Kompressionsstandard für Haptik Den Tastsinn über das Internet übertragen

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Was JPEG für Bilder oder MP3 für Audiodateien ist, das sind haptische Codecs für die Übertragung des Tastsinns über das Internet. Nun wurde mit den Haptic Codecs for the Tactile Internet (HCTI) erstmals ein Standard für Übertragung des Tastsinns veröffentlicht.

Wenn Audiodateien über das Internet geschickt werden, dann ist der Ablauf aus heutiger Sicht recht einfach: Alle 20 Millisekunden wird ein Datenpaket geschnürt, aus dem die für das menschliche Hören irrelevante Informationen bereits rausgefiltert wurden. Das reduziert die Datenmenge. Informationen werden dabei auch nur in eine Richtung geschickt, zum Empfänger. Beim Tastsinn ist das Ganze schon etwas komplizierter. Der nach acht Jahren Normungsarbeit unter Führung der Technischen Universität München (TUM) nun vorgestellte Haptic Codecs for the Tactile Internet (HCTI) soll die Übertragung des Tastsinns möglich machen. 

Im Gegensatz zum Audio spielen bei der Übertragung von haptischen Informationen Sender und Empfänger gleichermaßen eine Rolle. Wenn etwa ein Roboterarm aus der Ferne bewegt werden soll, dann gibt der Nutzer das durch seine Bewegung vor. Greift die Hand am Roboterarm etwa einen Tennisball, spürt der Nutzer das aus der Ferne. Informationen müssen in beide Richtungen fließen. Die Übertragung der haptischen Information sollte dabei idealerweise in einer Millisekunde vonstattengehen – eine Geschwindigkeit, mit der in der physischen Interaktion mit Robotern üblicherweise gearbeitet wird.

Der neue Codec ist so etwas wie JPEG oder MPEG,
 nur für die Haptik.

„Im erstmals veröffentlichten IEEE-Standard 1918.1.1 (Institute of Electrical and Electronics Engineers) wird ein Codec als Standard für den taktilen Datentransfer definiert“, erklärt Prof. Eckehard Steinbach, Leiter des Lehrstuhls für Medientechnik der TUM.

Der Standard Haptic Codecs for the Tactile Internet (HCTI) erfasst zum einen die Empfindungen für Bewegungen, also für Positionen der Gliedmaßen und Kräfte, die dort wirken, als auch für die Sensibilität der Haut, um etwa Oberflächen etwa von Papier oder Metall spüren zu können. Ergänzt werden diese beiden haptischen Codecs durch ein standardisiertes Protokoll für den Austausch der Geräteeigenschaften, das sogenannte Handshaking beim Verbindungsaufbau.

So funktioniert HCTI

Anders als in den Bild-, Audio- und Video-Kompressionsstandards war es für die Übertragung taktiler Information bisher üblich, bis zu 4.000 Mal pro Sekunde Datenpakete in beide Richtungen loszuschicken. „Das stellt sehr hohe Anforderungen an das Kommunikationsnetz, das die Datenpakete transportiert“, erläutert Steinbach.

Doch die hohe Taktung hat ihre Vorteile: Zum Beispiel die Teleoperation ist wirklichkeitsnah und die Übertragung ist sehr robust, selbst wenn einzelne Datenpakete verloren gehen. Dennoch wollen die Forscher die Taktung auf etwa 100 Mal pro Sekunde reduzieren. „Das ist nahe an der Wahrnehmungsschwelle des Menschen“, so Steinbach. 

Für den neuen Kompressionsstandard für den Tastsinn, kurz HCTI genannt, haben die Forscher unter anderem die Kompression der Daten optimiert. Das Besondere: Selbst wenn Datenpakete über weite Strecken versendet werden, darf das am anderen Ende der Leitung nicht zu merken sein. „Die integrierte Regelung wirkt stabilisierend. Die Kräfte, die etwa von einem weit entfernt stehenden Roboter eingesetzt werden, werden leicht gedämpft. Harte Oberflächen fühlen sich weicher an“, sagt Steinbach über die nun standardisierte Lösung. 

Mögliche Anwendungsbereiche

Der neue Standard Haptic Codecs for the Tactile Internet (HCTI) wird für diverse künftige Anwendungen interessant: 

• Telechirurgie:  Der neue Standard vermeidet Oszillationen über beliebige Distanzen hinweg. Somit lässt sich ein aus der Ferne bedienter OP-Roboter genauso gut einsetzen wie direkt vor Ort. 

• Teledriving: Unternehmen, die am autonomen Fahren arbeiten, bieten derzeit bereits Teleoperations-Services an. Die Fahrer sitzen dabei nicht am Steuer des Fahrzeugs, sondern in „Fahrzentren“, von denen aus sie Fahrzeuge in der Ferne steuern.

• Ultraschall im Rettungswagen: Rettungshelfer dürfen zwar Personen erstversorgen, sind allerdings nicht berechtigt, Ultraschallbilder zu machen. Das könnte ein Arzt in kritischen Situationen schon während des Transports zum Krankenhaus übernehmen.

• Gaming und Filmindustrie: Über HCTI wird es möglich, das Computerspiel oder den Kinofilm näher an die Realität zu bringen und spürbar zu machen. Über ein Exoskelett lassen sich etwa Vibrationen im Auto übertragen oder Fliehkräfte in Kurven

• Einkauf: Wer seine Kleidung online einkauft, braucht sich die Produkte nicht zusenden zu lassen, um zu erfahren, wie sie sich anfühlen.