HMI Lab
Im HMI Lab erproben Forscherinnen und Forscher des Instituts neue Interaktionstechnologien für die Mensch-Maschine-Interaktion, entwickeln und testen neue Messmethodiken und untersuchen kollaborative Arbeitsprozesse.
Die Arbeiten im HMI Lab ergeben sich aus den Anforderungen und offenen Fragestellungen der anwendungsnahen Forschung des Instituts. Hier finden Testaufbauten und Studien statt, die belastbare empirische Aussagen erzeugen, um bereits in frühen Phasen der Konzeptentwicklung wichtige Designentscheidungen treffen zu können. Mit geringem Aufwand werden generische Arbeitsplätze gestaltet, an denen die Leistungsfähigkeit von Lotsen, Piloten und Teams untersucht werden können. Hierfür stehen eine Reihe Interaktions- und Messtechnologien bereit.
Forschungsbereiche
1. Innovative Arbeitsplätze für Luftfahrt-Operateure
Das Labor bietet die Möglichkeit, in frühen Phasen der Entwicklung von operationellen Konzepten und Arbeitsplätze, diese vereinfacht nachzubilden. Dazu zählen Arbeitsplätze, die ein kollaboratives Entscheiden im Flughafenmanagement und in der Flugführung ermöglichen, Virtual- und Augmented Reality Systeme zur Unterstützung der Operateure, aber auch ein flexibler Cockpit-Simulator mit Touch-Displays. Hier liegt der Schwerpunkt darauf, neuartige Konzepte schnell mit Menschen erproben zu können. Die Auswirkung dieser Konzepte, oder Bestandteile der Konzepte auf den Menschen und die Leistung können dann erfasst werden. Diese Ergebnisse bilden eine Entscheidungsgrundlage für die weiteren Entwicklungen im Institut.
2. Erfassung des Zustands von Operateuren und ihrer Leistungsfähigkeit
Bei der Gestaltung und Bewertung hochautomatisierter oder vollautomatisierter Arbeitsumgebungen müssen die Auswirkungen auf die menschliche Kognition berücksichtigt werden. Aus diesem Grund werden im HMI Lab Methoden zur Erfassung und Bewertung kognitiver Prozesse erprobt, die bei entsprechender Eignung in Feldversuchen oder im operationellen Betrieb zum Einsatz kommen können. Dazu zählen Blickbewegungsmessung, EEG, fNIRS sowie sogenannte „Wearables“ zur Messung u.a. der Herzrate.
Technischer Aufbau
Das HMI Lab ist eine hochflexible Einrichtung, um in Studien gemeinsam mit Laien und Experten grundsätzliche Fragestellungen zur Interaktion zu beantworten. Der Aufbau des Labors gliedert sich in verschiedene Funktionsbereiche:
- Ein Bereich zu kollaborativen Arbeitsprozessen mit acht Computerarbeitsplätzen ermöglicht es, in Studien zeiteffizient mehrerer Probanden gleichzeitig zu testen. Hier können kollaborative Entscheidungssituationen simuliert und untersucht werden. Mit Hilfe von Trennwänden können auch räumlich getrennte Multi-Team-Systeme realisiert werden.
- Ein Bereich zu Gebrauchstauglichkeit und Blickbewegungsmessung enthält Infrastruktur, um speziell die Gebrauchstauglichkeit neugestalteter Displays zu bewerten und berührungslose Blickbewegungsmessungen durchzuführen.
- Ein dritter Bereich im HMI Lab stellt der Cockpit-Simulator iSIM mit Touch-Input Displays dar, der sämtliche Cockpitanzeigen und Bedienelemente abbilden kann und Forschenden eine einfache Veränderung und Erweiterung der Anzeigen und Bedienelemente ermöglicht. Die Low-Fidelity Simulation eines Cockpits ist besonders für frühe Phasen der Entwicklung neuer Displays und neuer Design-Konzepte geeignet, beispielsweise zu Einsatzmöglichkeiten von Mobilgeräten oder Virtual Reality / Augmented Reality im Cockpit.
- Je nach Bedarf und Studienschwerpunkt können zudem flexibel ein Versuchsleiter-Arbeitsplatz und ein Debriefing-Bereich eingerichtet werden. So können Versuche gesteuert und direkt im Anschluss nachbesprochen werden.
Messung kognitiver Prozesse
Mittels verschiedener Messinstrumente und –methodiken können im HMI Lab kognitive und physiologische Parameter erfasst werden, um Schlüsse über den Zustand des Menschen und seine Leistungsfähigkeit zu ziehen: Ist er/sie erschöpft? Überbeansprucht? Oder gelangweilt? Solche Messungen können schneller und genauer sein als reine Betrachtungen der Performanz und objektiver als Selbstberichte. Kleine, leichte und tragbare Geräte ermöglichen den Einsatz im Laborkontext sowie in realistischen Studien.
Folgende Methoden kommen im HMI Lab einzeln oder sogar kombiniert zum Einsatz:
- EEG (Elektroenzephalographie) zur Messung der elektrischen Hirnaktivität. Eckdaten: LiveAmp 32: tragbares 32-Kanal-EEG mit aktiven ActiCap Slim Elektroden (BrainProducts GmbH); EASYCAP-Kappen (EASYCAP GmbH).
- fNIRS (funktionelle Nahinfrarotspektroskopie) zur Messung der Änderungen in der Blutsauerstoffkonzentration des Gehirns. Eckdaten: NIRSport 2: tragbares dual-wavelength LED fNIRS mit je 8 Quellen und Detektoren und zusätzlichen short-distance-Detektoren (NIRx Medizintechnik GmbH); kompatibel mit EASYCAP-Kappen (EASYCAP GmbH).
- Zwei Blickbewegungsbrillen des Typs SMI Eye-Tracking Glasses 2 Wireless (SensoMotoric Instruments) und eine Blickbewegungsbrille des Typs TobII Glasses 2.
- VR Brille mit integriertem Blickbewegungssystem zur Messung der Blickbewegungen in virtuellen Umgebungen. Eckdaten: HTC Vive Pro Eye, eine kabelgebundene VR Brille mit 110 Grad Sichtfeld und 20 Pixel pro Grad Auflösung; integrierte Tobii Blickbewegungsmessung; betrieben mit einer NVIDIA GeForce RTX 2080 Grafikkarte.
- EKG (Elektrokardiogramm) zur Messung der elektrischen Aktivitäten des Herzens. Eckdaten: Smart belt: tragbarer Brustgürtel mit Software für PC und Tablet zur Echtzeit-Messung, Übertragung und Auswertung des EKGs (Herzrate (HR) und Herzratenvariabilität (HRV)), der Atemfrequenz, der Körpertemperatur und der Aktivität.