HMI-Technologien am Wendepunkt: Was kommt als Nächstes?

KI-Revolution: Die Zukunft der Mensch-Maschine-Interaktion

Künstliche Intelligenz wird das HMI-Design neu definieren, indem sie die Benutzerinteraktion natürlicher und intuitiver gestaltet. Fortschritte in der Verarbeitung natürlicher Sprache (NLP) und im maschinellen Lernen werden sprachgesteuerte Schnittstellen wie Siri und Google Assistant weiter verbessern und personalisierte und kontextbezogene Interaktionen ermöglichen. Neue Technologien wie Kameras mit Tiefensensorik und hochentwickelte Gestenerkennung werden interaktivere und eindringlichere Erlebnisse für verschiedene Anwendungen schaffen, von der virtuellen Realität bis hin zu Automobilsystemen, wo Innovationen eine sicherere und intuitivere Steuerung ermöglichen werden.

Es wird erwartet, dass die Weiterentwicklung der KI-Technologien die Zugänglichkeit von Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) erheblich verbessern wird und Menschen mit Behinderungen neue Möglichkeiten bietet, durch verbesserte Sprachsteuerung und adaptive Schnittstellen nahtlos mit Systemen zu interagieren. Künftige KI-gesteuerte Systeme werden wahrscheinlich fortschrittlichere prädiktive Texteingaben, Untertitel in Echtzeit und noch reaktionsschnellere Sprachassistenten umfassen.

Die Integration von KI in Mensch-Maschine-Schnittstellensysteme (HMI) stellt insbesondere für Embedded-Entwickler eine große technische Herausforderung dar. Ein Hauptproblem ist die Optimierung von KI-Modellen, damit sie innerhalb der für eingebettete Umgebungen typischen Ressourcenbeschränkungen, wie begrenzte Rechenleistung und Speicher, effektiv funktionieren. Ingenieure müssen sich auch mit Fragen des Datenschutzes und der Sicherheit auseinandersetzen, da KI-gestützte HMIs oft sensible Benutzerinformationen verarbeiten und einen robusten Schutz erfordern.

Darüber hinaus stellt die Variabilität der realen Bedingungen eine beträchtliche Herausforderung dar. KI-Systeme müssen mit unterschiedlichen Benutzerinteraktionen umgehen, einschließlich verschiedener Akzente, Sprachen und unvorhersehbarer Umgebungsgeräusche, die die Genauigkeit von sprachgesteuerten Schnittstellen beeinträchtigen können. Entwickler müssen anpassungsfähige und widerstandsfähige KI-Modelle entwickeln, die in diesen unterschiedlichen Kontexten eine hohe Leistung und Benutzerfreundlichkeit gewährleisten.

AR-erweiterte Mensch-Maschine-Schnittstellen

Augmented Reality (AR) und Spatial Computing bringen bedeutende Fortschritte für HMIs. Ein wichtiger Trend ist die Verbesserung der Sicherheit am Arbeitsplatz durch die sofortige Bereitstellung von Maschineninformationen und das sichere Üben von Notfallverfahren. Echtzeit-Daten-Overlays in AR-Anwendungen projizieren aktuelle Systemdaten auf reale Umgebungen und stellen sicher, dass die Benutzer über aktuelle Betriebsinformationen verfügen.

Das Head-up-Display (HUD; wörtlich: „Kopf-oben-Anzeige“) ist ein Anzeigesystem, bei dem der Nutzer seine Blickrichtung und damit seine Kopfhaltung beibehalten kann, weil die Informationen wie Navigation und Fahrzeugdiagnose in sein Sichtfeld projiziert werden. Zu den Nutzern gehören unter anderem Flugzeugpiloten und Autofahrer. So erhöhen sich Sicherheit und Komfort.

Im Gesundheitswesen verbessert AR die Verfahrenspräzision, indem kritische Daten während Operationen und Schulungen eingeblendet werden, was eine höhere Genauigkeit ermöglicht. Die Industrie profitiert von AR durch Echtzeit-Wartungsanweisungen und Diagnosedaten für Geräte, wodurch die Effizienz gesteigert und Fehler reduziert werden. AR verbessert auch die medizinische Ausbildung durch schrittweise Verfahrensanweisungen und den Zugang zu Handbüchern.

Die Integration von Augmented Reality (AR) in Mensch-Maschine-Schnittstellen bringt einige komplexe Herausforderungen mit sich, die Ingenieure bewältigen müssen, um eine effektive Implementierung zu gewährleisten. Ein Hauptproblem ist das Erreichen einer Echtzeitleistung mit geringer Latenz, die für die nahtlose Überlagerung digitaler Inhalte mit realen Umgebungen entscheidend ist. Außerdem müssen die Ingenieure die hohen Verarbeitungsanforderungen von AR mit den Energiebeschränkungen von eingebetteten Systemen in Einklang gebracht werden, die häufig den Umfang der möglichen Anwendungen begrenzen.

Die Gewährleistung der Genauigkeit der digitalen Überlagerung erfordert eine präzise Kalibrierung von AR-Systemen mit physischen Räumen, was in dynamischen oder unkontrollierten Umgebungen schwierig sein kann. Darüber hinaus ist die Entwicklung intuitiver und zugänglicher Benutzeroberflächen, die einen reibungslosen Übergang zwischen AR- und Nicht-AR-Eingaben ermöglichen, für die Benutzerakzeptanz und die praktische Nutzbarkeit von wesentlicher Bedeutung. Ingenieure stehen auch vor der Herausforderung, den Datenschutz und die Sicherheit zu gewährleisten, insbesondere da AR-HMIs in sichtbaren, potenziell öffentlichen Räumen auf sensible Informationen zugreifen und diese anzeigen können.

Berührungslose Schnittstellen: Ein hygienischer und komfortabler Trend

United Airlines hat vor kurzem die Touchless ID"-Technologie eingeführt, die es vorab genehmigten Benutzern ermöglicht, die Sicherheitskontrollen an den Flughäfen O'Hare in Chicago und Los Angeles International zu passieren, indem sie einfach ihr Gesicht scannen und so physische Ausweise oder Bordkarten überflüssig machen. Dieser Fortschritt ist ein Paradebeispiel für die wachsende Nachfrage nach berührungslosen Schnittstellen, die durch das Bedürfnis nach verbesserter Hygiene und Bequemlichkeit angetrieben wird.

Berührungslose Technologien werden in vielen Sektoren immer wichtiger und signalisieren einen Wandel hin zu sichereren und effizienteren Abläufen. Im Gesundheitswesen sind diese Systeme entscheidend für die Aufrechterhaltung steriler Umgebungen und die Minimierung von Kontaminationsrisiken. Im Einzelhandel werden berührungslose Bezahlmethoden eingeführt, um die Sicherheit der Kunden zu erhöhen. Auch in intelligenten Häusern werden berührungslose Steuerungen für Beleuchtung, Klima- und Unterhaltungssysteme immer beliebter, da sie die Anforderungen der Nutzer erfüllen, die Wert auf Komfort und Zugänglichkeit legen.

KI-Algorithmen werden die Funktionalität berührungsloser Systeme weiter erhöhen, indem sie die Sprachsteuerung und Gesichtserkennungstechnologien verbessern. Die Wirksamkeit berührungsloser Technologien ist jedoch unterschiedlich und hängt von Faktoren wie der Qualität der KI-Implementierung, den Umgebungsbedingungen und den verwendeten Technologien ab.

Die Integration berührungsloser Technologien bringt auch einige Herausforderungen für das Elektronikdesign mit sich: Optimierung der begrenzten Verarbeitungsleistung, Gewährleistung einer präzisen Sensorintegration, Verringerung der Latenzzeit zur Verbesserung der Reaktionsfähigkeit und Aufrechterhaltung einer konsistenten Leistung in verschiedenen Umgebungen. Darüber hinaus sind die Entwicklung intuitiver Benutzeroberflächen, die Wahrung des Datenschutzes für biometrische Daten, ein effizientes Kostenmanagement und die Entwicklung robuster Software entscheidende Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt.

Haptisches Feedback: Die virtuelle Welt erfühlen

Haptisches Feedback ist eng mit HMIs verknüpft, da es die Art und Weise, wie Benutzer mit Maschinen interagieren, verbessert, indem es digitale Erfahrungen um eine taktile Dimension erweitert. Der weltweite Markt für haptische Technologien wurde 2022 auf 5,8 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird von 2023 bis 2032 voraussichtlich mit einer CAGR (Compound Annual Growth Rate) von 11,5 Prozent wachsen. Es wird erwartet, dass der Markt bis 2032 einen Wert von 17,4 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Haptisches Feedback, eine Technologie, die den Tastsinn simuliert, indem sie Kräfte, Vibrationen oder Bewegungen auf den Benutzer ausübt, ist bereits in Telefonen und Game Controllern zu finden und steht kurz vor einer breiteren Anwendung im VR-Training, z. B. in der Chirurgie, da die Benutzer den Druck auf virtuelle Objekte spüren können. Dies erhöht den Realitätsnähe und die Effektivität von Trainingsumgebungen. In der chirurgischen Ausbildung zum Beispiel simuliert haptisches Feedback die taktilen Empfindungen beim Operieren an echtem Gewebe und hilft den Auszubildenden, präzise motorische Fähigkeiten zu entwickeln und verschiedene Gewebetypen zu verstehen.

An der University of Bath werden beispielsweise ein Handschuh und eine Armbinde entwickelt, die Menschen mit Prothesen der oberen Gliedmaßen durch haptisches Feedback einen Tastsinn vermitteln.

Neben medizinischen Anwendungen wird haptisches Feedback auch für die Luftfahrt, die Automobilindustrie und die Robotik entwickelt. Piloten nutzen VR-Systeme mit haptischem Feedback, um die Steuerung im Cockpit zu simulieren, was eine sicherere und kostengünstigere Trainingsmethode darstellt. In der Automobilindustrie verbessert die haptische Technologie die Fahrerassistenzsysteme mit taktilen Warnungen vor potenziellen Gefahren. In der Robotik ermöglicht sie den Bedienern, Objekte aus der Ferne mit größerer Genauigkeit zu manipulieren. Fortschritte in der haptischen Technologie, einschließlich verbesserter Aktuatoren und Steuerungsalgorithmen, ermöglichen ein nuancierteres Tastempfinden, was die Anwendungsmöglichkeiten erweitert und in allen Industriezweigen immersive Schulungs- und Interaktionserfahrungen ermöglicht.

Die Entwicklung eingebetteter Systeme mit haptischem Feedback stellt die Ingenieure vor verschiedene Herausforderungen, wie z. B. die Beherrschung des hohen Stromverbrauchs und die Integration haptischer Komponenten auf kleinstem Raum. Kostenüberlegungen sind von entscheidender Bedeutung, da das Hinzufügen haptischer Technologie die Produktionskosten erhöhen kann. Die Entwicklungs-Ingenieure müssen außerdem eine niedrige Latenzzeit für ein realistisches Feedback sicherstellen, langlebige und zuverlässige haptische Aktoren entwickeln und präzise Steuerungsalgorithmen für effektive haptische Effekte entwickeln.

Darüber hinaus sind die Schaffung eines intuitiven Benutzererlebnisses und die Durchführung umfangreicher Tests und Validierungen von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass das haptische Feedback die Benutzerinteraktion verbessert, anstatt sie zu beeinträchtigen.

Fazit

Die Konvergenz von fortschrittlichen Technologien wie KI, AR und berührungslose Schnittstellen verändert die alltäglichen Interaktionen, da HMIs immer intuitiver und immersiver werden. Diese Technologien bieten beträchtliche Möglichkeiten zur Verbesserung des Benutzererlebnisses in Bereichen wie dem Gesundheitswesen, der Automobilindustrie und der Unterhaltungselektronik. Um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, ist jedoch die Zusammenarbeit mehrerer Disziplinen erforderlich, darunter Elektronik, Softwaretechnik, Benutzererfahrung und Cybersicherheit. Die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Technologien wird personalisierte, zugängliche und sichere Interaktionen ermöglichen und die Grenzen des Möglichen in der Mensch-Maschine-Kommunikation verschieben. (neu)