Mit der zunehmenden Technisierung unserer Gesellschaft wächst die Bedeutung von Mensch-Maschine-Schnittstellen. Mit dem zunehmenden Fortschritt lassen sich heute Maschinen intuitiv über Sprache und Gesten steuern. Zukünftig sollen technische Systeme sogar emphatisch auf den Menschen reagieren können.
Maschinen sind als Partner im Alltag schon längst unersetzlich geworden. Nicht nur in großen Produktionshallen oder komplexen industriellen Fertigungsprozessen greifen menschliche und maschinell gestützte Prozesse eng ineinander. Auch im Privatbereich werden immer mehr elektronische Geräte genutzt – von der Waschmaschine bis zum Smartphone. Um eine Interaktion zwischen dem Menschen und diesen Maschinen oder Anlagen zu ermöglichen, sind Schnittstellen nötig.
Vielfalt von Lösungen
Das Design und die Funktionsprinzipien dieser Mensch-Maschine-Schnittstellen können dabei völlig unterschiedlich aussehen – es beginnt bei einem einfachen mechanischen Kippschalter, reicht über ein Touchdisplay und endet noch lange nicht bei einem vernetzten Mobilgerät wie einem Notebook oder einem Smartphone.
Die Bedienung von Maschinen hat sich über die Jahrhunderte enorm gewandelt: Die ersten Maschinen der Menschheit wurden vor allem über Hebel und Kurbeln bedient. Die rein mechanische Steuerung wurde mit der beginnenden Elektrifizierung Ende des 19. Jahrhunderts zunehmend durch elektrische Knöpfe und Schalter ergänzt und ersetzt. Die nächste große Veränderung brachte die Automatisierung und Digitalisierung mit sich: Mit der Einführung von Computern zur Steuerung von Anlagen und Maschinen konnten Funktionen erstmals auf Bildschirmen visualisiert und über Tastaturen und Eingabegeräte auch bedient werden.
HMI nutzen ein breites Spektrum an Funktionsprinzipien und Technologien.
Neue Möglichkeiten durch Digitalisierung
Heute sind Anzeige und Bedienung in Form von Touchscreens längst miteinander verschmolzen: Monitore erkennen, wenn auf ihnen angezeigte Symbole oder Felder berührt werden und können das in digitale Befehle übersetzen. Apples Produkte wie iPod oder iPhone sind ikonische Beispiele dafür, wie intuitive Touchscreens die Bedienung von Geräten vereinfacht haben. Sie finden sich mittlerweile auch in industriellen Anlagen, bei Smart Home-Anwendungen oder im Auto.
Mit der Digitalisierung passen sich Geräte und ihre Bedienung immer mehr an den Menschen und seine persönlichen Fähigkeiten an. Moderne HMI lassen sich individuell an den Bediener anpassen, können aber auch immer wieder modifiziert werden, um neue Funktionen in der Maschine widerzuspiegeln.
Mittlerweile hat auch die Augmented und Virtual Reality Einzug in die Welt der Mensch-Maschine-Schnittstellen gehalten: Smarte Brillen werden etwa bei der Wartung und Bedienung eingesetzt, sodass Mitarbeiter Informationen von der Maschine direkt „vor Augen“ haben und keine Handbücher mehr wälzen müssen, um die Anlage zu warten.
Smarte Interaktion dank Künstlicher Intelligenz
Mit Siri und Alexa kam vor einigen Jahren eine weitere Technologie auf den Markt, die die Interaktion von Mensch und Maschine maßgeblich verändert hat – die Sprachsteuerung. In vielen Bereichen ist es heute nahezu selbstverständlich, dass man Geräten direkt mit seiner Stimme Befehle gibt – sei es im Auto oder beim Abspielen seiner Lieblingsmusik. Laut Statista wurden im Jahr 2020 weltweit geschätzt etwa 4,2 Milliarden Sprachassistenten genutzt. Bis 2024 wird sich dieser Wert auf die doppelte Anzahl von bis zu 8,4 Milliarden erhöhen. Erst der technologische Fortschritt der zugrunde liegenden Künstlichen Intelligenz ermöglicht heute eine effektive Spracherkennung. Selbst in der industriellen Produktion ist es möglich, trotz der vielen Störgeräusche Maschinen über die Stimme zu bedienen.
KI ist auch die Basis für eine weitere Bedienmöglichkeit – die Gestensteuerung: Sie ermöglicht die Interaktion mit einer Maschine durch menschliche Gesten und Bewegungen. Die berührungslose Gestenerkennung ist ein komplexes System, das neben KI viele weitere Technologien nutzt, wie zum Beispiel Sensorfusion oder Bilderkennung über Kamerasysteme. Bisher wurde die Gestensteuerung vor allem bei Computerspielen angewendet. Inzwischen werden jedoch auch Maschinen mit dieser Technologie ausgestattet – so können heute bereits Roboter mit Gesten gesteuert werden.
Die aktuell letzte Stufe der Entwicklung von HMI sind Systeme, mit deren Hilfe der Bediener allein über seine Gedanken Geräte steuert. Erste Unternehmen aus der Medizinbranche testen bereits implantierte Chips, die Hirnimpulse erfassen und in digitale Befehle übersetzen, wie zum Beispiel zum Schreiben von E-Mails.
KI eröffnet neue Möglichkeiten für Mensch-Maschine-Schnittstellen mit dem Ziel einer effizienteren Interaktion.
Von der reinen Bedienung zur Assistenz
Zukünftig werden Mensch-Maschine-Schnittstellen vielfältige Assistenzfunktionen zur Inbetriebnahme, Führung, Wartung und Reparatur von Maschinen bereitstellen und zudem die Einarbeitung an neuen Anlagen unterstützen. Heute wird bereits an Lösungen geforscht, die das Verhalten des Menschen psychologisch interpretieren und dessen Aufmerksamkeit und Kontrollfähigkeit registrieren können. Derartige, sogenannte emphatische HMI ermöglichen es, dass Maschinen wie Autos oder Roboter die Handlungsabsichten von Menschen erkennen, um flexibel, vorausschauend und sicher mit ihnen zusammenarbeiten zu können.
