Auf dem Weg zum "Netzwerk Mensch-Maschine"

News: Auf dem Weg zum "Netzwerk Mensch-Maschine"

Mit einer neuen und hochsensiblen Methode zur Verarbeitung bioelektrischer Signale erzielten zwei Hamburger Wissenschaftlern einen wichtigen Etappensieg auf dem Weg zur Kommunikation zwischen Mensch und Maschine. Hierbei dürfte es sich aber zunächst um eine "Speerspitze" der Technologie handeln. Denn beim Dialog zwischen Mensch und Maschine liegt in der Praxis noch einiges im Argen.

Rolf Froböse

Das hätte sich Stanley Kubrick wohl niemals träumen lassen: Als am 3. April 1968 in New York die Uraufführung seines Sciencefiction-Opus "2001 – Odyssee im Weltraum" stattfand, konnte er nicht ahnen, dass Teile des aufwendig inszenierten Filmspektakels ausgerechnet im Jahre 2001 einmal von der Realität eingeholt werden könnten. Zu verdanken hat er dies zwei Hamburger Wissenschaftlern, Dietmar Schröder und Bernhard Fuchs, von der Technischen Universität Hamburg-Harburg. Diese interessieren sich weniger für die Geheimnisse des Jupiter, als vielmehr für das "Innenleben" des heimlichen Hauptdarstellers des Films. Verkörpert wurde dieser durch den genialen Computer "Hal", der eine physische und gedankliche Verbindung mit der Besatzung unterhielt.

Auch wenn Schröder und Fuchs noch nicht mit einem Prototypen von "Hal" aufwarten können, haben sie dennoch einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg dorthin genommen. "Es ist uns gelungen, in der Signalverarbeitung von bioelektrischen Signalen wesentliche Fortschritte zu erzielen," beschreibt Schröder den Kern der Innovation. Zwar sind so genannte Biocontroller, die an Stelle von Maus, Joystick oder Tastatur vom Körper produzierte bioelektrische Signale als Eingabe akzeptieren, seit kurzem auf dem Markt, diese beschränken sich aber in der Regel mehr auf die relativ einfache Erkennung von Augenbewegungen oder Muskelkontraktionen.

Das Harburger Duo hat indessen ein neues und wesentlich sensibleres Schaltungskonzept entwickelt. "Hierbei wird ein Sigma-Delta AD-Wandler um einen Prädiktor und einen DA-Wandler ergänzt," fachsimpelt Fuchs. Einfacher ausgedrückt heißt das: Durch den technischen Kunstgriff können typische bioelektrische Signale wie Gehirnwellen und Herzrhythmen wesentlich effizienter und empfindlicher als je zuvor verarbeitet werden. Hinter der Erfindung verbirgt sich zugleich ein Meilenstein für die gesamte Telemedizin, deren "Flaschenhals" bisher darin bestand, dass den äußerst limitierten Ressourcen des mobilen Teils der Messgeräte eine geballte "Power" an Leistung und Rechenkapazität des stationären Teils gegenüberstand. Als erste Anwendungsmöglichkeit sehen die Harburger daher Geräte zur Aufnahme und Übertragung bioelektrischer Signale wie etwa des Elektrokardiogramms in Form miniaturisierter tragbarer Einheiten.

"Das Verfahren eignet sich aber auch zur Verarbeitung einer Vielzahl weiterer bioelektrischer Signale," verdeutlicht Schröder. Dazu gehört zum Beispiel die Detektion extrem schwacher Signale, wie sie im Zusammenhang mit Stoffwechselvorgängen im Körper auftreten. Auch wenn das System – im Gegensatz zu "Hal" – Gedanken und Gefühle noch nicht erkennen kann, sind die unmittelbaren Zukunftsaussichten kaum weniger spektakulär. Mit Hilfe mikroskopisch kleiner Sensoren, die Daten über Körpertemperatur, Pulsfrequenz, Blutdruck und andere charakteristische Werte erfassen, ließe sich beispielsweise der Gesundheitszustand eines Patienten online überwachen. Es ist sogar denkbar, dass bereits in naher Zukunft bestimmte Gruppen von Patienten mittels Ferndiagnose in den eigenen vier Wänden überwacht und die gewonnenen Daten zunächst an den Hausarzt und von dort gegebenenfalls zur Ferndiagnose an spezialisierte Zentren weitergegeben werden.

Soweit ein Blick in die Zukunft. Ungeachtet der technischen Fortschritte in den Bereichen Mobilkommunikation, Multimediatechnik, Internet und Automatisierung, ist das ideale Zusammenwirken von Mensch und Maschine im täglichen Leben oftmals noch frommes Wunschdenken. So zeigt die tägliche Praxis in aller Deutlichkeit, dass nur allzu oft gegen scheinbar einfache Regeln verstoßen wird. So ist es mit der vielbeschworenen Benutzungsfreundlichkeit von technischen Geräten, egal ob Videorecorder, Handy oder PC, oftmals nicht weit her. Aber auch in jenen Bereichen, wo die Geräte von Spezialisten bedient werden, sieht es eher düster aus. Bei vielen industriellen Überwachungs- und Steuerungsprozessen steht der Mensch schlicht "außen vor".

Dementsprechend vernichtend fällt das Urteil von Thomas Sheridan vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge aus, der sich kürzlich eingehend mit der Interaktion zwischen Computer und Mensch auseinandergesetzt hat. "Die Ingenieure orientieren sich an der Software und dem Design der Hardware, vernachlässigen aber den Nutzer," beklagt er. Dies erinnere ihn an Procustres, jenen Unhold in der griechischen Mythologie, der seine "Gäste" den vorhandenen Betten anpasste, indem er sie entweder auf die Streckbank legte oder ihnen die Beine abhackte.

Mit diesem bewusst überspitzten Beispiel brandmarkt Sheridan einen Fehler im Ansatz aller Entwicklungen. "Die meisten Ingenieure besitzen überhaupt kein Gespür für ein benutzerfreundliches Design von Computern," sagt er. Sheridan wünscht sich daher ein "demokratischeres Verhältnis" zwischen Computern und Anwendern. Dies betreffe Computeranwendungen in der Luftfahrt, im Schienenverkehr und in der chemischen Prozesstechnik ebenso wie Anwendungen im Bereich der virtuellen Realität oder im vielzitierten "intelligenten Haus".

Sheridan hat zur Realisierung einer von ihm entworfenen "Human Centered Automation" eine 10-Punkte-Strategie entworfen. Darin heißt es, an die Adresse von Ingenieuren gerichtet:

Analysieren Sie sämtliche Aufgaben sehr sorgfältig, ob sie besser auf Menschen oder Maschinen zugeschnitten sind.
Machen Sie den Nutzer zum Supervisor der ihm anvertrauten Steuerungsprozesse. Richten Sie dem Operator einen festen Platz in der "Steuerschleife" ein, damit er gegebenenfalls frühzeitig in den Prozess eingreifen kann.
Gestalten Sie den Prozess in einer Art und Weise, dass der Mensch im Zweifelsfalle immer die Autorität über die Maschine behält.
Erleichtern Sie die Arbeit des Operators durch leichtere und erfreulichere Bedienungsprozeduren.
Richten Sie dem Operator in einer flexiblen Umgebung Optionen für die Entscheidung ein, ob die Kontrolle von ihm oder der Maschine wahrgenommen wird.
Unterstützen Sie den Operator durch Ihr Vertrauen. Die Herausforderung besteht darin, das rechte Maß zu finden.
Stellen Sie dem Operator alle Informationen zur Verfügung, die er entweder benötigt oder wissen möchte. Denken Sie dabei an die passende Dosierung, damit er nicht überwältigt wird.
Setzen Sie die Automatisierung gezielt überall dort ein, wo menschliche Fehlerquellen minimiert werden können.
Versuchen Sie die beste Kombination aus menschlicher und automatisierter Steuerung zu erzielen, indem Sie genau festlegen, was mit dem System exakt erreicht werden soll.

Sheridan räumt ein, dass sein 10-Punkte-Plan nicht alle Möglichkeiten zur Verbesserung der Mensch-Maschine-Kommunikation einschließen kann. So gebe es noch eine Reihe anderer Ziele, etwa im Bereich der Ergonomie, angefangen von der Tastatur bis hin zum Display oder künftige Möglichkeiten der direkten Eingabe von Sprache. Die Herausforderungen, die sich in diesem Bereich stellten, würden darauf hinauslaufen, widersprüchlich erscheinende Anforderungen, wie etwa die Maximierung des freien Willens der Benutzer, der sich nur über ein hohes Maß an Systemflexibilität realisieren lässt, mit einer hohen Zuverlässigkeit in Einklang zu bringen.

In Deutschland gibt es zur Verbesserung des Verhältnisses von Mensch und Maschine bei der Siemens AG seit wenigen Jahren sogenannte "Focus Groups", die dazu dienen, Computernutzer frühzeitig in Innovationsprozesse einzubinden. Nach Angaben von Sybille Reichart, Psychologin bei der Münchener Siemens AG, ist es beispielsweise möglich, die differenzierten Anforderungen und Benutzer an neuen Produktideen zu definieren und daraus "intuitive Bedienungskonzepte" abzuleiten. "Wie die Erfahrung zeigt, hängen der praktische Nutzen und die Akzeptanz eines Produktes entscheiden von der Qualität der Benutzungsoberfläche ab," unterstreicht Reinhard Helmreich von der Zentralabteilung Technik der Siemens AG.

Am Karlsruher Fraunhofer-Institut für Informations- und Datenverarbeitung (IITB) werden seit kurzem wiederum Prüfverfahren eingesetzt, um die Benutzungsfreundlichkeit technischer Geräte zu analysieren. Bei diesem Verfahren werden die einzelnen Aufgaben in ihre Einzelaktionen zerlegt, wobei in einer nachfolgenden Analyse (cognitive walkthrough) Gutachter die einzelnen Aktionen durchspielen und die Wirkung des Systems auf den Benutzer kritisch prüfen. Anhand eines Prüfkatalogs lassen sich jene Aktionen identifizieren, die dem Benutzer Probleme bereiten könnten.

"Nicht alle Kunden sind jung," mahnte im selben Zusammenhang unlängst Matthias Lohrum von der Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH (BSH) in München. In 30 Jahren werde jeder dritte Deutsche über 60 sein, aber nur wenige Unternehmen seien fähig, im Rahmen einer intergenerativen Produktgestaltung diesen künftigen Riesenmarkt angemessen zu bedienen. Intensive Untersuchungen hätten indessen gezeigt, dass Senioren über 60 einen hohen potentiellen Bedarf besitzen und ihre Kaufkraft deutlich über der von jungen Käufern liege. Folgerichtig sei es daher, die Konsumneigung älterer Menschen durch geeignete Informationen frühzeitig und unaufdringlich zu wecken. Für Senioren gut gestaltete Produkte würden auch "normalen Nutzern" eine höhere Benutzerfreundlichkeit bieten.