Mensch klopft Befehle, Technik lauscht und reagiert

Maschinen sollen Schallwellen fühlen lernen

Anders als das menschliche Gehirn kann eine Maschine nicht ohne weiteres den Ort und die Art von Berührungen durch Tastsinn und Gehör bestimmen. Im Rahmen des EU-Forschungsprojekts "Tangible Acoustic Interfaces for Computer-Human Interaction (TAI-CHI)" soll dies geändert werden, damit die Interaktion zwischen Mensch und Maschine auch durch akustische Reize möglich ist und sich so durch gezielt erzeugte Schallwellen Maschinen steuern lassen.

Die Einsatzmöglichkeiten für diese Technik sind laut des Diplom-Geophysikers Wolfgang Rolshofen vielfältig. Rolshofen geht in seiner Forschungsarbeit an der TU Clausthal im Institut für Maschinenwesen der Frage nach, wie sich der menschliche Tastsinn auf Maschinen übertragen lässt. Die Wissenschaftler des Projekts stellen sich vor, dass der Gast im Restaurant einfach auf den Tisch klopft, um eine Bestellung aufzugeben. Denkbar sei es auch, den Türschlüssel zu ersetzen, indem bestimmte Bereiche der Türfläche in einer festgelegten Reihenfolge wie ein Code berührt werden oder vom Sofa aus der Fernsehsender durch Klopfsignale gewechselt wird.

An dem EU-Projekt TAI-CHI, dessen eingangs genannter voller Titel übersetzt soviel wie "berührbare akustische Schnittstellen zwischen Computer und Mensch" bedeutet, sind neben der TU Clausthal auch Partner aus Großbritannien, Frankreich, Italien und der Schweiz beteiligt. Alle arbeiten daran, ein geeignetes Verfahren zu entwickeln, um die Klopfsignale örtlich zu bestimmen und so das Zusammenspiel zwischen Mensch und Maschine zu ermöglichen.

Die Grundlage für das Verfahren sind Schallwellen, die sich nach einer Berührung in einem Festkörper aus Stahl, Holz oder Glas ausbreiten. Beim Klopfen, Berühren oder Kratzen über solche Objekte wird eine Schallwelle erzeugt, die sich dann in Abhängigkeit der Materialparameter ausbreitet. Die Wissenschaftler des Forschungsprojekts arbeiten an einer Technik, um die Quelle oder den Ursprungsort und die Ausbreitung des akustischen Signals zurückzuverfolgen, heißt es in einer Mitteilung der TU Clausthal.

Verwandt sei die Technologie mit dem Prinzip der Holographie, nur werde im TAI-CHI-Projekt das Verfahren vom optischen auf den akustischen Bereich übertragen: Wellen lassen sich in Abhängigkeit ihrer Frequenz durch Amplitude und Phase beschreiben. Die Amplitude gibt die Stärke an und die Phase zeigt die Schwingung zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem Ort. Mit diesen Informationen der akustischen Welle soll der Ort der Quelle angegeben werden.

Zudem werden in dem TAI-CHI-Projekt neben der "akustischen Holographie" weitere Verfahren untersucht und eingesetzt. Dazu zählen die Laufzeitmessung und Zeitumkehr des Signals. Für die Laufzeitmessung kann bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle im Festköper durch die jeweilige Signallaufzeit zu den Sensoren der Abstand zur Quelle bestimmt werden. Nachteil dieses Verfahrens sei, dass eine ausgiebige Trainings- bzw. Kalibrierungsphase nötig ist, in der der Sensor erst lernen muss, die Signale lokal einzuordnen. Mit nur einem Mess-Sensor soll ein erfolgreiches Lokalisieren durch das Zeitumkehrverfahren möglich sein.

Im Rahmen des Projektes sind laut der TU Clausthal bereits Prototypen entstanden, die hinsichtlich Genauigkeit der jeweiligen akustischen Signale weiter untersucht und verbessert werden sollen. Das Zappen durch das Fernsehprogramm durch Klopfen auf den Tisch sei damit bald keine Zukunftsmusik mehr.