Hannover Messe

Bestimmte Bewegungsabläufe können auf Dauer zu gesundheitlichen Schäden führen. Ein Sensoranzug soll solche Arbeiten ergonomischer gestalten.

Bild: iStock, wetcake

KI für Sicherheit und Gesundheitsschutz Sensoranzug misst körperliche Belastung am Arbeitsplatz

26.03.2019

Körperliche Belastungen und unergonomische Bewegungsabläufe bei der Arbeit stellen eine gesundheitliche Gefährdung dar. Eine KI-basierte Technologie, die in einen Sensoranzug integriert ist, erfasst Arbeitsabläufe und optimiert diese hinsichtlich Effizienz, Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz. Physische Beanspruchungen werden dabei in Echtzeit erkannt und Nutzer über Fehlhaltungen informiert.

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In einer Gesellschaft, in der Fachkräfte knapp werden und die Rekrutierung neuer Arbeitskräfte immer schwieriger wird, ist die Bewahrung der Arbeitskraft Werktätiger bedeutender denn je. Themen wie präventive Gefahrenvermeidung und Gesundheitsschutz, vor allem von Arbeitnehmern in der Produktion und Instandhaltung, rücken zunehmend in den Vordergrund.

Kameras erfassen Arbeitsabläufe unzureichend

Die genaue Analyse der körperlichen Belastung trägt entscheidend dazu bei, die Sicherheit der Arbeitenden zu erhöhen und ihre Gesundheit zu schützen. Für gewöhnlich werden hierfür stationäre Kameras verwendet, welche die Aktivitäten der Arbeiter erkennen und aufzeichnen. Dieses Vorgehen gewährleistet jedoch keine quantitative und stabile Beurteilung der physischen Belastungen: Kameras sind in ihrem Messbereich begrenzt, bei Aufnahmen in Produktionsstätten oder Außenanlagen gibt es häufig tote Winkel, in denen die Bewegungsprofile des Arbeitnehmers nicht oder nur teilweise aufgezeichnet werden.

Um dieses Problem zu lösen, hat das DFKI gemeinsam mit Hitachi eine KI-basierte Technologie entwickelt, die die Bewegungsdaten eines Arbeiters über einen mit Sensoren ausgestatteten Anzug direkt am Körper aufzeichnet und die physische Belastung erkennt und auswertet. Die Technologie basiert auf einer zuvor von Hitachi und dem DFKI entwickelten KI, die manuelle Bewegungsabläufe, beispielsweise das Anziehen einer Schraube, erfasst und durch entsprechendes Feedback menschliche Fehler vermeidet. Zur Erfassung der Daten wurden zunächst Armbandsensoren und Eyetracking-Brillen genutzt. 2019 kommt dafür ein Sensoranzug zum Einsatz.

Bewegungen auf ihre Belastung hin bewerten

Die Kombination der von Hitachi entwickelten Technologie zur Aktivititätserkennung und der vom DFKI entwickelten KI zeichnet sich durch folgende Punkte aus:

1. Direkte Messung von Körperbewegungen bei verschiedenen Tätigkeiten und Quantifizierung der körperlichen Belastungen
Sensoren messen direkt am Körper die Bewegungen von über 30 Körperteilen. Diese sind notwendig, um grundlegende menschliche Handlungen zu erkennen. Die KI hat bereits im Voraus Statuserkennungsmodelle für jeden Teil des menschlichen Körpers erlernt. Nun analysiert sie die gesammelten Daten und erkennt die Charakteristika bestimmter Handlungsschritte, indem sie die Körperteilpositionen kombiniert. Dies ermöglicht eine Quantifizierung der physischen Belastung unter Verwendung einer Zeitreihenanalyse auf der Basis von Deep Learning.

2. Abschätzung der physischen Belastung in Echtzeit und zur Darstellung von Unterschieden zwischen einer korrekten und der falschen Arbeitshaltung
Durch den automatischen Abgleich der Bewegungsdaten eines Arbeiters mit denen eines Modellarbeiters identifiziert die KI spezifische Unterschiede in den Bewegungen. Anschließend erhält der Arbeiter eine Auswertung seiner Bewegungsabläufe, die auf Körperteile mit erhöhter Belastung hinweist.

In einem Experiment wurde das System auf den Vorgang, ein schweres Objekt zu heben, angewendet. Die Ergebnisse bestätigten, dass die KI eine Schätzung der quantitativen Werte für die physikalische Belastung durchführen kann – und dies in Echtzeit. Darüber hinaus verifizierte sich, dass bei Fehlbelastungen Feedback zu jedem Körperteil gegeben werden kann, beispielsweise wenn sich die Bewegungen von Taille und Knien von denen des Modellarbeiters unterscheiden. Hitachi und das DFKI wollen mit dieser Technologie prüfen, inwieweit Vorgaben für einen gefahrloseren Ablauf im Betrieb sinnvoll sind.

Für ein sicheres Arbeitsumfeld

Hitachi und das DFKI wollen die neu entwickelte KI-Lösung zur Unterstützung bei der Arbeit und zur Prävention gefährlicher Verhaltensweisen einsetzen. Davon sollen sich nicht nur Sicherheit und Gesundheit von Arbeitnehmern verbessern: Auch die Ausbildung von Produktionsmitarbeitern wird optimiert. Darüber hinaus wollen die Partner ein effizienteres und sichereres Arbeitsumfeld schaffen, indem sie zur Verbesserung der Produktivität beitragen und sich dabei auf bereits entwickelte KI zur Aktivitätserkennung stützen.

Die Kooperationspartner sind überzeugt, die ursprünglich für Arbeiter in der verarbeitenden Industrie und Transportunternehmen entwickelte KI-gesteuerte Technologie in Zukunft auch in anderen Branchen wie der Sport- oder Unterhaltungsindustrie einsetzen zu können. Hitachi betreibt bereits seit April 2016 ein Transferlab am DFKI in Kaiserslautern mit dem Ziel, gemeinsam eine KI-Technologie zur Anerkennung menschlicher Aktivitäten für die Industrie zu entwickeln.

Auf der Hannover Messe wird ein Teil dieser Technologie auf dem Stand des DFKI demonstriert.

DFKI auf der Hannover Messe 2019: Halle 2, Stand C59

Bildergalerie

  • Das System gleicht die Bewegungsdaten in Echtzeit mit denen eines Modellarbeiters ab. Die KI identifiziert dabei Unterschiede in den Bewegungen und gibt entsprechendes Feedback.

    Bild: Hitachi

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