Letztes Update: 16. August 2024
Die Übertragung des Tastsinns über das Internet ist dank des neuen HCTI-Standards möglich. Entwickelt von der TUM, ermöglicht dieser Standard Anwendungen wie Telechirurgie, Telefahren und immersive Online-Gaming-Erfahrungen durch haptische Codecs.
Die Übertragung des Tastsinns über das Internet ist eine bahnbrechende Technologie, die das Potenzial hat, viele Bereiche unseres Lebens zu revolutionieren. Was JPEG für Bilder, MP3 für Audiodateien und MPEG für Videos ist, das sind haptische Codecs für die Übertragung des Tastsinns. Unter der Konsortialführung der Technischen Universität München (TUM) wurde nach acht Jahren intensiver Normungsarbeit ein Standard für die Kompression und Übertragung des Tastsinns veröffentlicht. Dieser Standard, bekannt als „Haptic Codecs for the Tactile Internet“ (HCTI), legt die Basis für Anwendungen wie Telechirurgie, Telefahren und neue Online-Gaming-Erfahrungen.
Wenn Audio- oder Videodateien über das Internet geschickt werden, ist der Ablauf aus heutiger Sicht recht einfach: Alle 20 Millisekunden wird ein Datenpaket geschnürt, aus dem irrelevante Informationen bereits herausgefiltert wurden. Das reduziert die Datenmenge erheblich. Informationen werden dabei lediglich in eine Richtung geschickt, zum Empfangenden. Bei der Übertragung von haptischen Informationen spielen jedoch sowohl Sendende als auch Empfangende eine Rolle. Soll etwa ein Roboterarm aus der Ferne bewegt werden, gibt die Nutzerin oder der Nutzer das durch ihre oder seine Bewegung vor. Greift die Hand am Roboterarm etwa einen Tennisball, spürt die Nutzerin oder der Nutzer das aus der Ferne. Informationen müssen in beide Richtungen fließen, was einen globalen Regelkreis entstehen lässt.
Um die zu versendende Datenmenge zu reduzieren, gibt es sogenannte Codecs, die Daten für die Übertragung codieren und decodieren. So wird eine effiziente Übertragung der Daten möglich. Im erstmals veröffentlichten IEEE-Standard 1918.1.1 wird ein Codec als Standard für den taktilen Datentransfer definiert. Dieser erfasst sowohl die Empfindungen für Bewegungen, also für Positionen der Gliedmaßen und Kräfte, die dort wirken, als auch die Sensibilität der Haut, um Oberflächen wie 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.
Anders als in den Bild-, Audio- und Videokompressionsstandards war es für die Übertragung taktiler Information bisher üblich, bis zu 4.000 Mal pro Sekunde Datenpakete in beide Richtungen zu senden. Das stellt sehr hohe Anforderungen an das Kommunikationsnetz, das die Datenpakete transportiert. Der Vorteil der hohen Taktung liegt in der wirklichkeitsnahen Teleoperation und der robusten Übertragung, selbst wenn einzelne Datenpakete verloren gehen. Dennoch wollen die Forschenden die Taktung auf etwa 100 Mal pro Sekunde reduzieren, was nahe an der Wahrnehmungsschwelle des Menschen liegt.
2014 startete eine Arbeitsgruppe innerhalb der IEEE Standardization Association mit Forschenden unter anderem aus dem Imperial College in London, der New York University of Abu Dhabi (NYU Abu Dhabi), der Chinesischen Dalian University sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unter der Konsortialführung der TUM mit dem Ziel, einen Standard für die haptische Kommunikation zu entwickeln. Der neue Codec ist so etwas wie JPEG oder MPEG, nur für die Haptik. Für den neuen Kompressionsstandard, kurz HCTI genannt, haben die Forschenden sowohl den Regelkreis zwischen Sendenden und Empfangenden als auch die Kompression der Daten optimiert.
Das Besondere an HCTI ist, dass selbst wenn Datenpakete über weite Strecken versendet werden, das am anderen Ende der Leitung nicht zu merken sein darf. 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. Diese stabilisierende Wirkung ist ein entscheidender Faktor für die erfolgreiche Übertragung des Tastsinns über das Internet.
Der neue Standard eröffnet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Auch bei JPEG, MP3 oder MPEG entstanden viele Anwendungen, nachdem der Standard öffentlich war. Das Gleiche wird auch von den neuen haptischen Codecs erwartet. Besonders interessant sind Anwendungen in der Telechirurgie, wo Chirurgen Operationen aus der Ferne durchführen können, und im Bereich des Telefahrens, wo Fahrzeuge aus der Ferne gesteuert werden können. Auch im Bereich des Online-Gamings eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten, indem Spieler haptisches Feedback erhalten und so ein immersiveres Spielerlebnis genießen können.
Im Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence (MIRMI) ist Prof. Eckehard Steinbach als einer der Vorstände für die Themen Start-ups und Infrastruktur tätig. Mit dem MIRMI hat die TUM ein Integratives Forschungsinstitut geschaffen, das über führende Expertise in den Bereichen Robotik, Perzeption und Datenwissenschaft verfügt. Eine wichtige Rolle für die Entwicklung des taktilen Internets spielt auch der Exzellenzcluster CeTi. Im Centre for Tactile Internet with Human-in-the-loop (CeTi) arbeiten Forschende der Technischen Universität München (TUM) und der Technischen Universität Dresden seit 2019 gemeinsam an dem Ziel, die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine auf ein neues Level zu heben.
Vorarbeit für die Entwicklung des taktilen Internets wurde im Sonderforschungsbereich SFR453 geleistet. Informationen, die in Lichtgeschwindigkeit durch Glasfasernetze geschickt werden, legen maximal 300 Kilometer in einer Millisekunde zurück. Von Deutschland bis nach Japan wären die Daten dann schon 30 Millisekunden unterwegs. Und das ist nur die reine Übertragungszeit. Hinzu kommen weitere Verzögerungen durch die Darstellung im Endgerät und eingesetzte Sensoren. Um dennoch auch über weite Strecken hinweg eine für den Menschen nicht merkliche Verzögerung in der Datenübertragung möglich zu machen, arbeiteten Forschende der Technischen Universität München (TUM) und dem Institut für Robotik und Mechatronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Oberpfaffenhofen zusammen. Im von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereich SFB453 entwickelten sie schon 2008 eine neue Generation von haptischen Codecs, die zwei Dinge zusammenbrachte – die Regelung zur Stabilisierung der „Teleoperation in der Gegenwart von Verzögerungen“ und „wahrnehmungsmodellbasierte Kompression der haptischen Daten“.
Die Übertragung des Tastsinns über das Internet steht noch am Anfang, doch die Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Die Technische Universität München (TUM) spielt dabei eine zentrale Rolle. Mit rund 650 Professuren, 52.000 Studierenden und 12.000 Mitarbeitenden ist sie eine der weltweit stärksten Universitäten in Forschung, Lehre und Innovation. Ihr Fächerspektrum umfasst Informatik, Ingenieur-, Natur- und Lebenswissenschaften, Medizin, Mathematik sowie Wirtschafts- und Sozialwissenschaften. An der TUM werden jährlich mehr als 70 Start-ups gegründet, im Hightech-Ökosystem München ist sie eine zentrale Akteurin. Weltweit ist sie mit dem Campus TUM Asia in Singapur sowie Büros in Brüssel, Mumbai, Peking, San Francisco und São Paulo vertreten. An der TUM haben Nobelpreisträger und Erfinder:innen wie Rudolf Diesel, Carl von Linde und Rudolf Mößbauer geforscht. 2006, 2012 und 2019 wurde sie als Exzellenzuniversität ausgezeichnet. In internationalen Rankings wird sie regelmäßig als beste Universität in der Europäischen Union genannt.
Das Übertragen des Tastsinns über das Internet eröffnet neue Möglichkeiten in der digitalen Welt. Diese Technologie könnte besonders im Bereich des Online-Verkaufs von Elektronik von Bedeutung sein. Wenn Sie sich für die rechtlichen Aspekte interessieren, finden Sie weitere Informationen unter Haftungsfragen beim Online-Verkauf von Elektronik. Hier wird detailliert auf die verschiedenen Haftungsfragen eingegangen.
Ein weiteres spannendes Thema ist die Entwicklung des Quanteninternets. Diese Technologie könnte die Grundlage für die Übertragung des Tastsinns über das Internet bilden. Mehr dazu erfahren Sie unter Quanteninternet Glasfaserübertragung entwickeln. Dort wird erklärt, wie diese Technologie funktioniert und welche Vorteile sie bietet.
Für eine zuverlässige und schnelle Internetverbindung, die für die Übertragung des Tastsinns über das Internet unerlässlich ist, könnte ein Glasfaserzugang von Vorteil sein. Weitere Informationen hierzu finden Sie unter Glasfaserzugang für Geschäftskunden. Diese Seite bietet Ihnen einen Überblick über die Vorteile und Möglichkeiten eines Glasfaserzugangs.
