So nah und doch so fern
Von Achim Killer · 12.01.2011
Chirurgen, die Miniroboter durch die Körper ihrer Patienten steuern, Mechaniker, die von der Erde aus an Satelliten im All herumschrauben: Ein interdisziplinäres Forscherteam arbeitet an der Technik der "Telepräsenz".
Ein äußerst seltsames Wort ist es ja schon: Telepräsenz. "Präsenz" bedeutet, im Hier und Jetzt zu sein. "Tele" wiederum heißt "fern", also das gerade Gegenteil vom Hier und Jetzt. Und eben darum ging es den Münchner Forschern in den vergangenen 12 Jahren, darum, den Unterschied zwischen Ferne und Nähe aufzuheben. Das ist Telepräsenz, sagt Professor Gerhard Hirzinger vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt:
"Übersetzt heißt das: Man möchte in der Ferne präsent sein, übersetzt: Man möchte irgendwo agieren, ohne dass man da selber hinkommt."
Der Weltraum ist fern – und unwirtlich dazu. Deshalb schicken Forscher dorthin gerne Automaten und Roboter. Allerdings manchmal wäre es halt doch besser, wenn man vor Ort sein könnte.
"Aber wir haben die Erfahrung gemacht mit unseren Experimenten, die wir im Weltraum schon gemacht haben mit Robotern, dass es unglaublich hilfreich ist, wenn man zu jeder Zeit umschalten kann von einem automatischen Ablauf in einen von der Erde aus direkt vom Menschen aus gesteuerten Ablauf. Denn die Roboter werden noch über viele Jahre nicht so total intelligent sein, dass sie sich auf jede Problemsituation einstellen können."
Nun ist Telesehen, Fernsehen, ja ein alter Hut. Mit einer Kamera und etwas Funktechnik lässt sich hier viel machen. Weitaus schwieriger ist es schon, die anderen Sinneseindrücke aus der Ferne heranzuholen, das Gefühl beispielsweise. Und darauf ist ein Techniker angewiesen, der etwa auf der Erde einen Satelliten im All repariert. Wenn er eine Schraube anzieht, will er fühlen, wie fest sie sitzt. Drucksensoren können ihm dieses Gefühl vermitteln. Und damit die entsprechenden Signale möglichst effizient übermittelt werden, haben die Münchner Forscher ein Verfahren entwickelt, um Krafteindrücke zu komprimieren, so wie für mp3-Dateien die akustische Information komprimiert wird.
"Also wir haben uns an diesem Sonderforschungsbereich natürlich mit dem Gefühl an der Fingerspitze, mit dem Gefühl im Arm, mit dem kinästhetischen Feedback, also Krafteindrücken im menschlichen Körper beschäftigt, aber auch mit Dingen wie Riechen. Also mit Teleriechen haben wir uns zeitweise beschäftigt und auch mit der Übertragung von Temperatureindrücken. Manchmal ist es halt einfach so, dass die Objekte gleich aussehen und die haben unterschiedliche Temperaturen. Und natürlich das Standard-Multimediale, in dem Sinne, dass man 3-D-Sehen und –Hören hat."
So Professor Martin Buss vom Lehrstuhl für Steuerungs- und Regelungstechnik der TU München. Das Fühlen oder die Haptik über größere Distanzen hinweg ist auch wichtig für die Telemedizin, sagt Dr. Angelika Peer vom selben Institut.
"Wenn man ohne Haptik teleoperiert, dann habe ich kein Gefühl dafür, wie fest ich beispielsweise ein Gewebe anfasse. Das heißt, es kommt dann zu Verletzungen, die ich einfach nur aufgrund dieses fehlenden Kraft-Feedbacks habe. Und wenn ich jetzt ein Kraft-Feedback hinzufügen kann, dann kann ich Heilungszeiten verringern für den Patienten. Und deswegen ist das besonders wichtig für chirurgische Systeme."
Die Medizin ist eines der wichtigsten Anwendungsfelder für die Telepräsenz. Sie hilft, Distanzen zu überwinden - oder auch Dimensionen. Bei der minimal invasiven Chirurgie etwa, wird das Operationsbesteck über kleine Öffnungen in den Körper des Patienten eingeführt und dann von außen ferngesteuert. Praktisch dabei: Wenn der Chirurg zittert, lässt sich das aus den Steuerungssignalen herausrechnen, und einfache Arbeiten können ein intelligentes Skalpell oder eine intelligente Pinzette selbstständig erledigen.
"Ich muss auch nicht jede Knotenbewegung selber machen. Also Verknoten in der minimal invasiven Chirurgie, das ist so eine kleine Aktion. Da müssen die beiden Zangen sich ein bisschen um einander bewegen. Sie müssen den Faden automatisch aufgreifen. Das könnte ich ja vielleicht auch dem Roboter überlassen. Da ist er ja nur für ein, zwei Sekunden mal selber beschäftigt. Und ich überwache das, nehme aber dann sofort die Steuerung wieder selber in die Hand."
Chirurgen, die Miniroboter durch die Körper ihrer Patienten steuern, und Mechaniker, die von der Erde aus an Satelliten im All herumschrauben – oft hört es sich nach Science Fiction an, woran Telepräsenzforscher arbeiten. Aber sowohl die minimal invasive Chirurgie, als auch die Telemanipulation im Weltraum sind bereits Wirklichkeit. Gänzlich phantastisch allerdings wird es, wenn die Telepräsenzforscher ihre Techniken für Ausbildungszwecke einsetzen. Dann bauen sie Modelle, mit denen sich Atome oder Sterne anfassen lassen, und die kleinsten oder die allergrößten Kräfte werden dann fühlbar. Professor Buss etwa hat an seinem Lehrstuhl einmal ein schwarzes Loch aus dem Weltall modelliert, damit es die Studenten begreifen - im wahrsten Sinne des Wortes.
"Man hat also ein Objekt in der Hand gehabt und hat die Kräfte spüren können, wenn das Objekt immer näher an das schwarze Loch herangeführt wird. Und das ist halt ein Konzept, das man bis hin zur Ausbildung in der Physik benutzen kann."
"Übersetzt heißt das: Man möchte in der Ferne präsent sein, übersetzt: Man möchte irgendwo agieren, ohne dass man da selber hinkommt."
Der Weltraum ist fern – und unwirtlich dazu. Deshalb schicken Forscher dorthin gerne Automaten und Roboter. Allerdings manchmal wäre es halt doch besser, wenn man vor Ort sein könnte.
"Aber wir haben die Erfahrung gemacht mit unseren Experimenten, die wir im Weltraum schon gemacht haben mit Robotern, dass es unglaublich hilfreich ist, wenn man zu jeder Zeit umschalten kann von einem automatischen Ablauf in einen von der Erde aus direkt vom Menschen aus gesteuerten Ablauf. Denn die Roboter werden noch über viele Jahre nicht so total intelligent sein, dass sie sich auf jede Problemsituation einstellen können."
Nun ist Telesehen, Fernsehen, ja ein alter Hut. Mit einer Kamera und etwas Funktechnik lässt sich hier viel machen. Weitaus schwieriger ist es schon, die anderen Sinneseindrücke aus der Ferne heranzuholen, das Gefühl beispielsweise. Und darauf ist ein Techniker angewiesen, der etwa auf der Erde einen Satelliten im All repariert. Wenn er eine Schraube anzieht, will er fühlen, wie fest sie sitzt. Drucksensoren können ihm dieses Gefühl vermitteln. Und damit die entsprechenden Signale möglichst effizient übermittelt werden, haben die Münchner Forscher ein Verfahren entwickelt, um Krafteindrücke zu komprimieren, so wie für mp3-Dateien die akustische Information komprimiert wird.
"Also wir haben uns an diesem Sonderforschungsbereich natürlich mit dem Gefühl an der Fingerspitze, mit dem Gefühl im Arm, mit dem kinästhetischen Feedback, also Krafteindrücken im menschlichen Körper beschäftigt, aber auch mit Dingen wie Riechen. Also mit Teleriechen haben wir uns zeitweise beschäftigt und auch mit der Übertragung von Temperatureindrücken. Manchmal ist es halt einfach so, dass die Objekte gleich aussehen und die haben unterschiedliche Temperaturen. Und natürlich das Standard-Multimediale, in dem Sinne, dass man 3-D-Sehen und –Hören hat."
So Professor Martin Buss vom Lehrstuhl für Steuerungs- und Regelungstechnik der TU München. Das Fühlen oder die Haptik über größere Distanzen hinweg ist auch wichtig für die Telemedizin, sagt Dr. Angelika Peer vom selben Institut.
"Wenn man ohne Haptik teleoperiert, dann habe ich kein Gefühl dafür, wie fest ich beispielsweise ein Gewebe anfasse. Das heißt, es kommt dann zu Verletzungen, die ich einfach nur aufgrund dieses fehlenden Kraft-Feedbacks habe. Und wenn ich jetzt ein Kraft-Feedback hinzufügen kann, dann kann ich Heilungszeiten verringern für den Patienten. Und deswegen ist das besonders wichtig für chirurgische Systeme."
Die Medizin ist eines der wichtigsten Anwendungsfelder für die Telepräsenz. Sie hilft, Distanzen zu überwinden - oder auch Dimensionen. Bei der minimal invasiven Chirurgie etwa, wird das Operationsbesteck über kleine Öffnungen in den Körper des Patienten eingeführt und dann von außen ferngesteuert. Praktisch dabei: Wenn der Chirurg zittert, lässt sich das aus den Steuerungssignalen herausrechnen, und einfache Arbeiten können ein intelligentes Skalpell oder eine intelligente Pinzette selbstständig erledigen.
"Ich muss auch nicht jede Knotenbewegung selber machen. Also Verknoten in der minimal invasiven Chirurgie, das ist so eine kleine Aktion. Da müssen die beiden Zangen sich ein bisschen um einander bewegen. Sie müssen den Faden automatisch aufgreifen. Das könnte ich ja vielleicht auch dem Roboter überlassen. Da ist er ja nur für ein, zwei Sekunden mal selber beschäftigt. Und ich überwache das, nehme aber dann sofort die Steuerung wieder selber in die Hand."
Chirurgen, die Miniroboter durch die Körper ihrer Patienten steuern, und Mechaniker, die von der Erde aus an Satelliten im All herumschrauben – oft hört es sich nach Science Fiction an, woran Telepräsenzforscher arbeiten. Aber sowohl die minimal invasive Chirurgie, als auch die Telemanipulation im Weltraum sind bereits Wirklichkeit. Gänzlich phantastisch allerdings wird es, wenn die Telepräsenzforscher ihre Techniken für Ausbildungszwecke einsetzen. Dann bauen sie Modelle, mit denen sich Atome oder Sterne anfassen lassen, und die kleinsten oder die allergrößten Kräfte werden dann fühlbar. Professor Buss etwa hat an seinem Lehrstuhl einmal ein schwarzes Loch aus dem Weltall modelliert, damit es die Studenten begreifen - im wahrsten Sinne des Wortes.
"Man hat also ein Objekt in der Hand gehabt und hat die Kräfte spüren können, wenn das Objekt immer näher an das schwarze Loch herangeführt wird. Und das ist halt ein Konzept, das man bis hin zur Ausbildung in der Physik benutzen kann."