2. Wearable Computing
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Wearable Computing Patrick Wilke Matrikel: 02INF2 Kennnr.: 10123 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ......................................................................................................... 1 1. Einführung ............................................................................................................... 1 2. Wearable Computing ............................................................................................... 2 2.1 Einordnung in die Informatik ............................................................................. 3 2.2 Ziele und Hindernisse ........................................................................................ 3 2.3 Entwicklung ....................................................................................................... 4 2.4 Anwendungsgebiete ........................................................................................... 7 2.4.1 Anwendung bei UPS ................................................................................... 7 2.4.2 Anwendung im Flugzeugbau ...................................................................... 8 2.4.3 Anwendung bei SAP ................................................................................... 8 2.4.4 Anwendung im öffentlichem Bereich ......................................................... 8 2.4.5 Anwendung im Bauwesen .......................................................................... 9 3. Body Area Network ............................................................................................... 11 3.1 Motivation/Zielsetzung des BAN .................................................................... 11 3.2 Anforderungen ................................................................................................. 12 3.3 BAN-Implementierungen ................................................................................. 13 3.4 Systemkomponenten ........................................................................................ 14 3.4.1 Grafische Ausgabegeräte .......................................................................... 15 3.4.2 Eingabegeräte ............................................................................................ 16 3.4.3 Das Herzstück der Systemarchitektur ....................................................... 16 3.4.3 Das Herzstück der Systemarchitektur ....................................................... 17 4. Abschließende Betrachtung ................................................................................... 18 Literaturverzeichnis.................................................................................................... 19 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................... 20 1. Einführung Cyborg -- das ist die Menschgewordene Maschine oder der zur Maschine mutierte Mensch. In Film(seri)en wie Blade Runner, Alien, Terminator oder RoboCop treibt er schon lange sein Unwesen, aber er ist auch sehr real: Vom Militär schon lange gefordert und von Medizinern an ihren Patienten in Form von Kontaktlinsen, Prothesen und Implantaten immer weiter verwirklicht, erscheint der Cyborg als ganz reale Figur. Längst sind wir alle, die wir auf die moderne Medizin bauen, ein Stück Cyborg. Fernab von der Sciences Fiction verkörpert das so genannte Wearable Computing ein Stück pseudo-futuristische Gegenwart. Tragbare Rechentechnik ist längst keine Vision mehr – In der heutigen Informatik wird dieses Thema eher als eine Mission gesehen. Das Aufgabenspektrum der tragbaren Rechner geht weit über die banalen postmodernen Vorstellungen von mobiler Rechenkapazität hinaus, indem versucht wird konventionelle Aufgabenfelder im Bauwesen als auch in der Medizin zu revolutionieren und letzten Endes auch neue Tätigkeitsfelder und Anwendungsgebiete zu erschließen. Mit der vorliegenden Arbeit soll dem geneigten Leser ein Überblick über das Topic „Wearable-Computing“ verschafft werden. Neben einem historischen Exkurs werden die Ziele und Problemfelder der tragbaren Rechentechnologie ebenso behandelt, wie auch spezielle Anwendungsgebiete davon. Anschließend wird mit dem Body-Area-Network und dessen Komponenten ein spezifisches Thema des Wearable-Computing diskutiert. 1 2. Wearable Computing Wearable Computing (engl. tragbare Datenverarbeitung) ist das Forschungsgebiet, das sich mit der Entwicklung von tragbaren Computersystemen (Wearable Computer) beschäftigt. Ein Wearable Computer wiederum ist ein Computersystem, das während der Anwendung am Körper des Benutzers befestigt ist. Ein Wearable sollte folgende Eigenschaften besitzen: Er muss in der Kleidung integriert sein, dass man den Unterschied zur herkömmlichen Kleidung kaum erkennt. Das heißt der Rechner soll nicht aus einem festen Gehäuse bestehen und nicht auf übliche Verbindungskabel zurückgreifen. Es sollen hierfür kreditkartengroße Module, die in die Kleidung integriert werden, zum Einsatz kommen. Die Kommunikation zwischen den Komponenten soll drahtlos oder über eingewebte Kabel in der Kleidung erfolgen. Der Rechner soll die Sinneswahrnehmung des Nutzers verstärken und erweitern, z.B. wären oder Infrarotbilder zur besseren Orientierung möglich. Des weitern soll der Wearable nötiges Verständnis für bestimmte Situationen besitzen. Er interpretiert die Tätigkeiten des Nutzers und passt seine Funktionalität an diese Situation an. Der Nutzer soll mit seinem Wearable wie mit einen menschlichen Assistenten kommunizieren können. Der Rechner soll auf Grundlage einer Wissensbasis in bestimmten Situationen eine Eigeninitiative entwickeln. So könnte der Rechner einen Werksarbeiter bei seiner Arbeit vor Fehler warnen. Zusammenfassend kann man also sagen, diese Rechnerform soll den Menschen bei seinen Tätigkeiten durch intelligente Mechanismen unterstützen und ihn dabei so wenig wie möglich zu behindern. Jedoch muss auch gesagt werden, dass dieses Idealbild vom Wearable nach dem heutigen Stand der Technik noch weit entfernt liegt. 2 Abb. 1: Vollvermaschte/ Vernetzte Schnecke 2.1 Einordnung in die Informatik Wearable Computing ist verwandt mit dem Mobile Computing (in Fahrzeuge integrierte Computersysteme), und dem Portable Computing (Computersysteme die bei Gebrauch in der Hand gehalten werden, auch Handheld genannt, z.B. Mobiltelefone oder Palmtops). Wearable Computing trägt zur Umsetzung des Pervasive Computing (Vernetzung von Alltagsgegenständen durch Computer) und des Ubiquitous Computing (Allgegenwärtigkeit der Informationsverarbeitung) unter besonderer Verwendung der Context-Awareness (Anwendungen sind sich bewusst, in welchem Kontext sie eingesetzt werden) bei. 2.2 Ziele und Hindernisse Ziel der Forschung ist es, Gebrauchsgegenstände und Kleidungsstücke zu entwickeln, die sehr einfach zu bedienen sind und in hohem Maße vom Benutzer und seiner Umgebung abhängig Funktionen bieten. Ein tragbares Navigationssystem sollte etwa nicht die Eingabe des Standortes verlangen, sondern ihn selbständig 3 ermitteln und abhängig von Wetter, Preis und Vorlieben den Benutzer zum gewählten Ziel führen. Hindernisse in der Entwicklung sind: Energieversorgung. Moderne Batterien und regenerative Energiequellen sind noch nicht in der Lage, die für tragbare Computersysteme notwendige Nutzungsdauer zu bieten. Miniaturisierung der Elektronik teils noch nicht weit genug fortgeschritten Bandbreite zur Datenübertragung "draußen" noch nicht genügend ausgebaut (Stichwort: UMTS usw.) Akzeptanz in der Bevölkerung, Marktpotential in Bezug auf die momentan noch bestehenden Einschränkungen s.o. Warum soll man sich heute etwas kaufen, das vom technischen Stand morgen bereits überholt sein wird? Bedenken hinsichtlich Strahlenschutz usw. Bedenken zu Privatheit und Datenschutz ("Bewegungsprofile"; Kaufprofile) 2.3 Entwicklung Die Entwicklung der Wearables beginnt in der Mitte der 60-iger Jahre. Hier wurden erste Versuche vor allem auf dem militärischen Sektor gestartet. Seit dem wurden immer wieder neue Erfindungen gemacht. Ein Schub der Weiterwicklung setzte jedoch erst in den 90-iger Jahren durch die Fortschreitende Miniaturisierung in der Elektronik ein, denn erst dadurch wurden diese Geräte durch reduzierte Größe und Gewicht im Alltag gebrauchsfähig. Heutzutage werden Wearables in einigen Industriezweigen eingesetzt, um bestimmte Arbeiten zu unterstützen. Es gibt erste Unternehmen, die Wearable-Systeme in einer Serienproduktion anbieten z.B. IBM, Cybernaut (seit 1997) und Fujitsu. Jedoch finden diese Systeme im privaten Gebrauch noch kaum Verwendung, da sie noch sehr teuer sind und einige Schwachpunkte besitzen wie z.B. die Stromversorgung, die Sprachunterstützung ist bei wenigen Systemen einsetzbar. Das wird sich aber in Zukunft ändern. Es gibt viele 4 ernsthafte Bemühungen an renommierten Universitäten und in den EntwicklungsAbteilungen der Unternehmen die Technologien zu verbessern und neue Anwendungsgebiete zu erschließen. Somit wird das gesamte Potential dieser Geräte erst in ein paar Jahren genutzt werden. Große Ziele werden in der Verbesserung der Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine aufgestellt. Stichworte sind hier Gestenerkennung und "Eye Tracking". Um einen kleinen Eindruck über die Geschichte von Wearables zu erhalten, folgen nun ein paar zeitliche Daten, die die Wearableentwicklung vorangetrieben haben. 1966 präsentierten Ed Thorp and Claude Shannon ihre Erfindung des ersten Wearables. Dieser Zigarettenschachtelgroße Computer wurde genutzt um Vorhersagen beim Roulettespiel zu machen. 1966 erstellte Sutherland das erste Head-Mounted Display auf Basis von Computern. Das System benutzte 2 Kathodenröhren, die das Bild mit Hilfe von Spiegeln in die Augen des Nutzers projizieren. Die " Bell Helicopter Company " experimentierte 1967 für das Militär mit HMD's, die als Bewegungssteuerung für Kameras dienten. Die Head-Mounted Displays waren gekoppelt mit einer Infrarotkamera, die dem Piloten die Fähigkeit gaben bei Nacht zu landen. Bewegte er den Kopf, richtete sich die unter dem Hubschrauber befestigte Kamera in diese Richtung aus. Die Bilder der Kamera wurden dem Piloten ins Sichtfeld eingeblendet. 1967 erfand Hubert Upton von der "Bell Helicopter Company" einen Wearable Computer mit " Eyeglass-Mounted Display " und Unterstützung zum Lippen ablesen. 1977 entwickelte C.C. Collins vom Smith-Kettlewell Institut für Visuelle Wissenschaft ein 5 Pfund schweren Wearable mit einer Head-Mounted Kamera für Blinde. Dieses System konvertierte aufgezeichnete Bilder auf eine erfühlbare mit 1024 Quadraten gerasterte Weste. Upton and Goodman reichen 1980 ein Patent für ihr LED Raster Display ein. 5 1981 entwarf Steve Mann einen auf dem Rücken tragbaren Rechner. Er befestigte auf einen Stahlrahmen einen 6502 Computer. Als Display nutzte er einen Kamerasucher auf Röhrenbasis, befestigt an einem Helm, der die Darstellung von 40 Zeilen Text ermöglichte. Als Eingabegerät diente eine Taschenlampe, die mit 7 Schaltern ausgestattet war. Um die Stromversorgung sicherzustellen, nutzte er eine Autobatterie. Die ersten " Private Eye HMD's " mit Reflektion Technologie wurden 1989 hergestellt. Sie besaßen eine Auflösung von 720 x 280 Pixel und funktionierten auf monochromer Basis. Gerald Maguire and John Ioannidis präsentierten 1990 den Prototype des " IBM / Columbia Student Electronic Notebook's " mit Private Eye und mobiler IP. Es besaß als erstes ein Fenster-Griffel-System (heutige PDA-Eingabe) zur Eingabe sowie Netzwerkanbindung. 1991 stellt Doug Platt seinen 286-basierten " Hip-PC "vor. Es war schuhkartongroß. Als Display diente ein "Private Eye HMD" Die Eingabe erfolgte über ein Agenda Palmtop. " BBN " vollendete 1993 sein "Pfadfinder System". Ein Wearable Computer mit GPS and Radioaktitätaufspürsystem. Im gleichen Jahr entwickelten Steve Feiner, Blair MacIntyre, und Dorée Seligmann von der Columbia University KARMA (Knowledge - based Augmented Reality for Maintenance Assistance). Hierbei handelt es sich um ein Wartungsprogramm. Dem Nutzer werden Instruktionen in das Sichtfeld eingeblendet und unterstützen ihn bei der Arbeit. 1994 stellte Edgar Matias von der "University of Toronto" einen "Wrist computer" mit einer "Halb-QWERTY" Tastatur vor. Steve Mann begann 1994 mit der Übertragung von Bildern von einer Head-Mounted Kamera in das Internet. 1996 veranstaltete Boeing eine Wearable Konferenz in Seattle. 6 1997 fand die erste IEEE, d. h. Internationales Symposium für Wearables Computer, in Cambridge statt. 382 Akademiker nahmen daran teil. 2.4 Anwendungsgebiete Für Wearables gibt es noch wenig realisierte kommerzielle Anwendungen, wenn man das Potential dieser Geräte betrachtet. Dieser Zustand wird sich in nächster Zeit verstärkt ändern, da speziell auf diesem Bereich vermehrt Forschung an namhaften Instituten z.B. der University of Oregon, Carnegie Mellon University, TU Dresden, IfE-ETH-Zürich und vielen anderen betrieben wird. Auch in der Industrie finden Bemühungen statt, grundlegende Technologien weiter zu entwickeln. Hier wären Firmen wie IBM, Xybernaut und HP zu erwähnen. Es gibt schon verwirklichte Projekte. Besonders in den letzen 7 Jahren wurden neue Anwendungsgebiete erschlossen. Der folgende Familienbaum soll verdeutlichen, in welchen Bereichen Wearables heute genutzt werden und durch welche Technologien dies ermöglicht wird. Wearables werden heute im Schiff- und Flugzeugbau, für Sprachübersetzungen, in der Medizin, für militärische Zwecke, zur Navigation u.v.m. eingesetzt. Um diese Behauptungen zu belegen folgen ausgewählte Beispiele. 2.4.1 Anwendung bei UPS UPS z.B. nutzt diese Technologie erfolgreich. Der Einsatz von Wearables soll ohne großen Aufwand eine möglichst genaue Verfolgung von Paketen auf ihrem Weg vom Absender zum Empfänger ermöglichen. Die Mitarbeiter geben beim Verladen der Pakete auf den verschiedenen Zwischenstationen die Positionsdaten des Transportgutes in ein zentrales Computersystem ein. Dazu wird ein Barcode über einem am Finger des Mitarbeiters befestigten Scanner, in Form eines Ringes, eingelesen und an einen zentralen Server übermittelt. 7 2.4.2 Anwendung im Flugzeugbau Insbesondere bei komplexen Montagearbeiten wie im Flugzeugbau werden die mobilen Rechner eingesetzt. "Boing Wear Com." nutzt diese Technologie bei der Flugzeugverkabelung. Vor der Einführung des Systems war dies ein langsamer und sehr fehleranfälliger Prozess. Zur Optimierung wird heute den Monteuren der aktuelle Plan mit der richtigen Kabelverbindung über das HMD eingeblendet. Somit konnte die vorhandene Fehlerrate deutlich reduziert werden. 2.4.3 Anwendung bei SAP Die Münchner Firma "SAP" erstellte "Mobile 3", eine vollständig in "SAP R/3" integrierte, mobile Frontend-Lösung für den technischen Außendienst, die über ein Handy den Kontakt zum Home-Server aufnehmen kann. In diesem System enthalten ist ein digitaler Ersatzteilkatalog, der Stücklisten- und Ersatzteilinformationen von Herstellern integriert. Ein Wartungstechniker ist so in der Lage über seinen mobilen Computer direkt vom Kunden aus eine Bestellung für notwendige Ersatzteile auszulösen. Als Grundlage dieses System wurde ein Wearable Computer gewählt. 2.4.4 Anwendung im öffentlichem Bereich Im öffentlichen Bereich werden Wearables bereits experimentell eingesetzt. Die Firma "European Media Laboratory GmbH (EML)" in Heidelberg entwickelt in Zusammenarbeit mit der Stadt Heidelberg und dem Fraunhofer Institut IGD (Darmstadt) ein mobiles Touristen-Informationssystem. Es besteht die Möglichkeit eines virtuellen Stadtrundganges, der individuell vom Nutzer erstellt werden kann. Bei Fertigstellung des Systems soll dem Tourist aufkommende Fragen in seiner Muttersprache beantwortet werden und eine virtuelle Reise durch die Stadtgeschichte 8 möglich sein. In Verbindung mit diesem 4D - Geoinformationssystem finden speziell Bemühungen zum Einsatz im Städtebau und der Stadtentwicklung statt. 2.4.5 Anwendung im Bauwesen Im Bauwesen wurden Wearables schon erfolgreich eingesetzt, speziell in Bereichen, wo das Arbeiten mit den Rechnern ohne Hände notwendig wird, z.B. bei der Inspektion von Brücken. Hier werden an die Ingenieure doppelte Anforderungen gestellt. Sie stehen unter physischer Belastung und müssen dabei ihre Aufgaben verfolgen, d.h. sie führen Kontrollen durch, sammeln Daten über ein Bauwerk und interpretieren diese anschließend. Bei diesen Arbeiten benötigen Sie Planungsunterlagen und Zeichnungen. Um diese Aufgaben computergestützt zu lösen, bieten sich Wearables durch ihre Eigenschaften an. Sie besitzen einfach nutzbare Schnittstellen, sind leicht, robust und können ohne Kabel kommunizieren. Der Einsatz am Bauwerk bietet viele Vorteile: Die gesammelten Daten können direkt vor Ort und digital in einen größeren Umfang aufgenommen werden. Resultierend findet eine deutliche Kosten- und Zeitersparnis sowie FehlerMinimierung statt, denn die gesammelten Informationen müssen nicht erneut vom Papier abgeschrieben werden. Auch der leichte Zugriff auf Konstruktionspläne ist durch das System ohne größere Ablenkung möglich. 9 Abb. 2: Datenbestandsaufnahme durch Wearables Abb. 3: Objektprojektion in das Display des Nutzers 10 3. Body Area Network Body Area Network (BAN) steht für eine neue drahtlose Übertragungstechnologie. Mit dieser ist eine Anbindung von am Körper getragenen medizinischen Sensoren und Aktoren und die Übertragung der Daten über das Internet zum medizinischen Fachpersonal möglich. Das BAN-System für die nächste Generation Internet schafft die Basis für völlig neuartige Anwendungen und Dienstleistungen im Bereich der Gesundheitstechnik. Ziel des in wesentlichen Teilen vom BmBF geförderten BANProjektes ist es ein System zu entwickeln, welches komfortabel am Körper getragen werden kann, einfach zu handhaben ist sowie eine lange Betriebszeit hat. 3.1 Motivation/Zielsetzung des BAN Alltag auf der Intensivstation - rund um die Uhr werden dort Patienten überwacht. Der Aufwand ist immens. Apparate, Schläuche und Kabel. Obwohl sie natürlich alle eine Funktion haben, behindern sie die Arbeit von Ärzten und dem Pflegepersonal, und beherbergen krankmachende Bakterien, die für Patienten ein zusätzliches Risiko bedeuten. Deshalb will man dem Kabelsalat ein Ende bereiten: Mit dem Body Area Network soll das Patientenmonitoring deutlich verbessert werden. Dabei handelt es sich um ein drahtloses Funknetzwerk, dass derzeit am Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen in Erlangen entwickelt wird. Die medizinischen Aspekte, welche beim Body Area Network im Vordergrund stehen, haben ein nicht zu unterschätzendes Potential beim med. Monitoring: z.B. bei 200.000 Schlaganfälle u. Herzinfarkten p.a., überleben davon 30% als Pflegefall, 40% als Risikopatienten und die Gesamtkosten belaufen sich dabei auf 7,5 Mrd. €/a. Motivation und Ziele lassen sich bei der Anwendung von Body Area Network Technologien in folgenden Bereichen erkennen: Kommunikation im Krankenhaus Patientenüberwachung zu Hause (postoperative Betreuung) 11 Untersuchung in Schlaflaboren Integration in Pulsmesser beim Jogging Überwachung von Säuglingen Einbau in drahtlose Hörgeräte 3.2 Anforderungen So multispektral die Einsatzmöglichkeiten der Wearable Computing –Technologie und dessen Body Area Networks auch sein mag, ebenso umfangreich sind die Anforderungen an das EDV-technische Fundament. Auch wenn manche der folgenden Kriterien durchaus auf die „gewöhnliche“ Hardwarewelt übertragen werden können, so lässt jedoch der Kontext der Anforderungen auf die Wearablespezifischen Anforderungen in der Praxis schließen. Nachfolgend sind einige davon aufgeführt: gleichzeitige Erfassung mehrerer medizinisch relevanter Sensorsignale Multiparameter-Monitoring zuverlässige Datenerfassung ohne Beeinträchtigung von Alltagsaktivitäten Miniaturisierung, Funktechnik Minimierung des Kommunikationsbedarfs zur Ereigniserkennung aus Einzelsignalen u. Signalkombinationen mehrstufige Datenspeicherung und -Verarbeitung Anbindung an externe Infrastruktur (Arzt, Monitoring-Dienstleister, elektronische Gesundheitsakte) mehrstufige Vernetzung Datenrate: 200 kbit/s reichen für die meisten Anwendungen (optional Absenkung auf einige Bit / Minute) Knotenzahl Verbindung von bis zu 16 Sensor-, Aktor- Schnittstellen Einheiten (oder Implantaten) Möglichst exklusiver Frequenzbereich (für medizinische Nutzung) Zuverlässige Datenübertragung am menschlichen Körper Reichweite: Körperdimensionen (max. 2m) -> minimale 12 elektromagnetische Strahlung, geringer Energieverbrauch Lange Batteriebetriebsdauer, kleine Batterie geringer Energieverbrauch Bequeme Nutzung, niedrige Kosten integrierte Komponenten auf möglichst flexiblen Substraten, Nanotechnologie 3.3 BAN-Implementierungen Nachfolgend sind aus aktueller Praxis ein paar BAN-Implementierungen als Beispiel angegeben. CMOS Funk-IC /Analogmodul Energiesparende Architektur Power-Management (zeitw. Blockabschaltung ) Niedrige Versorgungsspannung (1,8V) Preiswerte 0,35µ Standard-CMOS-Technologie Kaum externe Komponenten erforderlich Abb. 4: CMOS Funk-IC Modul 13 FPGA-Modul (Basisband-/ Digitalteil) FPGA-Realisierung ermöglicht flexible Weiterentwicklung ASIC als endgültige Lösung angestrebt (Energie- u. Platzbedarf) Vision: Intelligentes BSU-Pflaster + miniaturisierte BCU Abb. 5: Das intelligente BSU-Pflaster 3.4 Systemkomponenten Der Aufbau eines Wearables ist ganz an seine Funktion angepasst. Er soll dem Nutzer im mobilen Einsatz und bei bestimmten Aufgaben so gut wie möglich unterstützen, ihn dabei so wenig wie möglich bei seiner regulären Arbeit behindern. Somit wird schnell klar, dass Benutzerschnittstellen, die sich im stationären Arbeitsfeld bewährt haben hier nur begrenzt oder in stark abgewandelter Form zum Einsatz kommen. Dabei hat sich folgende Ausführung etabliert: 14 Abb. 6: Systemkomponenten im Überblick 3.4.1 Grafische Ausgabegeräte Als optisches Ausgabegerät dient den Wearables das "Head Mounted Display" kurz HMD genannt. Hierbei handelt es sich um Miniaturdisplays die, in einer Brille integriert oder an ihr befestigt, das Bild direkt in das Sichtfeld des Nutzers projizieren. Man unterteilt die Displays durch ihre grundsätzlichen Eigenschaften in verschiedene Gruppen. Es gibt mono- bzw. biokulare Lösungen, d.h. die Bilder sind für ein bzw. für beide Augen sichtbar. Von "See-Though-Displays" redet man bei Halbdurchsichtigkeit der Optik. Die reale Welt wird mit der Ausgabe des Rechners vermischt. Bei "See around - Displays" wird das Bild in einen bestimmten Teil des Sichtfeldes projiziert, das Restfeld des Nutzers bleibt ungenutzt. Es gibt auch Geräte, die das gesamte Blickfeld abdecken. Der Nutzer sieht ausschließlich das Display und somit nur die Ausgabe des Systems. Diese HMD-Art nennt man immersiv. Die Displays besitzen heute je nach Größe eine Auflösung von 640 x 480 bis 800 x 600 Pixel. Sie werden je nach Bedarf farbig (16 Bit) sowie auch in Graustufen angeboten. Das HMD dient jedoch nicht nur zur Grafikausgabe. An ihm sind noch weitere Komponenten gekoppelt wie Kopfhörer als Lautsprecher und Mikrofon zur Spracheingabe, selbst eine integrierte Minikamera ist möglich. Das Gewicht eines HMD beträgt je Ausstattung ca. 400 - 600g.Es existieren auch Systeme, die nicht über ein HMD verfügen. Hierbei findet die Ausgabe gekoppelt mit der Eingabe über ein FPD (Flat-Panel Display) statt. 15 3.4.2 Eingabegeräte Für Wearables gibt es zurzeit viele verschiedene Arten von Eingabegeräten. Hierbei findet häufig das FPD auf den jetzigen Markt Anwendung. Des Weiteren existieren andere Lösungen, wie mobile Tastaturen und Spracheingabe. Eine Form von Tastatur ist das "Wrist-PC-Keyboard". Diese stoß- und wasserfesten Eingabegeräte, die über vollen Tastenumfang eines Notebooks verfügen, werden am Unterarm befestigt. Die Eingabe erfolgt mit der anderen Hand. Um die Steuerung des Wearables auf eine Hand zu reduzieren wurden "Twiddler" entwickelt. Die Eingabe erfolgt hier mit reduziertem Tastenumfang. Durch gewisse Tastenkombinationen und einer Worterkennung lassen sich hier Befehle eingeben. Eine weitere Eingabemöglichkeit bietet die Palm-Tastatur. Die Verbindung zwischen Wearable und Palm wird durch spezielle Software gesteuert, welche die Infrarotschnittstellen beider Geräte nutzt. Eine Verfeinerung dieser Technologie ist das FPD. Hierbei handelt es sich um einen druckempfindlichen Flachbildschirm, der direkt mit der Recheneinheit verbunden wird. Die Bedienung ist hier über Touchscreen, Stift und Spracheingabe möglich. Die Eingabe per Tastatur hat den Nachteil, dass der Nutzer abgelenkt wird, deshalb ist eine Sprachsteuerung der Geräte möglich. Hierfür werden Standart-Spracherkennungsprogramme genutzt, die jedoch nur in bestimmten Anwendungen erfolgreich eingesetzt werden kann. Um Fotografien bzw. kurze Videosequenzen erstellen zu können, besteht die Möglichkeit eine Mini-Kamera mit dem Wearable zu nutzen. Abb. 7: Ein „Twiddler“ 16 3.4.3 Das Herzstück der Systemarchitektur Bei dem Herzstück der Wearables handelt es sich um ein robust gebautes PCModul, welches meist am Gürtel befestigt werden kann. Hier werden alle Pherepheriegeräte angeschlossen. Nach Größe der Recheneinheit unterscheidet sich meist ihre Leistung. Bei dem unten abgebildeten System handelt es sich um einen Intel Pentium MobileCeleron Prozessor mit 500 MHz, es steht eine Festplatte mit 5 GB, 128 MB Arbeitsspeicher und einer 8 Mb Grafikkarte zur Verfügung, sowie alle gängigen Standartschnittstellen bei einem Gewicht von ca. einem Pfund zusätzlich Akkupack und den Abmessungen von 15 x 9 x 5 cm. Je nach Systemarchitektur werden die meisten Betriebssysteme unterstützt. Wie zu sehen ist, kann die Performance durchaus mit einem Laptop verglichen werden. Um Gewicht und Größe zu reduzieren, gibt es auch Systeme mit geringerer Prozessorleistung und Speichermedien in Form von Flash Rom's. Der Akku ist hier größtenteils integriert. Diese Entwicklung der CPU' s lehnt sich mehr an die Technologie von PDA's an und nutzt auch für diese Geräte typische Betriebssysteme. 17 4. Abschließende Betrachtung Neben der Euphorie darüber, wo die Technologie des Wearable Computing in ferner Zukunft überall Einzug gehalten haben wird und neben der Enttäuschung über die heute häufig noch sehr unhandliche Hardware und fehlende Software scheint ein Trend in der Hard- und Softwareentwicklung erkennbar zu sein, der sich z.B. aus der Hardwarekonfiguration heutiger Wearable Computer und aus zahlreichen wissenschaftlichen Veröffentlichungen herauskristallisiert. Diesen Trend gilt es zu hinterfragen: Lässt sich die Entwicklung des Wearable Computing sowohl hardwareseitig als auch softwaretechnologisch für die nächsten 5-10 Jahre vorhersagen? Wohin konvergiert der aktuelle Trend? Welche technologische Richtung ist erstrebenswert? In welchen Anwendungsbereichen sind die innovativsten Veränderungen zu erwarten? Welche neuen Formen der Interaktion zwischen Mensch und Computer zeichnen sich ab? Eine solche Abschätzung kann nur auf der Grundlage bisheriger Erfahrungen mit Wearable Computern erfolgen und muss darüber hinaus Erkenntnisse aus der Ergonomie, der Kognitionsforschung, den Arbeitswissenschaften und ins besondere aus den Anwendungen – so weit sie über tragbar sind – integrieren. Der inter disziplinäre Diskurs in diesem Workshop könnte dazu führen, Charakteristika des Wearable Computing zu benennen, die jenseits bekannter Paradigmen wie Desktop Computing, Virtual Reality und Ubiquitous Computing liegen. Ausgangspunkte sind die bisherigen Erfahrungen aus konkreten Anwendungen oder mit Prototypen und deren kritischer Reflexion so wie die Erwartungen von Forscher(Innen) und Anwender(Innen). Der Workshop kann zu einer realistischen Einschätzung führen, die auf einer Synergie der heutigen Gegebenheiten, deren Kritik und den Visionen basiert. 18 Literaturverzeichnis Web-Pages: www.3sat.de www.computerbase.de www.frauenhofer.de www.golem.de www.heise-medien.de www.microoptical.net www.mobilemag.com www.tu-berlin.de www.viadrina.euv-frankfurt-o.de www.wikipedia.de 19 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: „Vollvermaschte/ Vernetzte Schnecke“ 5 Abb. 2: „Datenbestandsaufnahme durch Wearables“ 10 Abb. 3: „Objektprojektion in das Display des Nutzers“ 10 Abb. 4: „CMOS Funk-IC Modul“ 13 Abb. 5: „Das intelligente BSU-Pflaster“ 14 Abb. 6: „Systemkomponenten im Überblick“ 15 Abb. 7: „Ein „Twiddler““ 16 20
