Mit Muskelkraft den virtuellen Berg bezwingen

In einem neuen Labor am Exzellenzcluster CITEC sollen Testpersonen laufen und springen

Das Interactive Locomotion Lab (Labor für interaktive Fortbewegung) ist in diesem Jahr hinzugekommen zu den rund 40 Speziallaboren des Exzellenzclusters CITEC. Hier forschen Wissenschaftler aus der Biologie und Informatik gemeinsam an der Rolle des Körpers bei Bewegungssteuerung und -planung. Für die Versuche wurde eine Spezialanfertigung entworfen, die aus einer Plattform mit Laufband und einer virtuellen Welt besteht. Nach den Einstiegsstudien in diesem Jahr sollen nun die Experimente starten.

Prof. Dr. Volker Dürr (r.) leitet das Interactive Locomotion Lab. Sein Mitarbeiter Florian Hofmann (l.) bereitet die Hauptstudie vor.Die Forschungsgruppe Biologische Kybernetik hat das neue Labor im Biologietrakt des Universitätshauptgebäudes eingerichtet. Hier im grauen Kellerraum empfängt eine grüne virtuelle Oase die Versuchsteilnehmerinnen und -teilnehmer. Auf einer Stewart-Plattform – einer Plattform, die über sechs Antriebe in alle Richtungen geneigt und verschoben werden kann – haben die Forschenden sechs große Bildschirme und 14 Kameras aufgebaut.

Die Versuchspersonen tragen eine spezielle Brille, die von den Kameras erfasst wird. So gehen oder laufen sie auf einem auf der Stewart-Plattform angebrachten Laufband. Dabei führt der virtuelle Weg über einen Pfad mit grünen Wiesen links und rechts. Ab und zu überrascht ein Hindernis die teilnehmenden Personen. Dann heißt es: herübersteigen oder -springen. „Durch die Hürden auf dem virtuellen Weg wollen wir herausfinden, wie wir Menschen auf die Umwelt reagieren“, sagt Professor Dr. Volker Dürr. Der Biologie leitet die Forschungsgruppe Biologische Kybernetik, die zur Fakultät für Biologie und dem Exzellenzcluster CITEC gehört.

Im Interactive Locomotion Lab laufen die Versuchspersonen durch eine virtuelle Landschaft, in der sie beispielsweise über Hürden springen. Die 180-Grad-Projektion, die sich um die Testperson wölbt, vermittelt eine dreidimensionale Optik. Das Laufband lässt sich nach vorne und nach hinten neigen. Auf diese Weise laufen die Versuchspersonen nicht nur in der Ebene, sondern haben auch das Gefühl, ganze Berge hoch- und herunterzulaufen. Anfang des Jahres wurde die Sicherheitsabnahme vorgenommen. Nach den Teststudien können nun die ersten Experimente starten.

„Wir wollen herausbekommen, wie der Mensch dynamische Lauf- und Sprung-Bewegungen plant und steuert“, sagt Dürr. „Dafür geben wir den Versuchspersonen bewusst ein falsches Feedback.“ Zum Beispiel täuschen die Forschenden mit dem Gerät vor, dass eine virtuelle Hürde nicht überschritten wurde – obwohl die Realität und die Wahrnehmung der Versuchspersonen eine andere ist. Wie gehen die Personen mit dieser Diskrepanz um? Passen sie ihre Kraft für den nächsten Sprung an? Wie empfindlich reagieren die Personen auf Veränderungen? Und wie groß darf der Konflikt zwischen Feedback und visuellem Eindruck sein? „Wir haben eine Vorstellung davon, wie viel Kraft wir zum Beispiel für einen Sprung einsetzen müssen, um das Hindernis zu schaffen. Oder wie wir unseren Arm bewegen müssen, um einen Ball zu einem Zielort zu werfen“, sagt Dürr. „Dennoch können wir uns nicht immer sicher sein. Manchmal denken wir, dass wir an einem Hindernis noch vorbeikommen und dann stoßen wir doch dagegen. Wie diese interne Körperrepräsentation  funktioniert, interessiert uns in unserer Forschung.“

Dipl.-Ing.Florian Hofmann bereitet die virtuelle Landschaft vor. Zurzeit messen die Wissenschaftler die Bewegung auf dem Laufband. In Zukunft könnte auch die Muskelaktivität und Sprungkraft gemessen werden, zum Beispiel durch ein Druckmuster der Schuhe. „Aus den Ergebnissen der Studien hier im Interactive Locomotion Lab können wir auch etwas für künstliche Systeme lernen“, sagt Dürr. „Angelehnt an die Körperrepräsentation des Menschen schauen wir, welche Bewegungsabläufe in Robotern fest sein sollten und welche besser dynamisch und anpassbar.“

Kontakt:
Professor Dr. Volker Dürr, Universität Bielefeld
Exzellenzcluster CITEC
Telefon: 0521 106-5528, E-Mail: volker.duerr@uni-bielefeld.de