增强现实——未来工厂和工作台2.0

来自萨克森-安哈特州的解决方案帮助实现技术突破

增强现实(AR)对于企业和研究人员而言是数字化进程中不可或缺的组成部分。虚拟展示物品,可以节省成本、时间和人力物力。因为增强现实可直接在真实环境中从时间上和空间上可视化不可见的性状。萨克森-安哈特州的企业和研究机构正在钻研增强现实的解决方案,以及这项技术的应用。

未来工厂和工作台2.0 

马格德堡弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所(IFF)的实验室大厅里非常热闹。到处是安装了机器人手臂的实验台和研究项目、摄像头、投影仪和计算机。“对我们而言很重要是,在真实背景下考察企业研究项目,比如如何更加有效地应用增强现实,将其完美地集成入工作流程。”弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的西蒙·阿德勒(Simon Adler)博士解释说。每一项应用都需要一定的覆盖精度。阿德勒博士手里的平板上显示的是一台工业设备格按照尺寸显示的、功能齐全的3D成相,平板上有报错信号。“平板上闪烁的警告标识指示了故障发生的位置。另外,故障编码也限定了故障的类别。我们将增强现实主要用于三个方面:查找、定位和判断。”阿德勒博士说。 

下一个测试台上架着一条机器人手臂、机器零件和一个工作台。设备上方的四台投影仪将栅格投射在接触敏感的地板上。这样就可以定位人和人在空间中的运动。除此之外,使用配色版能够展示接下来的运动和机器人的旋转范围。机器人运动的安全范围一般来说不可见。让动态安全范围变得可视化,从而了解运动的紧张程度,这有利于避免人无意识下停止机器人设备。一旦人进入危险区域,机器人的运动会慢下来。如果人进一步靠近,机器人会停止运动,避免对人造成伤害。“在这个机器人系统中,我们测试人和机器人的协作。这样我们就不需要呆板的护栏,这些护栏的安装和改装都要花费大量人力物力。另外非常重要的一点是,我们必须确保达到同业工伤事故保险联合会所提出的高要求和标准,确保工作岗位的安全性。”阿德勒博士介绍测试区域。

参观的下一个测试台看起来却像是刚从车间里搬过来的。这是一个带有组装支架的工位,前面摆放着屏幕,上方则安装了摄像头。科学家介绍说,“摄像机图像会实时传输下一步组装必需工序的精确图像,以及哪些零件应当如何使用的信息。”这个组装展示装置用来规划如何组装工件,与现实覆盖,并标示很难看见的瑕疵。“我们的委托客户来自于经济界和工业界,比如Kolbus GmbH&Co.KG、Premium Aerotec GmbH和MTU Aero Engines AG。”另外还有德国联邦和欧盟的项目。这些项目所获得经验此后将独立提供给感兴趣的企业。“我认为,我们的企业借助增强现实,与我们的研究人员和来自工业的合作伙伴携起手来,所做的努力将让生产流程变得更加安全、简单、灵活和高效。我们始终在为工业寻找各种不同的路径和解决方案。这是马格德堡弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的实力所在。”

医学扩展的X射线

就在马格德堡弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的旁边,矗立着实验工厂(缩写EXFA)未来主义风格的建筑。这栋建筑是马格德堡大学(Otto-von-Guericke Universitaet Magdeburg)校区内应用型研究开发和转化中心。楼里也是研究校园STIMULATE的办公地。跨学科的团队在这里研究开发图像引导的诊断和治疗方法,其专注领域涉及社会各类相关的疾病图像诊疗。克里斯蒂安·汉森(Christian Hansen)教授就在其中的一家实验室工作,他正站在一个摆有人造躯干的手术室内。汉森教授佩带着3D眼镜,借助腹腔镜观察和思考肝脏和肾脏的微创手术未来该如何操作。“我们使用MRT和CT这些成像技术的原始数据,在这个基础上建立三维图像,并将其与活体的立体影像进行覆盖,”计算机可视化专家开始介绍起这个几天前刚刚启动的研究项目。内窥镜的3D图像将在高分辨率的屏幕上与器官、器官血管和肿瘤的虚拟图像重叠。就好比用手电筒照亮一个暗黑的屋子,我们只看到那些必需的信息。“这些全部发生在外科医生对器官动刀之前。挑战在于必需的高精度。这项技术未来将使用于手术病患,他们是活生生的人,其器官在持续的运动中,会变化性状,例如在病人呼吸和心脏跳动的时候,”汉森说。研发团队计划将这项技术用于腹腔镜的检查过程,包括从手术计划到最终的应用。

汉森目前正在推进图像引导诊疗领域的多个项目。“德国联邦教研部和联邦州政府及时认识到未来几十年中医疗技术行业的发展潜力,他们很支持马格德堡的研发工作。马格德堡大学已经在几年之前开设了医疗技术专业。在马格德堡,我们属于最受年轻一代科学家青睐的研究中心;在联邦州以外的其他地方,大家也都认可我们。重要的产业伙伴慢慢地也来到此地,这对马格德堡和整个地区在该领域的发展带来了许多动力,”汉森说。SIMULATE也得益于此,在全世界范围内参与了研发项目。汉森不久将前往波士顿的哈佛大学医学院一年,他拿到了这个机构的奖学金,将致力于拓展研究校区STIMULATE的网络,提升萨克森-安哈特州首府马格德堡的国际影响力。

作者:亚历山大·葛汉纳(Alexander Greiner)

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