Wearable Computing stellt eine Sonderform von Mobile Computing dar und kennzeichnet sich vor allem durch miniaturisierte Rechnermodule in Verbindung mit Sensornetzwerken die entweder auf, unter bzw. in der Kleidung angebracht werden und im Idealfall eine herkömmlichen Textilien vergleichbare Tragefreundlichkeit aufweisen. Wearable Computer bewegen sich stets mit dem Benutzer, sind immer aktiv und formen auf diese Art und Weise einen sehr persönlichen digitalen Informationsraum, der die jeweiligen Umgebungsbedingungen in Echtzeit erkennen und sich daran anpassen kann.
Die vorliegende Arbeit setzt sich mit allgemeinen Grundlagen von Wearable Computing auseinander und zeigt neben visionären Vorstellungen auch bereits realisierte Systeme und noch zu lösende Problembereiche. Als Schwerpunkt werden im daran anschließenden Teil neuartige I/O-Schnittstellen, an der menschlichen Physis orientierte Bustopologien und kontextsensible Herangehensweisen beschrieben und im Hinblick auf ihren praktischen Nutzen beurteilt. Ein weiterer Aspekt widmet sich darüber hinaus der derzeit größten Herausforderung im Bereich des Wearable Computing: einer ausreichenden Energieversorgung.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Grundlagen
2.1 Was ist Wearable Computing
2.1.1 Idee und Merkmale nach Steve Mann
2.1.2 Grenzen des Wearable Computing
2.1.3 Visionäre des Wearable Computing
2.2 Klassifikation von WearComps
2.2.1 Systemkomponenten
2.2.2 Entwicklungstendenzen
2.2.3 Wearable-Typisierung
2.2.4 Anwendungsbereiche
2.3 Meilensteine des Wearable Computing
2.3.1 Grundsteinlegung: 1960-1980
2.3.2 Medienpräsenz: 1981-1996
2.3.3 Marktdurchdringung: ab 1997
2.4 Wearability
2.4.1 Humanoide Grundlagen
2.4.2 Benutzerszenarien
3. Energieversorgung
3.1 Energiespeicher
3.1.1 Batterien
3.1.2 Folienbatterien
3.1.3 Brennstoffzellen
3.2 Mobile Energieerzeugung
3.2.1 Photovoltaik
3.2.2 Menschlicher Körper
3.3 Energieverbraucher
3.3.1 Durchschnittlicher Verbrauch
3.3.2 Beispielverbraucher für Anwendungen
3.4 Energiemanagement
4. Vernetzung
4.1 On-body communication
4.1.1 Body Area Network
4.1.2 Menschliche Elektrofelder
4.1.3 Nahbereichs-Funknetze
4.1.4 Leitende Textilien
4.1.5 Gewebebänder
4.2 Near-body communication
4.2.1 Personal Area Network
4.2.2 Bluetooth
4.2.3 ZigBee
4.3 Off-Body communication
4.3.1 Wireless LAN
5. Kontext
5.1 Kontext Grundlagen
5.1.1 Kontextbezogene Szenarien
5.1.2 Definition von Kontext
5.1.3 Kontextspezifische Klassifizierungen
5.2 Kontextmodelle
5.2.1 Erfassung von Kontextinformationen
5.2.2 Strukturierung und Interpretation durch Kontextmodelle
5.3 Kontextquellen zur Position
5.3.1 Positionssysteme
5.3.2 Satellitengestützt (GNSS/GPS)
5.3.3 Zellenbasiert (GSM/UMTS)
5.3.4 Innenraumsysteme (IR/Funk/US)
5.3.5 Relative Bewegungsmessung
5.3.6 Visuelle Marker (VisualTags)
5.3.7 Beobachtung der Umgebung
5.3.8 Verbundlösungen
5.4 Kontextquellen zur Identifikation
5.4.1 Identifikationssysteme
5.4.2 Funketiketten (RFID)
6. I/O-Schnittstellen
6.1 Ausgabegeräte
6.1.1 Head-Mounted-Displays (HMD)
6.1.2 Alternative Displays
6.1.3 Lautsprecher
6.1.4 Taktile Ausgaben
6.2 Eingabegeräte
6.2.1 Tastaturen
6.2.2 Zeigegeräte
6.2.3 Zeichengeräte
6.2.4 Mikrofone & Kameras
6.3 I/O-Software
6.3.1 Gestenerkennung
6.3.2 Objekterkennung
6.3.3 Spracherkennung
7. Ausblick
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Grundlagen, Potentiale und technischen Herausforderungen von Wearable Computing, mit einem besonderen Fokus auf kontextsensitiven Systemen. Die Arbeit analysiert dabei, wie tragbare Rechnersysteme den Nutzer durch miniaturisierte Module und neuartige Schnittstellen unterstützen können, während gleichzeitig die kritische Hürde einer effizienten Energieversorgung und geeigneter Vernetzungsmöglichkeiten beleuchtet wird.
- Grundlagen, Definitionen und Klassifikation von Wearable Computing
- Methoden und Herausforderungen der Energieversorgung und -einsparung
- Vernetzungstechnologien für On-body, Near-body und Off-body Kommunikation
- Kontextsensitivität und Kontextmodellierung zur Nutzerunterstützung
- Innovative Ein-/Ausgabeschnittstellen und deren Nutzbarkeit im Alltag
Auszug aus dem Buch
2.1.1 Idee und Merkmale nach Steve Mann
Wearable Computing (engl. to wear = tragen), kurz WearComp, ist ein etwas unscharfer Sammelbegriff für verschiedenste Computersysteme, die während der Benutzung analog einem Kleidungsstück am Körper getragen werden und den Benutzer (bei Bedarf) kontextabhängig unterstützen können ohne jedoch seine Aufmerksamkeit oder Mobilität im Allgemeinen zu beeinträchtigen. Wie ein zusätzlicher Teil des Körpers sollen sie die humanoide Wahrnehmung erweitern (indem sie beispielsweise Informationen liefern, die durch unsere herkömmlichen Sinne nicht oder nur unscharf erfassbar wären) und gleichzeitig verschiedenste andere Rechnerdienste auf eine möglichst mobile Art und Weise leisten, während sie dabei selbst (sowohl was Hardware als auch Software betrifft) möglichst "unsichtbar" bleiben.
Steve Mann [siehe Abbildung 1] – der geistige Vater des Wearable Computing – beschrieb Wearables 1998 [Man98a] als eine Art individueller Mini-Computer der immer in Betrieb ist und seinen Besitzer unauffällig überallhin begleitet. In seinem bis heute häufig zitierten Einführungsvortrag zur zweiten ISWC [Isw_HP], der bedeutendsten internationalen Messe des Wearable Computing, nannte er die wesentlichen Grundzüge des Wearable Computing:
Wearable computing facilitates a new form of human--computer interaction comprising a small body--worn computer (e.g. user--programmable device) that is always on and always ready and accessible. In this regard, the new computational framework differs from that of hand held devices, laptop computers and personal digital assistants (PDAs). The 'always ready' capability leads to a new form of synergy between human and computer, characterized by long-term adaptation through constancy of user--interface. [Man98a]
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel gibt eine grobe Vorstellung zum Inhalt der vorliegenden Arbeit und – im Rahmen dieser Übersicht – auch einen Leitfaden zum Inhalt der jeweiligen Kapitel.
2. Grundlagen: Das einführende Grundlagenkapitel zeigt wesentliche Aspekte des Wearable Computing auf, insbesondere auch seine Potentiale und Grenzen in Gegenüberstellung zu vergleichbaren Technologien wie Ubiquitous Computing. Darüber hinaus werden neben einem historischen Abriss auch grobe Einblicke in Grundlagenverfahren für eine erhöhte Tragefreundlichkeit ("Wearability") gegeben und sowohl der typische Aufbau eines Wearable Computing-Systems als auch seine aktuellen Typen vorgestellt.
3. Energieversorgung: Im Rahmen dieses Kapitels werden wesentliche Technologien für eine Energieversorgung im Bereich des Wearable Computing beschrieben, allen voran Batterien, aber auch mögliche Nachfolger wie beispielsweise Brennstoffzellen. Kurz gestreift werden auch Methoden zur mobilen Energieerzeugung, welche sich allerdings meist nur für Niedrigenergiesysteme eignen. Ergänzt wird das Kapitel darüber hinaus durch einen Überblick zu typischen Energieverbrauchern und mögliche Effizienzsteigerungen durch ein verbessertes Energiemanagement.
4. Vernetzung: Dieses Kapitel behandelt skalierte Methoden für eine Vernetzung im Bereich des Wearable Computing, die von busähnlichen Topologien am Körper ("On-body") über körpernahe Netzwerke ("Near-body") bis hin zu Verbindungstechnologien außerhalb des Humanbereiches ("Off-body") reichen. Obwohl zu allen drei Bereichen Anwendungsbeispiele und Technologien vorgestellt werden, liegt ein wesentlicher Schwerpunkt im Rahmen dieser Arbeit auf direkten Verbindungen am Körper selbst, die nebst drahtgebundener Lösungen vordergründig auch drahtlos erfolgen können und sollen.
5. Kontext: Ein wesentliches Kernthema dieser Arbeit findet sich in diesem Kapitel, das sowohl den allgemeinen Begriff von Kontext im Hinblick auf Wearable Computing erläutert als auch dessen mögliche Bedeutung in der Praxis. Dazu werden zunächst typische Herangehensweisen zur Dechiffrierung von Kontext als auch die daraus resultierenden Kontextmodelle vorgestellt und anhand von exemplarischen Beispielen erläutert. Anschließend werden die beiden wichtigsten Kontextquellen – Position als auch Identifikation – herausgegriffen und mittels aktueller Technologien konkretisiert.
6. I/O-Schnittstellen: Wearable Computing ist in vielen Fällen mit einer neuartigen Definition der Maschine-Mensch-Schnittstelle verbunden. Im Rahmen dieses Kapitels werden deshalb innovative Geräte zur Ein- als auch Ausgabe beschrieben und im Hinblick auf ihre Nutzbarkeit im Bereich von Wearable Computing bewertet. Das Kapitel schließt mit einigen typischen Applikationssbeispielen aus dem Bereich der Eingabedecodierung (Sprach-, Gesten-, Objekterkennung), welche die Vor aber auch Nachteile einer softwareseitigen Lösung von Eingaben aufzeigen.
7. Ausblick: Im abschließenden Kapitel findet sich ein kurzer Ausblick zu möglichen Entwicklungen im Bereich des Wearable Computing, ergänzt um eine persönliche Einschätzung der Technologie.
Schlüsselwörter
Wearable Computing, WearComp, Mobile Computing, Ubiquitous Computing, SmartClothing, Mensch-Maschine-Interaktion, Energieversorgung, Batterien, Brennstoffzellen, Vernetzung, Body Area Network, Kontext, Kontextsensitivität, I/O-Schnittstellen, Tragefreundlichkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den Grundlagen, Visionen und technischen Herausforderungen von Wearable Computing, also Computern, die wie Kleidungsstücke am Körper getragen werden.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind Hardware-Architekturen, Energieversorgung, Vernetzung am und um den Körper, Kontextsensitivität sowie innovative Ein- und Ausgabeschnittstellen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, aktuelle Konzepte und Verfahren des Wearable Computing aufzuzeigen, deren praktische Nutzbarkeit zu bewerten und dabei insbesondere die Herausforderungen bei der Miniaturisierung und Energieeffizienz zu untersuchen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit nutzt eine literaturbasierte Analyse und den Vergleich existierender Systeme und Forschungsprojekte, um einen strukturierten Überblick über den technologischen Stand zu geben.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in technische Grundlagen, die Energieversorgung, verschiedene Vernetzungskonzepte (BAN, PAN), die Erfassung von Kontextinformationen sowie spezielle I/O-Schnittstellen wie Head-Mounted-Displays und taktiles Feedback.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die wichtigsten Begriffe sind Wearable Computing, Energieversorgung, Vernetzung, Kontextsensitivität, Tragefreundlichkeit, HMDs und Sensornetzwerke.
Wie unterscheidet sich Wearable Computing von Ubiquitous Computing?
Während Ubiquitous Computing darauf abzielt, Computer überall in der physischen Umgebung zu verteilen, kapselt ein Wearable Computing-System Informationen direkt beim Benutzer und ermöglicht so eine höhere Kontrolle.
Welche Rolle spielt die Energieversorgung für Wearable Computing?
Die Energieversorgung stellt eine der größten Hürden dar, da Wearables einen Dauerbetrieb ("always on") erfordern, jedoch gleichzeitig klein, leicht und unauffällig bleiben müssen.
- Quote paper
- Daniela Bliem (Author), 2006, Wearable Computing. Benutzerschnittstellen zum Anziehen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/70947
