
werden, um spezielle Aufgaben möglichst
schnell und zuverlässig zu erfüllen. Noch vor
wenigen Jahren glaubte man, dass Eingebettete Systeme
allein in Steuermodulen von z.B. Waschmaschinen
oder Industrieanlagen verwendet werden.
Doch spätestens seit dem immensen Zuwachs von
Elektronik in der Automobilindustrie, der Einführung
von Smartphones und Unterhaltungselektronik ist
klar, dass Embedded Systems heutzutage in fast
allen Geräten versteckt sind. Systeme, wie beispielsweise
das iPhone der Firma Apple, zeigen, welches
Potenzial in diesen kleinen Mikrocomputern steckt
und wie sehr diese uns das alltägliche Leben erleichtern
können.
Mit der schnell fortschreitenden Entwicklung im
Bereich der Informationstechnologie und ihrem
Einfl uss auf die Embedded Systems werden die
Micro-Computersysteme immer leistungsfähiger
und mächtiger. Schon heute wird in der Forschung
daran gearbeitet, die Embedded Systems immer
weiter in Anwendungsszenarien des alltäglichen
Lebens zu integrieren, um diese allgegenwärtig zu
machen (Ubiquitous Computing). Ein weiterer gro-
Prof. Dr. Paul Lukowicz
Sekretariat:
Isabella Artweger
Ingrid Fehrer
Mitarbeiter:
Karl Stockinger
Wiss. MitarbeiterInnen:
Dr. Jingyuang Cheng
David Bannach
Gerald Bauer
Agnes Grünerbl
Matthias Kreil
Kai Kunze
Josef Neuburger
Georg Ogris
Gerald Pirkl
ßer Forschungsbereich beschäftigt sich mit der Vernetzung
von verschiedenen Geräten, die Embedded
Systems enthalten. Der so ermöglichte Informationsaustausch
bringt eine funktionale Fusion dieser
Geräte und erlaubt somit wesentlich komplexere
Dienste. Ein praktisches Anwendungsszenario, das
im Moment entwickelt wird, sind Car-To-Car Kommunikationssysteme.
Dabei versuchen Fahrzeuge,
Unfall- und Stauinformationen rechtzeitig an andere
Verkehrsteilnehmer weiterzugeben.
Der Lehrstuhl für Eingebettete Systeme (Embedded
Systems Lab – ESL) der Universität Passau beschäftigt
sich vor allem mit dem Einsatz von Embedded
Systems im Bereich der Aktivitätserkennung und des
„Ubiquitous Computing“.
Wearable Computing
Die Hauptaufgabe des Wearable Computing ist es,
die Computersysteme so zu entwerfen, dass sie von
den Nutzern mitgeführt werden können, ohne diese
in ihren alltäglichen Aufgaben zu behindern. Somit
wird erreicht, dass der Computer nicht mehr länger
als ortsgebundener Arbeitsplatz für den Menschen
dient, sondern diesen begleitet und jederzeit unterstützen
kann – falls es gewünscht ist.
Activity Recognition – Aktivitätserkennung
Die Erkennung von Personenaktivitäten kann in vielen
verschiedenen Bereichen genutzt werden. An-
Anwendungsgebiet: Industrie
In Zeiten von immer komplexer werdenden Maschinen
und Geräten werden Reparaturen und Montagen immer
fehleranfälliger und sie sind kaum noch ohne Handbuch
oder Checkliste möglich. Da die Möglichkeiten, neben den
Maschinen auch einen Computer zu bedienen, sehr eingeschränkt
oder zeitintensiv sind, erfassen Sensoren an
Händen und Werkzeugen die Bewegungen des Benutzers.
Ein Computer kann den Fortschritt der Arbeiten verfolgen,
passende Anleitungen zur Verfügung stellen und den Ab-
lauf der Arbeiten überwachen, um vor vergessenen oder
fehlerhaften Arbeitsschritten zu warnen.
gefangen von neuen Bedienkonzepten durch Gesten
bis hin zu Systemen, die die Korrektheit einer
getätigten Aktivität prüfen, ist alles möglich. Schon
jetzt werden erste Systeme für Aktivitätserkennung
im Bereich der Unterhaltungselektronik kommerziell
vertrieben. Das vielleicht populärste Produkt da-
runter ist die Wii Spielkonsole der Firma Nintendo,
die neben konventionellen Eingabegeräten auch
durch reale Gesten gesteuert werden kann. Viele
Forschungsabteilungen arbeiten an der Weiterent-
wicklung und Verbesserung der verschiedenen Aktivitätserkennungssysteme
mit dem Ziel, in Zukunft
auch in anderen Bereichen zuverlässige Produkte zu
entwerfen, die unser Leben einfacher und sicherer
gestalten.
Wartungsarbeiten werden vom Computer überwacht und unterstützt.
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Einparken im Handumdrehen
Anwendungsgebiet: Sport & Medizin
Anwendungsgebiet: Spiel & Alltag
Im Hochleistungssport hängt der Erfolg unter anderem von optimalen
Trainingsbedingungen ab. Dazu werden häufig einzelne
Übungen gefilmt und anschließend analysiert. Auf diese Weise
werden bisher die Trainingsabläufe nachträglich kontrolliert und
angepasst. In Zukunft können z.B. Drucksensoren in der Sportkleidung
die Aktivität einzelner Muskelstränge registrieren. In
Trainings- und Rehaszenarien lassen sich die Aktivitäten live
während des Sports verfolgen, Bewegungsabläufe analysieren
und Hinweise auf Verbesserungen geben.
Sensorknoten zur Indoor-Navigation
Gesten statt Tasten: Ein Sensorhandschuh registriert die typischen
Bewegungen beim Einweisen in eine Parklücke – der Computer versucht
diese richtig zu erkennen und steuert das Fahrzeug nach den
Handzeichen. Da Computer den Menschen bei immer mehr Tätigkeiten
unterstützen, werden Eingabegeräte benötigt, die den Benutzer
möglichst wenig einschränken und behindern. In Zukunft können
nicht nur Computerspiele sondern auch komplexere und wichtigere
Systeme mit einfachen Gesten gesteuert werden.
Anwendungsgebiet: Katastrophenschutz
Drucksensoren zur Messung der Muskelaktivität
Bei einem Gebäudebrand kann dichter Rauch die Sicht der Rettungskräfte
stark einschränken und die Orientierung behindern. Auch
besteht immer die Gefahr, dass der Rückweg plötzlich abgeschnitten
wird. Um die Sicherheit der Helfer nicht zu gefährden, müssen
zu jeder Zeit ihre Positionen und freie Fluchtwege bekannt sein.
Intelligente Sensorknoten, die beim Betreten des Gebäudes in
regelmäßigen Abständen zurückgelassen werden, organisieren
sich zu einem Netzwerk, das die Rückzugswege überwacht und als
Navigationssystem für die Einsatzkräfte dient.
Anwendungsgebiet: Sport & Freizeit
Sport ist gesund, birgt jedoch auch Verletzungsrisiken. Besonders ohne
qualifiziertes Trainingspersonal wächst die Gefahr, durch Unachtsamkeit
oder falsch erlernte Bewegungsabläufe Muskeln und Gelenke zu schädigen.
In Zukunft werden Computer verstärkt auch in diesem Bereich
eingesetzt: Beschleunigungs- und Gyroskopsensoren messen die Bewegungen
der Arme und vergleichen die Daten mit aufgezeichneten Mustern.
Der Benutzer steht unter der Aufsicht eines Trainingsprogramms,
das ihn wie ein echter Trainer durch die Übungen begleitet.
Eine Überwachungskamera erkennt
und verfolgt Bewegungen im Raum.
Anwendungsgebiet: Healthcare
Traditionelle Eingabegeräte sind für viele Anwendungsbereiche
nur bedingt geeignet. Oft werden die
Hände des Benutzers für andere Tätigkeiten benötigt
oder ihre Benutzung bringt weitere Einschränkungen
mit sich, wie zum Beispiel im medizinischen Bereich:
Der Griff zum unsterilen Notebook behindert den
reibungslosen Ablauf einer Visite. Ein kapazitives Sensorarray
im Kittel erlaubt es dem Arzt hingegen, einen
Computer mit einfachen Handbewegungen zu steuern,
ohne unsterile Gegenstände berühren zu müssen.
Anwendungsgebiet: Home Monitoring
Trainieren mit Unterstützung des Computers
Mit Hilfe verschiedener Sensoren (Kameras, RFID, etc.) in Alltagsgegenständen
und der Umgebung können Aktivitäten von Personen
und ihrer Umwelt (z.B. Benutzung von Haushaltsgeräten) festgestellt
werden. Die Kombination dieser Informationen erlaubt es, komplexe
Handlungsabläufe zu erkennen. Dies schafft die nötigen Grundlagen,
um den Benutzer zu unterstützen und Gefahren zu erkennen: Von
eingeschalteten Herdplatten, offenen Wasserhähnen bis zum medizinischen
Notfall können Probleme früh bemerkt und notwendige
Maßnahmen eingeleitet werden.
...über einem Sensor-Array...
Bewegungen der Hand...
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