Laufende Projekte
EMPOWER - Empowered Workers Collaborating with Cognified Machines
Die Fortschritte im Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI) im Allgemeinen und des maschinellen Lernens (ML) im Besonderen haben dazu geführt, dass die Mensch-Maschine-Kollaboration unsere Erwartungen an das, was Maschinen mit Hilfe von KI tun können, aber auch an das, was Menschen mit der physischen und mechanischen Unterstützung durch KI-gesteuerte Maschinen tun können, ständig weiterentwickelt.
Dieses Projekt (EMPOWER) wird von der Überzeugung getragen, dass die Leistungsfähigkeit der Mensch-Maschine-Kollaboration auf dem Zusammentreffen von (i) den intellektuellen Kernfähigkeiten des Menschen und (ii) der Kraft und Präzision von Maschinen beruht. EMPOWER strebt eine leistungseffiziente Verschränkung von menschlichen und maschinellen Fähigkeiten an, indem (i) fortschrittliche KI-Technologie in Industriemaschinen integriert wird (Kognifizierung), während (ii) gleichzeitig die physische Kraft des Menschen durch am Körper getragene Unterstützungssysteme wie Exoskelette verstärkt wird (Empowerment).
EMPOWER (i) basiert auf einer multimodalen, multi-Sensor gestützten Wahrnehmung von Arbeitssituationen in der Mensch-Maschine-Kollaboration, (ii) versucht aktuelle Arbeitsaufgaben anhand von Manipulationstätigkeiten und dem Qualifikationsniveau des Arbeiters zu erkennen, (iii) sucht nach einem Verständnis des Arbeitsablaufs, um anstehende Arbeitsschritte vorherzusagen, und (iv) passt Steuerungseinstellungen an, um die mechanischen Anforderungen der zukünftigen Arbeitsschritte zu erfüllen.
Hierdurch führt EMPOWER eingebettete KI-Technologien ein, um die Absicht des Arbeiters in Echtzeit vorherzusagen und die betrieblichen und mechanischen Konfigurationen von am Körper getragenen Robotern und Exoskeletten proaktiv anzupassen. „Predictive Adjustment“ wird als die nächste Generation von Exoskelett-Steuerungsmechanismen angesehen, die eine neue Ära der am Körper getragenen Robotik einläuten, die sich an Arbeitsprozesse, individuelle Körperanthropometrie, weibliche/männliche Benutzer, heterogene Fähigkeits- und Erfahrungsniveaus, Beeinträchtigungen usw. anpassen und die heutigen passiven Unterstützungssysteme zu aktiven Exoskeletten weiterentwickeln.
EMPOWER wird die Qualitäten proaktiver Exoskelette anhand von Anwendungsfällen aus dem Bereich der Industriearbeit (Stahlverarbeitung, Bauwesen, Logistik, Montage) in den Werken namhafter österreichischer Unternehmen (Alfred Wagner Stahl, Gebrüder Weiss), Exoskelett- und Steuerungssystemanbietern (exoIQ, ADRESYS), Innovatoren im Bereich nachhaltiger Energie (OPEXZERO, Photovoltaik) und Anbietern intelligenter Textilien (TEXIBLE) demonstrieren. Oberkörper-Exoskelett-Prototypen (Rücken und Schulter) und Referenzsysteme werden entworfen und implementiert, um die Vorteile aktiver Exoskelette empirisch zu belegen.
Die Innovation proaktiver Exoskelette ist ein bedeutender Schritt in Richtung Energieeffizienz aufgrund des geringen Stromverbrauchs. Die integrierte Aufgaben- und Absichtsvorhersage ermöglicht Energieeinsparungen für Exoskelette und kollaborative Maschinen durch nutzungsabhängige Aktivierung.
Nähere Informationen zum Projekt finden Sie unter FFG Projekte.
Laufzeit und Konsortium
01.04.2024 - 31.03.2027
Johannes Kepler Universität Linz - Institut für Pervasive Computing
Universität Innsbruck - Institut für Mechatronik, Professur für Fertigungstechnik
Alfred Wagner Stahl-Technik & Zuschnitt GmbH
Adaptive Regelsysteme Gesellschaft m.b.H.
Gebrüder Weiss Gesellschaft m.b.H.
Assist to Produce - A2P
Framework zur Industrialisierung adaptiver Assistenzsysteme in der Produktion
Projektziele und Herangehensweise
Adaptive Assistenztechnologien für industrielle Anwendungen besitzen nachweislich positive Auswirkungen auf Produktivität, Fehlerquote sowie physische und psychische Belastung der MitarbeiterInnen. Trotz dieser Vorteile ist die Durchdringung in der Industrie bislang nicht über den prototypischen Einsatz in Teilbereichen hinausgekommen. Gründe dafür sind der hohe Entwicklungsaufwand, kostspielige Anpassungen, eine ineffiziente Mensch-Maschine-Interaktion sowie die Notwendigkeit eines datenschutzkonformen und sicheren Datenmanagements. A2P (Assist to Produce) knüpft an die eingeführten Herausforderungen an und adressiert die Entwicklung eines Frameworks für adaptive physische und digitale Assistenzsysteme durch Aktivitätserkennung. Als Basis dienen offene Datensätze zur Erkennung industrieller Tätigkeiten mittels neuronaler Netzwerke und zur Identifizierung von Arbeitsschritten mit potenziellem Unterstützungsbedarf. Weiters schafft das Projekt die Grundlage für einen nachhaltigen Schutz der Privatsphäre in Produktionssystemen, indem bestehende Techniken zur Anonymisierung privater oder sensibler Daten sowie zum sicheren, firmenübergreifenden Training von KI mittels Federated Learning in industriellen Bereichen eingesetzt werden.
Nähere Informationen zum Projekt finden Sie unter FFG Projekte.
Laufzeit und Konsortium
01.05.2022 – 31.10.2025
TU Wien, Institut für Managementwissenschaften, Forschungsgruppe Mensch-Maschine-Interaktionhttps://www.tuwien.at/mwbw/im/mmi
Infineon Technologies Austria AG https://www.infineon.com/cms/austria/de/
MICADO AUTOMATION GmbH www.micado-automation.at
Siemens Aktiengesellschaft Österreich https://new.siemens.com/at/de/unternehmen/themenfelder/innovation-labs/digilab-wien.html
Siemens Mobility Austria GmbH https://www.mobility.siemens.com/at/de.html
Universität Innsbruck, Institut für Mechatronik, Professur für Fertigungstechnik https://www.uibk.ac.at/mechatronik/fertigungstechnik/
Ehemalige Projekte
Exo@Work – Bewertung exoskelettaler Systeme in der Arbeitswelt
Das Projekt Exo@Work verfolgt das Ziel, einen praxisorientierten Leitfaden zur Bewertung von Exoskeletten im Arbeitsumfeld zu entwickeln. Grundlage hierfür bildet eine umfassende Analyse, auf deren Basis ein methodisches Vorgehen zur systematischen Evaluation entsprechender Systeme erarbeitet wird. Die Validierung dieses Ansatzes erfolgt sowohl in Labor- als auch in Feldstudien mit ausgewählten Exoskeletten. Die Auswahl dieser Systeme erfolgt so, dass unterschiedliche Grundkonzepte abgebildet werden, beispielsweise hinsichtlich der morphologischen Struktur (starr oder textilbasiert) sowie der Aktuatorik (aktiv oder passiv). Damit soll sichergestellt werden, dass der Leitfaden die wesentlichen Varianten berücksichtigt und eine differenzierte Beurteilung ermöglicht.
Zunächst werden zentrale Grundlagen erfasst und systematisiert: der aktuelle Forschungsstand, typische Tätigkeitsprofile sowie Erkenntnisse zu Präventionswirkung, gesundheitlichen Risiken und Belastungen. Darauf aufbauend entsteht ein Methodenkatalog, der mithilfe von Labor- und Praxistests mit exemplarischen Exoskeletten überprüft und weiterentwickelt wird. Parallel dazu werden übergeordnete Fragestellungen wie Nutzerakzeptanz und Gebrauchstauglichkeit untersucht. Über ein multikriterielles Bewertungsverfahren werden schließlich die zentralen Eigenschaften identifiziert, die für die Beurteilung von Exoskeletten entscheidend sind. Zur Erprobung werden exemplarische Anwendungsfelder aus industrieller Produktion, Logistik und Handel herangezogen. Alle Ergebnisse fließen in einen Leitfaden ein, der Handlungsempfehlungen für eine Bewertung bietet.
Projektträger und Auftraggeber von Exo@Work ist die Berufsgenossenschaft Handel und Warenlogistik (BGHW). Die Durchführung erfolgt in Kooperation mit dem Institut für Arbeitsschutz (IFA) der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV).
Zusammenfassende wissenschaftliche Veröffentlichung: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169814123000860?via%3Dihub
Entwickelter Leitfaden (im Kompendium Arbeitsschutz der BGHW): https://kompendium.bghw.de/bghw/xhtml/document.jsf?alias=bghw_fors_b12fblee_GR1_&event=navigation&redirect2alias=bghw_fors_b12fblee_GR1_
Website Projektpartner IFA: https://www.dguv.de/ifa/forschung/projektverzeichnis/ifa4235.jsp
exoATwork - Exoskelette für manuelle Arbeitsplätze
Produzierende Unternehmen stehen vor verschiedenen Herausforderungen. Der demografische Wandel, die gestiegene Lebensarbeitszeit, der Fachkräftemangel und die Produktindividualisierung erhöhen die Kosten. Daher gewinnt die physische Unterstützung der MitarbeiterInnen durch Exoskelette zunehmend an Bedeutung.Unser Angebot richtet sich an alle Unternehmen, die ihre Produktion auf die Anforderungen von Morgen vorzubereiten, indem sie
a. die eigenen Arbeitsabläufe besser verstehen Analyse und Bedarf
b. die Arbeitsplätze durch Exoskelette ergonomisch optimieren Gestaltung und Optimierung
c. die Unterstützung der Belegschaft erreichen können Verständnis und Mehrwert
Das Ziel des Innovationscamps exoATwork ist es, 66 MitarbeiterInnen von 9 KMUs und 19 GUs aller produzierenden Branchen mittels Vorträge, Workshops und praxisnahen Fallstudien forschungsorientiertes Wissen und konkrete Handlungs-empfehlungen für eine ergonomische und nachhaltige Gestaltung von manuellen Arbeitsplätzen zu vermitteln.
Nähere Informationen zum Projekt finden Sie unter FFG Projekte.
ExoExpert - Wissensbasierte Planung für den Einsatz von Exoskeletten
Motivation
Die Kooperation von Mensch und Technik, beispielsweise in der Arbeitswelt, hat sich in den letzten Jahren intensiviert. Als ein Ansatz zur Unterstützung menschlicher Arbeit haben sich Exoskelette zunehmend als geeignete Unterstützungstechnologie in der Industrie herauskristallisiert. Je nach Produktionsszenario eignen sich Exoskelette zur Unterstützung von Arbeitern, indem entweder Bewegungen erleichtert bzw. ergänzt oder Haltungen stabilisieren werden. Unterstützende Methoden oder Werkzeuge zur simulationsbasierten Auswahl und Anpassung von Exoskeletten existieren bisher jedoch nur für einzelne Aspekte.
Zielsetzung
Aufgrund fehlender Erkenntnisse und Modelle zur detaillierten und ganzheitlichen Simulation von Exoskeletten in manuellen Produktionsszenarien, beispielsweise hinsichtlich dynamischer und kinematischer Aspekte, besteht Unsicherheit über deren gezielten Einsatz und unterstützende Wirkung auf den menschlichen Körper. Um hier Abhilfe zu schaffen, zielt ExoExpert darauf ab, eine neuartige Planungsmethode einschließlich eines Simulationsmodells zu entwickeln, um Entscheidungshilfen für die Identifizierung von Exoskeletten für manuelle Produktionsprozesse und die Anpassung des Systemverhaltens zu liefern. Das Projekt soll schlussendlich Arbeitswissenschaftler:innen, Ergonom:innen und Ingenieur:innen dabei unterstützen, Exoskelette für industrielle Anwendungsszenarien vor der Systemimplementierung angemessen bewerten, auswählen und anpassen zu können. Dabei gilt es
- eine Systematik zur Beschreibung heterogener Exoskelette zu entwickeln,
- ein Co-Simulationsmodell für die multikriterielle Bewertung aufzustellen und
- ein Entscheidungsmodell für die kontextangepasste Auswahl eines Exoskeletts abzuleiten.
Herangehensweise
Die wissens- und simulationsbasierte Methode besteht aus vier Hauptbausteinen. Basierend auf der Analyse von Eigenschaften und State-of-the-Art-Methoden wird eine (1) Bewertungssystematik für heterogene Exoskelette konzipiert. Diese Systematik dient als Grundlage für die Entwicklung eines (2) Co-Simulationsmodells, das sich aus der Modellierung und Simulation von (a) prozessbezogenen sowie (b) technischen und biomechanischen Parametern zusammensetzt. Ein (3) Entscheidungsmodell operationalisiert die Co-Simulationsergebnisse hinsichtlich der kontextangepassten Auswahl von Exoskeletten. Der letzte Schritt sieht die (4) praktische Validierung und Optimierung der entwickelten Methode anhand von Exoskelett-Demonstratoren vor, bevor die Methode verallgemeinert wird.
Konsortium
Das Projekt ExoExpert ist ein grundlagenorientiertes Forschungsprojekt, bei dem es sich um eine Kooperation des Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr-Universität Bochum (RUB), Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter und Professur für Fertigungstechnik der Universität Innsbruck (UIBK), Univ.-Prof. Dr.-Ing. Robert Weidner handelt. Gefördert wird ExoExpert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft – DFG und den Österreichischen Wissenschaftsfonds – FWF.
