Projekt ExoHaptik: Pflegekraft.
Daniel Classen - Jun 5, 2020

Projekt ExoHaptik: Pflegekraft.

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Ein Mixed-Reality-Simulator für Pflegekräfte mit Kraftrückkopplung per Exoskelett

In diesem Blog Post wird das Forschungsprojekt „ExoHaptik:Pflegekraft“ behandelt. Im Zuge dessen wollen wir unter anderem die klassischen Probleme von Virtual- bzw. Mixed Reality aufgreifen und Lösungsmöglichkeiten aufzeigen.

Folgende Aufgabenstellung liegt dem Projekt zugrunde:

Die Pflegetätigkeit stellt erhebliche Anforderungen an die Gesundheit der Pflegenden. Pflegekräfte tragen neben psychischen Belastungen ein erhöhtes Risiko für die Entstehung von Muskel‐Skelett‐Erkrankungen (MSE), vor allem im Bereich der Wirbelsäule. Professionell Pflegende sind laut AOK Fehlzeiten-report im Schnitt 25,1 Tage arbeitsunfähig gemeldet. 25% der Krankheitstage sind auf MSE zurückzuführen und jeder fünfte Rentenzugang ist MSE bedingt. Sowohl professionell Pflegende als auch pflegende Angehörige sind beim Transfer von Pflegebedürftigen hohen Lasten bzw. Teillasten ausgesetzt, aber auch häufiges Beugen und Verdrehen des Oberkörpers werden als Risiko-faktoren für MSE benannt. Speziell in der privathäuslichen Versorgung sind die Pflegenden zusätzlich mit ungünstigen baulichen Gegebenheiten, mangelnden oder für die Umgebung ungeeigneten Hilfsmitteln konfrontiert.

Die Zielsetzung des Projekts besteht darin, pflegende Angehörige und professionell Pflegende in ihrer Pflegetätigkeit und ihrer Gesunderhaltung zu unterstützen. Dies wird einerseits erreicht durch eine effizientere Planung von Umbaumaßnahmen und Hilfsmittelausstattung in Privatwohnungen. Andererseits wird das Pflegepersonal durch die Schulung der richtigen Körperhaltung bei bestimmten Tätigkeiten für seine Körperhaltung sensibilisiert. Für die Schulung wird das ExoHaptik‐System, einer Multi‐User‐Mixed‐Reality‐Simulation mit Kraftrückkopplung per Exoskelett verwendet. Die Ausgabe erfolgt über eine VR Anwendung.

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Screenshot VR Anwendung aus dem Proof-of-concept

Die Pflegekräfte werden schon früh in das Projekt eingebunden unter anderem zum Testen der Anwendung im Entwicklungsprozess.

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Test der Anwendung mit Hilfe des Pflegepersonal vor Ort bei Lightshape

Die Wohnraumberatung soll über ein MR HMD mit see-through erfolgen damit eine Überlagerung der Umbauten für die Angehörigen zu sehen ist.

Im Projekt werden die folgenden drei "klassischen" technischen Probleme von Virtual- bzw. Mixed Reality aufgegriffen:

  1. In den meisten VR-Systemen fehlt die Ansprache der haptischen Wahrnehmung. Die existierenden Systeme für haptisches Feedback sind sehr aufwändig und passen nicht zum Anwendungsfall der Pflege. Für das Projekt wird daher ein innovativer Ansatz verfolgt: ein Exoskelett, welches normalerweise ausschließlich zur Unterstützung der Bewegungen des Trägers gedacht ist, wird zur Kraftrückkopplung verwendet. Um die auf den Körper des Trägers wirkenden Widerstände und Gewichte zu simulieren, werden die Aktuatoren des Exoskeletts umgekehrt verwendet.
  2. Die meisten VR‐Systeme sind zwar "One‐Man‐Shows", seit Kurzem existieren allerdings Systeme, die es ermöglichen, mehrere Head‐Mounted‐Displays (HMDs) zu koppeln. Mehrere Nutzer können dadurch gleichzeitig in derselben virtuellen Szene interagieren, ohne sich real am selben Ort aufzuhalten. Ein solches System wird im Rahmen des Projekts verwendet, erweitert und für den Anwendungsbereich angepasst.
  3. Virtual Reality und Augmented Reality sind getrennte Welten mit jeweils spezialisierten Ausgabegeräten. ExoHaptik:Pflegekraft verfolgt die Vision eines Mixed Reality HMDs, welches das Kontinuum zwischen der physischen und digitalen Welt in einem Ausgabegerät umsetzt.

Lightshapes konkrete Rolle in der Entwicklung der Multi-User-HMD-Anwendung für verteilte Schulungsklassen und Experteneinbindung wird folgend näher beschrieben.

Im Vordergrund steht die Entwicklung einer VR Anwendung mit Multi-User Lösung, die eine ortsunabhängige Vernetzung ermöglicht. Dies wird mit Hilfe eines Trackingsystems, basierend auf der HTC Vive Tracking-Technologie für Objekte und Personen zur Evaluierung und Anpassung an die notwendigen Funktionen erreicht.

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Screenshot VR Anwendung aus dem Proof-of-concept

Die notwendigen Funktionen umfassen dabei:

  • Externes Tracking der Person im Exoskelett durch dieses System
  • Externes Tracking der Position sowie des Zustands des Patientendummies
  • Aufbau eines Objekt-Trackings um Objekte im Raum in der VR zu simulieren
  • Echtzeitdatenverarbeitung zwischen Exoskelett und VR-System, Funktion und Bedienung des VR-Systems
  • Entwicklung und Implementierung von User-Interface und User-Experience (UI/UX) zur Bedienung der Anwendung (Host / Client)
  • Multi-User Szenario
  • Kommunikationslösung lokal/online
  • Untersuchung von inhaltlich widersprüchlichen, räumlichen Situationen (Teleportation) und deren Lösung
  • Mehrere Standorte mit unterschiedlichen Raumgrößen und Ausrichtung
  • Parametrisierbare Avatare für visuelles Abbild der Beteiligten Personen in VR/AR

Zusätzlich erfolgt die technische Vorbereitung für die Nutzungsstudien mit Auswertungsfunktion, welche mit den ausgebildeten Pflegekräften durchgeführt werden.

Weitere Informationen zum Projekt erhalten Sie hier:

https://www.technik-zum-menschen-bringen.de/projekte/exohaptik

Eine Zusammenfassung und weiterführende Informationen zu den Potentiale von AR und VR finden sie in diesem BLOG.

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Daniel Classen

Written By Daniel Classen

CEO at Lightshape

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