Wearable Computing
Benutzerschnittstellen zum Anziehen
©2006
Bachelorarbeit
212 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
Trotz einem rasanten Fortschritt im Bereich von Miniaturisierung und zunehmenden Leistungskapazitäten der meisten mobilen Geräte weisen diese bis heute doch zumeist eine eher sperrige und wenig benutzerfreundliche Gestaltung im Hinblick auf eine dynamische Nutzung auf. PDAs als auch Mobiltelefone sind klein und damit leicht tragbar, müssen aber in einer Tasche oder der Hand platziert werden und schränken den Benutzer oftmals nicht nur im Hinblick auf Ein- bzw. Ausgabe, sondern auch Leistung und Bewegung ein. Aufwendigere Multimedia-Geräte (z.B. SmartPhones bis hin zu Laptops) erlauben zwar die Bewältigung von anspruchsvolleren Aufgaben, ihre Größe steigt jedoch wiederum proportional mit ihren Fähigkeiten an und macht sie damit allein aufgrund ihres Formfaktors immer weniger geeignet für eine wirklich mobile Nutzung.
Den überwiegenden Teil der Zeit bleiben heutige mobile Geräte deshalb inaktiv und werden mehr von Ort zu Ort getragen als dass sie unterwegs in Anspruch genommen werden. Wearable Computing setzt hier an und möchte dem Benutzer eine Möglichkeit zur Verfügung stellen auch außerhalb statischer Aufenthalte die Fähigkeiten eines Rechnersystems zu nutzen. Dabei stehen vor allem Aspekte im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion (HCI, Human-Computer-Interaction) im Vordergrund: Um den Benutzer nicht zu behindern oder abzulenken müssen Systeme dieser Art beispielsweise möglichst unsichtbar bleiben, d.h. klein, leicht und unaufällig wie ein Kleidungsstück, gleichzeitig müssen sie sich jedoch mitteilen oder Eingaben entgegen nehmen können und dafür entspechende Schnittstellen anbieten.
Allein aus physiologischen Gründen kommen auch im Bereich des Wearable Computing meist visuelle Ausgaben und taktile Eingaben zum Zuge. Anders als bei herkömmlichen mobilen Rechnern können sie sich der menschlichen Wahrnehmung jedoch nur überlagernd darstellen und damit einen Teilbereich der humanen Sinne in Anspruch nehmen um den Benutzer nicht von der realen Umwelt abzuschneiden. Für eine wirklich mobile Nutzung erfordern Computer dieser Art darüber hinaus einen permanenten Betrieb nur so kann gewährleistet werden, dass der Benutzer nicht seine bisherige Tätigkeit für eine Aktivierung unterbrechen muss und damit in einen statischen Modus wechselt. Gerade dieser Umstand führt letztendlich jedoch auch dazu, dass direkt am Körper getragene Computer einen ausnehmend persönlichen Interaktionsraum zwischen Mensch und Computer formen […]
Trotz einem rasanten Fortschritt im Bereich von Miniaturisierung und zunehmenden Leistungskapazitäten der meisten mobilen Geräte weisen diese bis heute doch zumeist eine eher sperrige und wenig benutzerfreundliche Gestaltung im Hinblick auf eine dynamische Nutzung auf. PDAs als auch Mobiltelefone sind klein und damit leicht tragbar, müssen aber in einer Tasche oder der Hand platziert werden und schränken den Benutzer oftmals nicht nur im Hinblick auf Ein- bzw. Ausgabe, sondern auch Leistung und Bewegung ein. Aufwendigere Multimedia-Geräte (z.B. SmartPhones bis hin zu Laptops) erlauben zwar die Bewältigung von anspruchsvolleren Aufgaben, ihre Größe steigt jedoch wiederum proportional mit ihren Fähigkeiten an und macht sie damit allein aufgrund ihres Formfaktors immer weniger geeignet für eine wirklich mobile Nutzung.
Den überwiegenden Teil der Zeit bleiben heutige mobile Geräte deshalb inaktiv und werden mehr von Ort zu Ort getragen als dass sie unterwegs in Anspruch genommen werden. Wearable Computing setzt hier an und möchte dem Benutzer eine Möglichkeit zur Verfügung stellen auch außerhalb statischer Aufenthalte die Fähigkeiten eines Rechnersystems zu nutzen. Dabei stehen vor allem Aspekte im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion (HCI, Human-Computer-Interaction) im Vordergrund: Um den Benutzer nicht zu behindern oder abzulenken müssen Systeme dieser Art beispielsweise möglichst unsichtbar bleiben, d.h. klein, leicht und unaufällig wie ein Kleidungsstück, gleichzeitig müssen sie sich jedoch mitteilen oder Eingaben entgegen nehmen können und dafür entspechende Schnittstellen anbieten.
Allein aus physiologischen Gründen kommen auch im Bereich des Wearable Computing meist visuelle Ausgaben und taktile Eingaben zum Zuge. Anders als bei herkömmlichen mobilen Rechnern können sie sich der menschlichen Wahrnehmung jedoch nur überlagernd darstellen und damit einen Teilbereich der humanen Sinne in Anspruch nehmen um den Benutzer nicht von der realen Umwelt abzuschneiden. Für eine wirklich mobile Nutzung erfordern Computer dieser Art darüber hinaus einen permanenten Betrieb nur so kann gewährleistet werden, dass der Benutzer nicht seine bisherige Tätigkeit für eine Aktivierung unterbrechen muss und damit in einen statischen Modus wechselt. Gerade dieser Umstand führt letztendlich jedoch auch dazu, dass direkt am Körper getragene Computer einen ausnehmend persönlichen Interaktionsraum zwischen Mensch und Computer formen […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
Daniela Bliem
Wearable Computing
Benutzerschnittstellen zum Anziehen
ISBN: 978-3-8366-0353-9
Druck Diplomica® Verlag GmbH, Hamburg, 2008
Zugl. FernUniversität Hagen, Hagen, Deutschland, Bachelorarbeit, 2006
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http://www.diplom.de, Hamburg 2008
Printed in Germany
Bachelor-Abschlussarbeit -
Wearable Computing -
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Abstract
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.
Bachelor-Abschlussarbeit -
Wearable Computing -
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Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ___________________________________________________________________________________ 7
2. Grundlagen_________________________________________________________________________________ 10
2.1 Was ist Wearable Computing_________________________________________________________________ 10
2.1.1 Idee und Merkmale nach Steve Mann_______________________________________________________ 10
2.1.2 Grenzen des Wearable Computing _________________________________________________________ 15
2.1.3 Visionäre des Wearable Computing_________________________________________________________ 24
2.2 Klassifikation von WearComps ________________________________________________________________ 33
2.2.1 Systemkomponenten ___________________________________________________________________ 33
2.2.2 Entwicklungstendenzen _________________________________________________________________ 34
2.2.3 Wearable-Typisierung___________________________________________________________________ 36
2.2.4 Anwendungsbereiche ___________________________________________________________________ 40
2.3 Meilensteine des Wearable Computing _________________________________________________________ 44
2.3.1 Grundsteinlegung: 1960-1980 ____________________________________________________________ 44
2.3.2 Medienpräsenz: 1981-1996 ______________________________________________________________ 48
2.3.3 Marktdurchdringung: ab 1997 ____________________________________________________________ 54
2.4 Wearability ______________________________________________________________________________ 56
2.4.1 Humanoide Grundlagen _________________________________________________________________ 56
2.4.2 Benutzerszenarien _____________________________________________________________________ 60
3. Energieversorgung ___________________________________________________________________________ 62
3.1 Energiespeicher ___________________________________________________________________________ 62
3.1.1 Batterien ____________________________________________________________________________ 62
3.1.2 Folienbatterien ________________________________________________________________________ 65
3.1.3 Brennstoffzellen _______________________________________________________________________ 67
3.2 Mobile Energieerzeugung____________________________________________________________________ 70
3.2.1 Photovoltaik __________________________________________________________________________ 70
3.2.2 Menschlicher Körper____________________________________________________________________ 73
3.3 Energieverbraucher ________________________________________________________________________ 78
3.3.1 Durchschnittlicher Verbrauch _____________________________________________________________ 78
3.3.2 Beispielverbraucher für Anwendungen ______________________________________________________ 80
3.4 Energiemanagement _______________________________________________________________________ 82
4. Vernetzung _________________________________________________________________________________ 85
4.1 On-body communication ____________________________________________________________________ 86
4.1.1 Body Area Network_____________________________________________________________________ 86
4.1.2 Menschliche Elektrofelder________________________________________________________________ 86
4.1.3 Nahbereichs-Funknetze _________________________________________________________________ 91
4.1.4 Leitende Textilien ______________________________________________________________________ 94
4.1.5 Gewebebänder ________________________________________________________________________ 99
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Wearable Computing -
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4.2 Near-body communication _________________________________________________________________ 102
4.2.1 Personal Area Network _________________________________________________________________ 102
4.2.2 Bluetooth ___________________________________________________________________________ 103
4.2.3 ZigBee _____________________________________________________________________________ 106
4.3 Off-Body communication___________________________________________________________________ 109
4.3.1 Wireless LAN ________________________________________________________________________ 109
5. Kontext___________________________________________________________________________________ 111
5.1 Kontext Grundlagen_______________________________________________________________________ 111
5.1.1 Kontextbezogene Szenarien _____________________________________________________________ 111
5.1.2 Definition von Kontext _________________________________________________________________ 114
5.1.3 Kontextspezifische Klassifizierungen_______________________________________________________ 115
5.2 Kontextmodelle __________________________________________________________________________ 119
5.2.1 Erfassung von Kontextinformationen ______________________________________________________ 119
5.2.2 Strukturierung und Interpretation durch Kontextmodelle _______________________________________ 121
5.3 Kontextquellen zur Position _________________________________________________________________ 124
5.3.1 Positionssysteme _____________________________________________________________________ 124
5.3.2 Satellitengestützt (GNSS/GPS) ___________________________________________________________ 126
5.3.3 Zellenbasiert (GSM/UMTS) ______________________________________________________________ 129
5.3.4 Innenraumsysteme (IR/Funk/US) __________________________________________________________ 131
5.3.5 Relative Bewegungsmessung ____________________________________________________________ 134
5.3.6 Visuelle Marker (VisualTags) _____________________________________________________________ 136
5.3.7 Beobachtung der Umgebung_____________________________________________________________ 138
5.3.8 Verbundlösungen _____________________________________________________________________ 139
5.4 Kontextquellen zur Identifikation_____________________________________________________________ 143
5.4.1 Identifikationssysteme _________________________________________________________________ 143
5.4.2 Funketiketten (RFID) ___________________________________________________________________ 143
6. I/O-Schnittstellen ___________________________________________________________________________ 148
6.1 Ausgabegeräte___________________________________________________________________________ 148
6.1.1 Head-Mounted-Displays (HMD) __________________________________________________________ 149
6.1.2 Alternative Displays ___________________________________________________________________ 156
6.1.3 Lautsprecher_________________________________________________________________________ 163
6.1.4 Taktile Ausgaben _____________________________________________________________________ 163
6.2 Eingabegeräte ___________________________________________________________________________ 166
6.2.1 Tastaturen __________________________________________________________________________ 166
6.2.2 Zeigegeräte__________________________________________________________________________ 173
6.2.3 Zeichengeräte________________________________________________________________________ 176
6.2.4 Mikrofone & Kameras __________________________________________________________________ 178
6.3 I/O-Software ____________________________________________________________________________ 180
6.3.1 Gestenerkennung _____________________________________________________________________ 180
6.3.2 Objekterkennung _____________________________________________________________________ 183
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6.3.3 Spracherkennung _____________________________________________________________________ 186
7. Ausblick __________________________________________________________________________________ 190
Anhang_____________________________________________________________________________________ 193
Abbildungsverzeichnis ________________________________________________________________________ 193
Tabellenverzeichnis __________________________________________________________________________ 196
Literaturverzeichnis __________________________________________________________________________ 197
Publikationen ____________________________________________________________________________ 197
Präsentationen ___________________________________________________________________________ 202
Linkverzeichnis _____________________________________________________________________________ 204
Homepages ______________________________________________________________________________ 204
Sonstige Links ____________________________________________________________________________ 208
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1. Einleitung
Trotz einem rasanten Fortschritt im Bereich von Miniaturisierung und zunehmenden Leistungskapazitäten der meisten
mobilen Geräte weisen diese bis heute doch zumeist eine eher sperrige und wenig benutzerfreundliche Gestaltung im
Hinblick auf eine dynamische Nutzung auf. PDAs als auch Mobiltelefone sind klein und damit leicht tragbar, müssen aber
in einer Tasche oder der Hand platziert werden und schränken den Benutzer oftmals nicht nur im Hinblick auf Ein- bzw.
Ausgabe, sondern auch Leistung und Bewegung ein. Aufwendigere Multimedia-Geräte (z.B. SmartPhones bis hin zu
Laptops) erlauben zwar die Bewältigung von anspruchsvolleren Aufgaben, ihre Größe steigt jedoch wiederum proportional
mit ihren Fähigkeiten an und macht sie damit allein aufgrund ihres Formfaktors immer weniger geeignet für eine wirklich
mobile Nutzung.
Den überwiegenden Teil der Zeit bleiben heutige mobile Geräte deshalb inaktiv und werden mehr von Ort zu Ort getragen
als dass sie unterwegs in Anspruch genommen werden. Wearable Computing setzt hier an und möchte dem Benutzer eine
Möglichkeit zur Verfügung stellen auch außerhalb statischer Aufenthalte die Fähigkeiten eines Rechnersystems zu nutzen.
Dabei stehen vor allem Aspekte im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion (HCI, Human-Computer-Interaction) im
Vordergrund: Um den Benutzer nicht zu behindern oder abzulenken müssen Systeme dieser Art beispielsweise möglichst
unsichtbar bleiben, d.h. klein, leicht und unaufällig wie ein Kleidungsstück, gleichzeitig müssen sie sich jedoch mitteilen
oder Eingaben entgegen nehmen können und dafür entspechende Schnittstellen anbieten.
Allein aus physiologischen Gründen kommen auch im Bereich des Wearable Computing meist visuelle Ausgaben und taktile
Eingaben zum Zuge. Anders als bei herkömmlichen mobilen Rechnern können sie sich der menschlichen Wahrnehmung
jedoch nur überlagernd darstellen und damit einen Teilbereich der humanen Sinne in Anspruch nehmen um den Benutzer
nicht von der realen Umwelt abzuschneiden. Für eine wirklich mobile Nutzung erfordern Computer dieser Art darüber
hinaus einen permanenten Betrieb nur so kann gewährleistet werden, dass der Benutzer nicht seine bisherige Tätigkeit
für eine Aktivierung unterbrechen muss und damit in einen statischen Modus wechselt. Gerade dieser Umstand führt
letztendlich jedoch auch dazu, dass direkt am Körper getragene Computer einen ausnehmend persönlichen
Interaktionsraum zwischen Mensch und Computer formen jeder Nutzer ist gewissermaßen von einer Wolke digitaler
Informationen umgeben.
Beide Aspekte der hohe Individualisierungsgrad und als auch permanente Betriebsmodus haben dazu geführt dass am
Körper getragene Systeme Probleme und Aufgaben bewältigen können, die den meisten anderen Computern eher fremd
sind. Sie können direkt ermessen in welchem Zustand sich der Benutzer befindet (beispielsweise mittels Körpersensoren)
und gleichzeitig Feststellungen zu Ort, Zeit und vielen anderen Umweltfaktoren des Benutzers treffen und ihre Verhalten
danach ausrichten, kurz: sie können den jeweiligen Kontext erfassen und auch darauf reagieren. Diese eher ungewohnte
Funktionalität hat mittlerweile zu einer Vielzahl an Visionen für neuartige Benutzerszenarien und Anwendungsbereiche
geführt und zeigt sich auch in der praktischen Anwendung als einer der einflussreichsten Aspekte des Wearable
Computing. Aus diesem Grund wurde das Thema Kontext auch im Rahmen dieser Arbeit als ein wesentlicher Schwerpunkt
gewählt und anhand aktueller Konzepte und Verfahren näher beleuchtet.
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Gleichzeitig steht Wearable Computing jedoch einer Vielzahl an mehr oder minder massiven Problemen gegenüber: so
existieren bislang keine wirklich überzeugenden Ein-/Ausgabe-Geräte für diese neuartige Mensch-Maschine-Schnittstelle
und die derzeit größte Hürde eine ausreichende Energieversorgung die den Ansprüchen eines Dauerbetriebes gerecht
wird scheint ebenfalls noch in weiter Ferne. Beide Themenbereiche wurden deshalb ebenfalls exemplarisch
herausgegriffen um auch die aktuellen Herausforderungen des Wearable Computing aufzuzeigen.
Herkömmliche Lösungen versagen jedoch oftmals nicht nur im Bereich der direkten Mensch-Maschine-Kommunikation,
sondern auch bezüglich potentieller Architekturen. Im Gegensatz zu Desktop- oder Notebook-Rechnern sind kompakte
Einzelboxen meist nur wenig wünschenswert, da sie die Bewegungsfreiheit des Benutzers in einem zu hohen Ausmaß
einschränken würden. Etabliert haben sich mittlerweile Modulsysteme deren einzelne Komponenten möglichst
tragefreundlich über den Körper verteilt werden. Diese Herangehensweise bringt jedoch ein anderes Problem mit sich: die
jeweiligen Elemente benötigen nun ein neuartiges Bussystem über welches sie miteinander kommunizieren können ohne
den Benutzer zu stören. Um die aktuellen Lösungen aus diesem Bereich aufzuzeigen wurden Aspekte der Vernetzung als
letztes Kapitel für eine Vertiefung gewählt.
Kapitelaufbau
Nachfolgend wird ein grober Überblick zu jedem Kapitel gegeben. Darüber hinaus findet sich im Einleitungsbereich jedes
(längeren) Kapitels ebenfalls eine kurze Zusammenfassung der jeweils behandelten Themenbereiche (s.d.). Die digitale PDF-
Version dieser Arbeit verfügt außerdem über entsprechende PDF-Bookmarks um direkt zwischen den verschiedenen
Kapiteln zu navigieren.
Kapitel 1. Einleitung [Seite 7 ff.]
Dieses kurze Kapitel gibt eine grobe Vorstellung zum Inhalt der vorliegenden Arbeit und im Rahmen dieser Übersicht
auch einen Leitfaden zum Inhalt der jeweiligen Kapitel.
Kapitel 2. Grundlagen [Seite 10 ff.]
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.
Kapitel 3. Energieversorgung [Seite 62 ff.]
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.
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Kapitel 4. Vernetzung [Seite 85 ff.]
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.
Kapitel 5. Kontext [Seite 111 ff.]
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.
Kapitel 6. I/O-Schnittstellen [Seite 148 ff.]
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.
Kapitel 7. Ausblick [Seite 190 ff.]
Im abschließenden Kapitel findet sich ein kurzer Ausblick zu möglichen Entwicklungen im Bereich des Wearable
Computing, ergänzt um eine persönliche Einschätzung der Technologie.
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2. Grundlagen
Wearable Computing zeigt sich heute als eine stark in Entwicklung befindliche Technologie mit Wurzeln in den 1960er
Jahren und Zukunftsperspektiven zwischen Ubiquitous Computing und SmartClothing. Entwickelt für militärische
Anwendungen finden sich aktuelle Systeme v.a. in industriellen Bereichen wie Wartung / Instandhaltung und Logistik,
darüber hinaus wurde in den letzten Jahren aber auch zunehmend der Endkonsumentenmarkt durch Produkte im Bereich
von Unterhaltung und Multimedia fokussiert.
Im Rahmen dieses einführenden Kapitels sollen wesentliche Grundlagen des Wearable Computing aufgezeigt werden,
beginnend bei einem Definitionsrahmen in 2.1 [Seite 10 ff.], welcher nebst einer Einführung in die Schriften Steve Manns
auch eine Abgrenzung gegenüber nahestehenden Technologien umfasst und mit einem Überblick zu verschiedenen
Visionen einschlägiger Forschungsinstitute schließt. Im daran anschließenden 2.2 [Seite 33 ff.] werden typische
Architekturen klassischer Systeme vorgestellt und bestehende Lösungen nach unterschiedlichen Richtlinien klassifiziert als
auch ihre potentielle Entwicklung aufgezeigt. Nach einem historischen Überblick in 2.3 [Seite 44 ff.] werden abschließend
Richtlinien für Systeme mit einer hohen Tragefreundlichkeit / "Wearability" in 2.4 [Seite 56 ff.] behandelt und im Hinblick
auf ihren praktischen Nutzen bewertet.
2.1 Was ist Wearable Computing
2.1.1 Idee und Merkmale nach Steve Mann
2.1.1.a Definitionsrahmen
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:
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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]
Abbildung 1: Steve Mann bei der Verwendung eines seiner Wearables [Man_HP]
Zwar ähneln Wearables nach Mann den bekannten Accessoires wie Armbanduhr oder Brillengläsern, da auch sie stets zur
Verfügung (jedoch nicht im Mittelpunkt) stehen, sind aber genau wie herkömmliche Desktop-Computer oder Großrechner
programmier- und rekonfigurierbar. Da sie in vielen Fällen unmittelbar auf Ort, Zeit, Benutzerverfassung u.a.m. reagieren
können, stellen sie auch eine sehr persönliche Ausprägung der Mensch-Maschine-Interaktion dar.
Als Armbanduhr, die permanent den Puls misst und im Bedarfsfall eine medizinische Notfalleinrichtung kontaktiert, kann
das Wearable für Herzkranke oder Tourengeher hilfreich sein. Brillen, deren Innenseiten als Display ausgeführt sind, können
zusammen mit Miniaturkameras die verschiedensten Dienste leisten von der Unterstützung für Sehbehinderte durch
Objekterkennung bis hin zu mobilen Informationssystemen, die die Umwelt des Benutzers mit weiteren Daten zu
Gebäuden, Wegen oder sogar Ausstellungsobjekten versorgen. Eingearbeitet in Kleidungsstücke wie T-Shirts, Jacken oder
sogar Unterwäsche und unter Ausnutzung der elektronischen Leitfähigkeit des Körpers oder der jeweiligen Materialien
ergeben sich die unterschiedlichsten Wearables, die von mobilen Musikanlagen bis hin zu kompletten Computersystemen
reichen.
2.1.1.b Operationsmodi Mensch-Maschine-Interaktion
Wearables kennzeichnen sich zu einem Teil mit Sicherheit allein durch ihre Hardware-Miniaturisierung nur kleine und
leichte Wearables können den Anforderungen der Tragbarkeit entsprechen und nur eine effiziente Energieauslastung und
kabellose Vernetzung können die nötige Mobilität gewährleisten. Wenn ein Computer jedoch so klein und
benutzerspezifisch wird, wie es Wearables per definitionem sein sollen (im optimalen Fall empfindet der Benutzer das
Wearable nahezu als Teil seines Körpers), ist es nur konsequent sie auch zu individualisieren d.h. sie für den jeweiligen
Besitzer zu optimieren und das gesamte System benutzerzentriert zu gestalten.
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Dies bedingt jedoch eine veränderte Betrachtungsweise der herkömmlichen Mensch-Maschine-Interaktion, in welcher
meist die Maschine im Mittelpunkt steht, auch wenn Aufgaben des Benutzers gelöst werden sollen. Mann hielt diese
veränderten Bedingungen durch die drei Operationsmodi Constancy, Augmentation und Mediation fest [siehe Abbildung 2]
und beschrieb damit gleichzeitig die drei wesentlichen Basiseigenschaften des Wearable Computing. Nachfolgend wird ein
grober Überblick über diese drei Faktoren gegeben, welcher über weite Strecken [Man98a] folgt.
Abbildung 2: Die drei Operationsmodi in der Interaktion Mensch-Maschine nach Mann [Man98b]
1. Constancy (Konstantheit):
Ein Wearable Computer ist immer eingeschaltet ("always on"), immer bereit ("always ready") und immer verfügbar wenn
der Benutzer es möchte ("always accessible"). Er muss also nicht wie ein Laptop erst aktiviert oder anderweitig eingerichtet
werden. Anstatt dessen findet ein permanenter Informationsaustausch zwischen Computer und Mensch statt [siehe
Abbildung 2, links]. Dies bedeutet nicht, dass ein Wearable nie ausgeschaltet oder deaktiviert werden kann, sondern
lediglich dass eine permanente Schnittstelle angeboten wird, die eine Aktivierung nach Bedarf bzw. Kontext erlaubt.
2. Augmentation (Erweiterung, Überlagerung):
Herkömmliche Computersysteme beanspruchen nach Mann einen Großteil der Aufmerksamkeit des Benutzers. Wearable
Computing geht vom genauen Gegenteil aus: der Benutzer führt primär eine andere Aufgabe aus (beispielsweise geht er
einkaufen oder repariert ein Fahrrad) und benutzt zusätzlich den Computer (beispielsweise um das nächste
Einkaufszentrum nachzuschlagen). Folgerichtig darf die Information seitens des Computers das Denken und die
Wahrnehmung des Benutzers lediglich überlagern, jedoch nicht zur Gänze beanspruchen [siehe Abbildung 2, mittig].
3. Mediation (Vermittlung):
Aus den beiden bisher genannten Faktoren resultiert auch eine gewisse Mediatorenfunktion des Wearable: der Computer
überlagert die bisherige Umgebung des Menschen durch weitere Informationen und bildet eine neue, transparente
Zusatzschicht, er kapselt den Benutzer [siehe Abbildung 2, rechts]. Wie dicht diese Kapsel ist, bleibt dem Benutzer
überlassen. Beispielsweise kann er sich vor der Umwelt mit Hilfe des Wearable in Teilen verschließen, indem ihm das
Wearable dabei hilft, bestimmte Informationen auszublenden (z.B. Werbung) oder er kann seine Umwelt virtuell durch
Objekte ergänzen bzw. bestehende Objekte ersetzen (z.B. vertrocknete Blumen durch frische): das Wearable kann also den
Grad jener Informationen die von "Außen" zum Benutzer vordringen variieren. Zum zweiten kann das Wearable aber auch
den Informationsfluss von "Innen" zur Umwelt regulieren und dadurch eine verstärkte Privatheit sichern: Durch die enge
Verbindung zum Wearable wird die leicht angreifbare Distanz zwischen Mensch und Computer denkbar gering und sensible
Daten können leichter geschützt werden (beispielsweise müssen Passwörter nicht mehr über die Tastatur eingegeben
Constancy Augmentation
Mediation
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werden). Parallel dazu kann das Wearable bei entsprechender Ausstattung mit Sensoren auch die Körperfunktionen des
Besitzers überwachen (z.B. Herzschlag) und so im Notfall selbständig die Kapsel durchbrechen (z.B. indem es bei einem
Herzinfarkt eine Notrufzentrale verständigt).
Abbildung 3: Gesamtes Framework des Wearable Computing nach Mann [Man98b] (Farbbereiche ergänzt)
2.1.1.c Kennzeichen des Wearable Computing
Aus diesen drei Benutzermodi leitete Mann in weiterer Folge auch 6 primäre und zwei sekundäre Eigenschaften des
Wearable Computing ab, die als attributive Verbindung in dem von ihm aufgestellten Framework aus [Abbildung 3] agieren
sollen. Noch stärker zeigt sich hier Manns Vision einer sinneserweiternden Prothese, die für den Benutzer beinahe
unsichtbar bleibt und sich wie eine zweite Haut über die Wahrnehmung legt. Der WearComp soll demnach sensibel auf
seinen jeweiligen Kontext reagieren ("attentive"), womöglich sogar als Kommunikationsorgan ("communicative") einsetzbar
sein, die Aufmerksamkeit des Benutzers auf Ausgabeseite jedoch nicht zu sehr beanspruchen ("unmonopolizing") und auch
den Eingabemodus nicht behindern ("unrestrictive"). Alle seine Aktivitäten obliegen dabei im Wesentlichen der
Benutzerkontrolle ("controllable"), während seine physische Ausbildung und Anbringung dergestalt erfolgen soll, dass das
Wearable bei Bedarf stets in das Bewusstsein des Nutzers dringen kann, also observierbar bleibt ("observable").
Alle sechs Eigenschaften zusammen bringen darüber hinaus zwei wichtige Folgeeigenschaften des Wearable Computing
mit sich: WearComps müssen permanent in Betrieb sein (da sie nur so kontextspezifisch reagieren können), d.h. sie müssen
über eine konstante Bereitschaft verfügen ("constant"). Und als wichtige Folgerung aus dem Genannten sie formen
einen ausnehmend persönlichen Interaktionsraum zum Benutzer hin ("personal"). Alle primären als auch sekundären
Kennzeichen sind nochmals in [Tabelle 1] gelistet und beschrieben.
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Tabelle 1: Die sechs primären und zwei sekundären Kennzeichen von Wearable Computing nach Mann [Man98a]
Die Auflistung in [Tabelle 1] zeigt jedoch auch, dass es sich bei Wearable Computing in seinen theoretischen Grundfesten
nicht nur um eine Computer-Technologie handelt, die den Umstand ausnutzt, dass Rechner immer kleiner und kleiner
werden bzw. geworden sind (sodass sie schließlich auch am Körper getragen werden können), sondern vielmehr um eine
hardwarebasierte Computer-Denkart, die - wie einige andere Richtungen auch nach einem neuen Umgang mit dem
Computer streben. Der Benutzer soll nicht das Gefühl haben, dass der Computer für ihn eine Aufgabe löst, sondern das
Wearable soll ihn dabei unterstützen, selbst eine Aufgabe zu lösen. Im Idealfall liefern ihm die Schnittstellen des Wearable
genau jene Informationen und Fähigkeiten, die ihm dazu fehlen es stellt also vereinfacht ausgedrückt eine Art Prothese
dar, während der Benutzer jedoch selbständig agiert, d.h. selbst Entscheidungen trifft und Aktionen vornimmt. Das
Wearable soll auf diese Art und Weise auch gewissermaßen ein Stück Benutzerfreiheit zurückgewinnen und
effizienzsteigernd für den Benutzer agieren es löst den Benutzer nicht nur von einem speziellen Ort, sondern soll vor
allem so unmittelbar Dienste und Inhalte zur Verfügung stellen, dass der Benutzer den größten Nutzen daraus ziehen kann
und sowohl sein Wissen erhöhen (z.B. indem im Display Informationen zu einer Statue angezeigt werden während der
Benutzer sie betrachtet) als auch seine (v.a. sinnlichen) Fähigkeiten ergänzt werden (z.B. indem ein Infrarotfilter für die
Umwelt zur Verfügung steht).
Nr. Eigenschaft
Beschreibung
1 UNRESTRICTIVE
WearComps
monopolisieren nicht die
Aufmerksamkeit des
Benutzers
Wearables schneiden den Benutzer nicht von seiner Umwelt ab oder benötigen seine volle
Konzentration. Sie überlagern die Realität lediglich ("Augmented Reality") und ersetzen sie nicht wie es
bei Virtual Reality der Fall ist. Der Benutzer kann bei einem HMD beispielsweise die Ausgabe am Display
beachten oder ein Bild an der Wand.
2 UNMONOPOLIZING
WearComps schränken
den Benutzer nicht ein
Dieses Kennzeichen bezieht sich vordergründig auf physische Tätigkeiten des Benutzers, sei es
Einkaufen, Arbeiten oder Telefonieren. Der Benutzer kann problemlos seinen alltäglichen Aufgaben
nachgehen und dabei vom Wearable unaufdringlich unterstützt werden. Dies ist bei herkömmlichen
mobilen Systemen oftmals nicht oder nur umständlich möglich beispielsweise kann man nur schwer
einen Laptop oder PDA bedienen während man joggt.
3 OBSERVABLE
WearComps sind
observierbar durch den
Benutzer
Das Wearable ist per se "immer da" und kann bei Bedarf ins Bewusstsein des Benutzers dringen. Anders
als ein Handy, das nicht zwangsweise am Körper des Benutzers getragen wird und damit
Aufmerksamkeit erhalten kann (beispielsweise wenn es sich in der Tasche oder einem anderen Raum
befindet), trägt der Benutzer sein Wearable immer bei sich.
4 CONTROLLABLE
WearComps sind
kontrollierbar durch den
Benutzer
Ein Benutzer kann auch jederzeit die Kontrolle über das Wearable übernehmen und es steuern. Selbst
automatisierte Prozesse können so unterbrochen werden. Hier unterscheiden sich Wearables von nicht
benutzer-regulierbaren Technologien wie "atmenden" Textilien, die den Körper bei Temperaturanstieg
automatisch kühlen.
5 ATTENTIVE
WearComps sind
aufmerksam gegenüber
der Umwelt
Je nach technologischer Ausprägung wissen Wearables beispielsweise wo sie sind oder können durch
Sensoren auch Temperatur, Körperfunktionen bzw. stimmungen auffangen und vieles anderes mehr. So
kann ein Wearable beispielsweise seine Ausgabe reduzieren, wenn es merkt dass der Benutzer schneller
geht und weniger Zeit bzw. Aufmerksamkeit für Zusatzinformationen hat.
6 COMMUNICATIVE
WearComps können
kommunizieren
Bei Bedarf können Wearables auch zur Kommunikation genutzt werden, sei sie als direktes
Kommunikationsmedium oder auch als Hilfe um sich auszudrücken.
Nr. Folgeeigenschaft
Beschreibung
- CONSTANT
WearComps sind immer
bereit/ein
Ein Wearable kann nur dann auf seinen Kontext reagieren, wenn es überhaupt eingeschalten ist. In
Folge ist ein Dauerbetrieb notwendig, dessen Energieverbrauch jedoch ggf. durch einen "Schlafmodus"
reduziert werden kann.
- PERSONAL
WearComps sind sehr
persönlich
Ein Wearable wird je nach Benutzer immer anders sein. Jeder Benutzer hat andere Gewohnheiten,
Wünsche, bewegt sich anderen Orten oder führt unterschiedliche Aufgaben aus. Infolge der
Benutzerzentrierung und der starken Nähe von Mensch und Computer werden beide sehr stark
miteinander verwoben. Wearables können gleichzeitig auch als "geistige Prothese" im Sinne eines
künstlichen Gedächtnisses agieren, da sie den Träger immer begleiten und dadurch eine wesentlich
schnellere Kommunikation und stärkere Vertrautheit mit digitalen Medien bzw. Methoden erlauben.
Bachelor-Abschlussarbeit -
Wearable Computing -
Seite 15 von 211
Rather than attempting to emulate human intelligence in the computer, as is a common goal of research in
Artificial Intelligence (AI), the goal of wearable computing is to produce a synergistic combination of human and
machine, in which the human performs tasks that it is better at, while the computer performs tasks that it is better
at. Over an extended period of time, the wearable computer begins to function as a true extension of the mind and
body, and no longer feels as if it is a separate entity. In fact, the user will often adapt to the apparatus to such a
degree, that when taking it off, its absence will feel uncomfortable, in the same way that we adapt to shoes and
clothing to such a degree that being without them most of us would feel extremely uncomfortable whether in a
public setting, or in an environment in which we have come to be accustomed to the protection that shoes and
clothing provide. This intimate and constant bonding is such that the combined capabilities of the resulting
synergistic whole far exceeds the sum of either. Synergy, in which the human being and computer become elements
of each other's feedback loop, is often called Humanistic Intelligence (HI). [Man98b]
Die realen Ausführungen von Wearables decken sich freilich nicht unbedingt mit diesen hehren Visionen; in vielen Fällen
wird der Begriff des Wearable sogar darauf reduziert in Gegenüberstellung zu herkömmlichen PDA's vordergründig einen
freien Gebrauch der Hände zu erlauben oder einfach externe Geräte mehr oder minder einfallsreich in ein Kleidungsstück
zu integrieren.
Andererseits hat die Idee von Wearables jedoch auch zu einer reichhaltigen Entwicklung von stellenweise sehr innovativen
Ein- bzw. Ausgabegeräten geführt und in vielen Fällen wurden auch softwarebasierte Ideen entworfen, die nur in diesem
Kontext denkbar und sinnvoll sind und einen echten Mehrwert für den Benutzer darstellen (und teilweise auch in anderen
Bereichen Anwendung finden). Obwohl sich viele Projekte noch in der Entwicklungsphase befinden ist in zahlreichen Fällen
doch ansatzweise erkennbar, dass einige Systeme tatsächlich zu einer starken Effizienzsteigerung und den von Steve Mann
erhofften Synergieeffekten führen können.
2.1.2 Grenzen des Wearable Computing
2.1.2.a Wearable vs. Ubiquitous Computing
Wearable Computing wird oftmals im gleichen Atemzug wie Ubiquitous Computing, kurz UbiComp, genannt, mitunter
auch als spezielle Ausprägung desselben. Der Begriff wurde von Mark Weiser [siehe Abbildung 4] bereits 1988 eingeführt
und kann in etwa mit "allgegenwärtig" bzw. "überall verbreitet" übersetzt werden, beschreibt also die Vision einer überall
vorhandenen Informationsverarbeitung. Ein breites Publikum erreichte Weiser 1991 durch einen Grundlagenartikel im
Scientific American [Wei91] in welchem er seine Vision schilderte, dass Computer in einer derart hohen (aber
miniaturisierten) Anzahl präsent seien, dass sie nicht mehr wahrgenommen werden:
The most profound technology are those that disappear. They weave themselves into the fabric of everyday life until
they are indistinguishable from it. ... In our experimental embodied virtuality, doors open only to the right badge
wearer, rooms greet people by name, telephone calls can be automatically forwarded wherever the recipient may
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be, reciptionists actually know where people are, computer terminals retrieve the preference of whoever is sitting at
them, and appointment diaries write themselves. [Wei91]
Ubiquitous Computing enhances computer use by making computers available throughout the physical
environment, while making them effectively invisible to the user.[Wei93a]
Dieses "Netzwerk intelligenter Gegenstände" wie es Weiser vorschwebt führte bereits kurz nach der Veröffentlichung zu
einer umfassenden Diskussion. In seiner idealen Ausprägung sollte es nach Weiser sogar den herkömmlichen (Personal-)
Computer zur Gänze ersetzen und zu einem "Internet der Dinge" führen, welches einen ständigen Informationsaustausch
der Objekte ermöglicht und so den Menschen unmerklich bei seinen alltäglichen Tätigkeiten unterstützt.
Abbildung 4: Mark Weiser und seine Vorstellung des Ubiquitous Computing [Vol_HP]
Dabei nannte Weiser vor allem zwei Aspekte welche ihm von maßgeblicher Bedeutung erschienen: Ort und Maßstab.
Einerseits müssten diese Geräte ihre Umgebung kennen - sie müssten also beispielsweise wissen "wo" sie sind -,
andererseits sollten sie die unterschiedlichsten Größen aufweisen, je nach zu bewältigender Aufgabe. Um seine Ideen zu
demonstrieren, entwickelte Weiser in den Jahren 1988 bis 1994 eine Reihe von "Tabs", "Pads" und "Boards" [vgl. Abbildung
5]. Sie alle erfüllten den Zweck die Umwelt zu "aktivieren" [Vol_HP] jedem Menschen sollten auf diese Art und Weise
Hunderte von drahtlos vernetzten Rechnern zur Verfügung stehen, die von Notizzettel-Größe bis hin zu Geräten in Größe
einer ganzen Bürowand reichen.
Abbildung 5: Xerox PARCtab (li. [Xyb_HP]) und Xerox LiveBoard (mi.+re. [Ans_LI])
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Weisers Ideen beeinflussten vor allem Hard- und Softwareansätze für neue Bürolösungen. Beide Ansätze, sowohl
Ubiquitous Computing als auch das etwas später entstandene Wearable Computing distanzieren sich dabei von einer
virtuellen Realität (Virtual Reality, VR) und streben stattdessen eine überlagerte Realität (Augmented Reality, AR) an.
Gemäß beiden Auffassungen soll der Benutzer nicht mehr an eine Box an einem bestimmten Ort gebunden sein, sondern
der Benutzer soll überall wo er hingeht auf eine Vielzahl von Computer treffen (UbiComp) oder im Wesentlichen einen
einzigen individualisierten Computer am eigenen Körper tragen (WearComp). Gemein ist ihnen auch eine eher nüchterne
Betrachtung bezüglich den Fähigkeiten einer Assistenten-Funktion durch Künstliche Intelligenz, welche bei keiner der
beiden Lösungen als wesentlich oder unbedingt notwendig erachtet wird. In beiden Bereichen spielen darüber hinaus
Aspekte wie energiearmer Verbrauch, drahtlose Verbindung, geeignete Netzwerkprotokolle und neuartige Displays eine
wichtige Rolle.
Dennoch unterscheiden sich die Ideen in wichtigen Grundsätzen. Ganz offensichtlich ist zunächst das Mobilitätsschema
bei beiden Visionen sehr unterschiedlich [vgl. Abbildung 6]: in UbiComp muss der Benutzer im Wesentlichen keine
Hardware mit sich tragen stattdessen erkennt ihn das System und kann ihm an unterschiedlichsten Stellen verschiedene
Dienste anbieten: der Benutzer bewegt sich in einer "intelligenten" Umgebung. Damit wird der Benutzer einerseits von
vielen Routineaufgaben befreit und kann zahlreiche Services nutzen, ist aber andererseits stark vom Vorhandensein dieses
Umfeldes abhängig. Der typische WearComp-Benutzer benötigt umgekehrt zunächst eine entsprechende Hardware, kann
sich mittels derer aber anschließend relativ frei bewegen. Vernetzung ist im Bereich von Wearables zwar möglich, aber
nicht zwingend notwendig, weshalb ein Benutzer dieser Version zunächst vordergründig auf die Fähigkeiten seines
Wearable angewiesen ist. Ist das Wearable unhandlich, schwer oder energieintensiv, setzt sich seine Brauchbarkeit stark
herab. Auch ist ein Wearable-Benutzer meist von einer miniaturisierten Hardware umgeben, während einem UbiComp-
Benutzer die volle Bandbreite an Ein- und Ausgabegeräten in sämtlichen Maßstäben zur Verfügung steht.
Abbildung 6: Mobilitätsschema UbiComp vs. WearComp
Auf den ersten Blick scheint der UbiComp-Benutzer wesentlich mehr Vorteile zu genießen: er muss nichts mit sich tragen
und kann wesentlich mehr Soft- und Hardware nutzen. Dort wo keine "intelligente" Umgebung vorhanden ist, kann diese
geschaffen werden. Kritiker warfen deshalb relativ rasch ein, dass es sich bei Wearable Computing nur um eine unnötige
Spielart handeln würde, die im Prinzip auch durch Ubiquitous Computing abgedeckt werden könnte. Vereinfacht
ausgedrückt: Wozu Displays oder Kameras mit sich tragen, wenn überall, wohin man geht, bereits Displays und Kameras
vorhanden sind? [Man01a]
UbiComp WearComp
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Der größte Vorteil des Wearable Computing in Gegenüberstellung zum Ubiquitous Computing liegt ganz offensichtlich
nicht im Grad der Mobilität, sonder vielmehr im Grad der Informationskontrolle [vgl. Abbildung 7]. In einer UbiComp-
Umgebung werden zahlreiche Daten an die Umgebung selbst übertragen bzw. diese sammelt personenbezogene
Informationen um eine entsprechende Individualisierung zu erreichen. Gleichzeitig entsteht damit jedoch eine immense
Datenmenge und diese ist zudem auf eine Vielzahl von Objekten verteilt: Probleme der Datenkontrolle wachsen durch diese
Kombination explosionsartig an. Selbst wenn diese Daten nicht gespeichert werden, so ist es doch einer der Grundpfeiler
des Ubiquitous Computing, dass mehr oder minder "intelligente" Objekte miteinander kommunizieren und so das
alltägliche Leben des Benutzers erleichtern. Ein simples Abhören würde also bereits reichen, um beispielsweise relativ
exakte Benutzerprofile zu erhalten. Der größte Vorteil des Ubiquitous Computing eine allwissende und allgegenwärtige
Computerumgebung wird damit gleichzeitig zum größten Nachteil, da kaum jemand wissen bzw. kontrollieren kann wo
sich welche Informationen befinden. Je mehr der Informationsgrad bzw. Informationsfluss eingeschränkt wird, desto mehr
ähneln die einzelnen Objekte alleinstehenden und abgeschlossenen Einheiten und desto größer wird die Entfernung von
der Grundidee des UbiComp. Zwar kann das Risiko eines Missbrauchs durch entsprechende Absicherung reduziert werden,
es verhindert jedoch kaum das prinzipielle Entstehen solcher Informationen bzw. ihrer Verteilung.
Abbildung 7: Informationsfluss bzw. -kontrolle bei UbiComp vs. WearComp
Wearable Computing steht diesem Prinzip beinahe diametral gegenüber. Durch die starke Verbindung von Mensch und
Computer werden Informationen regelrecht gekapselt, statt vieler Informationswege kommen einige wenige zum Einsatz.
Zwar entstehen auch hier sehr sensible und möglicherweise wesentlich persönlichere Daten, jedoch nicht auf vielen,
sondern lediglich auf einer Station. Die Kontrolle dieser Informationswege ist damit maßgeblich einfacher und reduziert
sich auf die Verbindung zu externen Geräten bzw. Teilstationen untereinander. Auch kann der Benutzer wesentlich
einfacher kontrollieren welche Informationen entstehen und welche er an die Außenwelt weiterleiten möchte.
Am Rande sei jedoch erwähnt, dass datenschutzrechtliche Bedenken im Bereich des Wearable Computing vor allem für die
Umgebung entstehen können so erlauben "unsichtbare" WearComps nicht nur das Aufzeichnen von Gesprächen oder das
unauffällige Ablichten von Umgebungen u.a.m. (ohne explizites Wissen anderer Personen), sondern auch die für das Umfeld
nicht unbedingt einsichtige Nutzung von computergenerierten Informationen beispielsweise als Schummelzettel bei
Prüfungen oder zum Einsagen mittels externer Teilnehmer.
UbiComp WearComp
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Trotz aller Unterschiede bleibt zusammenfassend jedoch festzuhalten dass beide Ideen sowohl Ubiquious Computing als
auch Wearable Computing weniger auf einer revolutionären Technologie basieren, als vielmehr eine logische Konsequenz
infolge der zunehmenden Miniaturisierung von Hardware-Elementen und dem Verlangen der Benutzer nach mehr
Mobilität sind. Zusammen mit den Auswirkungen und Möglichkeiten des Internet als weitverteilte Computernutzung und
den Problemen und Grenzen herkömmlicher Personal-Computer erscheint die Entwicklung beider Trends nur konsequent
[vgl. Abbildung 8].
Abbildung 8: Die drei großen Trends in der Computernutzung [Wei_HPa]
Mark Weiser bezeichnete es als "dritte Ära der Computernutzung" [BLT03] und betitelte sie auch zugleich mit dem von ihm
eingeführten Begriff des Ubiquitous-Computing. Demgegenüber stellte er Mainframes ab 1950 (1:n, d.h. viele Menschen
bedienen einen Computer) und Personal Computer um 1975 (1:1, d.h. ein Computer wird von einem Menschen benutzt).
Die Ära des Ubiquitous-Computing (n:1, d.h. jeder Mensch benutzt viele Computer) erscheint aus dieser Sicht nur logisch,
auch wenn hier wohl zwischen der Weiser'schen Defintion und der Allgegenwart im Allgemeinen unterschieden werden
muss.
Gerade letzteres geschieht jedoch häufig nicht, sodass das irreführende Bild entsteht dass allein die weite Verbreitung von
Computerchips den Begriff des UbiComp bereits fassen könnte. Aus dieser Sichtweise würde jedoch beinahe jeder Rechner
vom herkömmlichen Desktop über Mainframes bis hin zu Mini-Computern in Kaffeemaschinen nur mehr ein
Teilsegment von einer allgegenwärtigen UbiComp-Landschaft darstellen und jede Rechnertypisierung hätte Ubiquitous
Computing zur Wurzel. Diese Herangehensweise scheint deshalb nur wenig fruchtbar. Eine andere, vielfach übersehene
Perspektive ist jedoch die Nutzung von WearComps als einzelner UbiComp-Spot. Dieser Anwendungsfall könnte
beispielsweise dann auftreten, wenn ein WearComp andere Rechnereinheiten eines Netzwerkes als Kontextinformation
nutzt um sein eigenes Verhalten daran auszurichten, etwa wenn Wearables (ohne explizite Aufforderung) die
Standortdaten der jeweils eigenen Benutzer abgleichen. Für Wearables ist diese Vorgangsweise eher untypisch, für
UbiComp vorstellbar, wenn hierfür auch kaum die Leistungsfähigkeit eines ganzen WearComps nötig scheint. Letztendlich
handelt es sich in diesem Fall demnach mehr um eine weitere Spielart von UbiComp ein (weiterer) "intelligenter"
Gegenstand, der nun eben "anziehbar" bzw. "tragbar" ist. Mit der Grundidee von Wearable Computing hat dies (zumindest
im Sinne Steve Manns) jedoch nur noch wenig zu tun.
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2.1.2.b Wearable vs. Mobile Computing
Wesentlich mehr Nähe weist Wearable Computing vielfach zu Mobile Computing auf. Obwohl Mobile Computing oftmals
nur als sehr unscharfer Begriff für mobile Rechner im Allgemeinen eingesetzt wird, sind beide Bereiche doch maßgeblich
durch die Vorteile als auch Probleme humaner Mobilität dominiert, Faktoren die bei UbiComp nur bedingt von Bedeutung
scheinen. Fast alle Projekte und Anwendungen sind dabei vordergründig von zwei Fragen bestimmt: wie kann die
vorhandene Energie optimal genutzt werden und gleichzeitig ein größtmöglicher Bedienkomfort für den (mobilen) Nutzer
erreicht werden, ohne zu stark an Leistung einzubüßen. Letzteres bezieht sich in vielen Fällen neben allgemeinen Faktoren
wie Gewicht oder Größe auch auf geeignete I/O-Schnittstellen, da beispielsweise weder Tastatur noch Display endlos klein
werden können um noch bedienbar zu bleiben.
In gewisser Weise könnten WearComps als mobilste aller mobilen Rechner gesehen werden [vgl. Tabelle 2]. Die Evolution
vom Notebook zum Handheld kann beispielsweise anhand zahlreicher Faktoren auch in Richtung WearComp weiter
gedacht werden: Miniaturisierung von Hardware, allen voran Ein- und Ausgabeschnittstellen, Effizienzsteigerung
vorhandener Software bei Einschränkung bzw. Spezialisierung von Applikationen (nicht alle Anwendungen können auf
Handhelds transportiert werden), Verringerung von Gewicht, leichtere Aktivierung (Notebooks müssen vielfach ausgepackt
und ausgeklappt werden, Handhelds nur mehr aus der Tasche gezogen) u.a.m. Anziehbar im eigentlichen Sinne sind
Handhelds zwar nicht und sie reagieren auch wenig bis gar nicht auf kontextuelle Informationen, für den Benutzer ist
dieser Unterschied derzeit in der Praxis jedoch kaum ersichtlich, da auch die meisten WearComps nur mangelhaft über
diese Eigenschaften verfügen, obwohl sie es von ihrer Definition her müssten.
Tabelle 2: Vergleich mobiler Endgeräte
Hinzu kommt dass auch viele Handhelds zwischenzeitlich immer stärker kontextsensitive Funktionen integrieren, auch
wenn dies im überwiegenden Teil der Fälle lediglich im Sinne eines Zusatznutzens geschieht. Gleichzeitig nähern sich
Notebook
Handheld
WearComp
Aufwand zur Aktivierung
Auspacken, aufbauen,
"hochfahren"
Auspacken, "hochfahren"
keiner, immer aktiv
Untergrund erforderlich
ja
nein
nein
Mobile Bedienung möglich (z.B.
während Gehen)
nein jein ja
Nötige Aufmerksamkeit
Absolut (~100%)
Relativ hoch (~80%)
Gering (< 30%)
Energiequelle Akku
Akku
Akku
Kontextsensitiv
nein
nein (in neueren Modellen
ansatzweise)
ja (im Idealfall)
Bedienungsfreundlichkeit
Eingabe
meist hoch, vollwertige Tastatur,
tw. auch vollwertige Zeigegeräte
reduziert, Tastatur meist schwer
bedienbar, zeichenorientierte
Eingabe
durch neuartige Eingabe-
Schnittstellen oft höher als bei
Handhelds
Bedienungsfreundlichkeit
Ausgabe
meist hoch, Displaygrößen im
Bereich von herkömmlichen
Desktop-Monitoren
reduziert, Displays meist eher im
Bereich von Mobiltelefonen
Displays durch HMDs tw. virtuell im
Bereich von herkömmlichen
Desktop-Monitoren
Geforderte / optimale Größe
Din A4
Din A6
"unsichtbar", Systembox meist in
der Größe von Handhelds
Verteilte Komponenten
nein, nur optionale Add-Ons
nein, nur optionale Add-Ons
ja, meistens
Benutzerorientierte
Individualisierung
grundsätzlich nein, am ehesten
noch auf Softwareebene
grundsätzlich nein, am ehesten
noch auf Softwareebene
im Idealfall hoch (z.B. durch
Sensoren / Tracking)
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andererseits auch immer stärker Mobiltelefone an herkömmliche Computersysteme an und übernehmen Aufgaben die
eigentlich domänenfremd sind, beispielsweise indem sie einfache Organizer- oder Büroanwendungen anbieten, interne
Schnittstellen zu Digitalkameras u.a.m. Der Platz im Bereich mobiler Mini-Computer ist demnach schon relativ eng, die
Unterschiede nivellieren sich zunehmend.
Im Gegensatz zu Handhelds oder Mobiltelefonen fokussieren WearComps jedoch eine Funktion, die bei beiden eigentlich
nicht im Zentrum des Interesses steht: Wearables sind dazu gedacht, während einer anderen, mobilen Aktivität genutzt zu
werden. Für den einzelnen Nutzer agieren sie demnach wirklich als allgegenwärtige Computerlandschaft, da er von seinem
WearComp ununterbrochen assistierend umgeben ist, allerdings nicht außerhalb, sondern innerhalb seines
Persönlichkeitsraumes. Ein privater Butler, eine individuelle Prothese, die sowohl zum Nutzer als auch der Umgebung
Kontakt hat und auf beide Faktoren reagieren kann [siehe Abbildung 9].
Abbildung 9: Fokus auf Interaktion User-System-Environment [Law05_PR]
In diesem kleinen Unterschied zeigt sich die eigentliche Neuerung des Wearable Computing. Denn wenn ein Rechner nicht
mehr explizit aktiviert wird und er gleichzeitig auch Zugriff auf Informationen aus der Umgebung benötigt, muss er sich
dem Nutzer zwangsweise wie eine zweite Haut anpassen: er muss "anziehbar" sein, damit er den Benutzer nicht stört,
zugleich aber sehen, hören bzw. wahrnehmen kann was der Benutzer sieht, hört oder anderweitig wahrnimmt.
2.1.2.c Wearable vs. Biohybrid Computing / Cyborgs
Ein immer wieder auftauchender Begriff im Bereich des Wearable Computing ist jener des Cyborgs (cybernetic organism).
Dies überrascht zunächst, definiert sich ein Cyborg doch prinzipiell als Mensch-Maschine-Hybrid, d.h. als Mischwesen
zwischen biologischen und künstlichen Teilen im Sinne von Implantaten. Der Begriff stammt ursprünglich aus den 1960er
Jahren [CK60] und wurde v.a. durch zahlreiche Science-Fiction-Filme wie "Der Sechs Millionen Dollar Mann" (1974-78),
"Terminator" (1984) oder die Endlosserien "Star Wars" und "Star Trek" geprägt, wobei letztere sogar ein ganzes Volk von
Cyborgs (die sog. Borg) erschufen [vgl. Abbildung 10].
real
world
user
mobile
system
95%
real
world
user
mobile
system
<5%
interaction
mode change
Mobile Systems
user
real
world
100%
>>
50%
100%
wear.
system
Wearable Systems
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Im Großteil der Fälle ist das Äußere eines Cyborg visuell gut erkennbar in Teilen durch künstliche Elemente ersetzt,
vorzugsweise im Bereich von Augen oder Gliedmaßen, während unterstützende Hardware entweder in die Kleidung
integriert wird oder der Einfachheit halber ganz entfällt. Im Gegensatz zu Robotern oder Androiden ist ihr Kern biologisch
und in Gegenüberstellung zu Menschen die sich lediglich einer bestimmten Technik bedienen werden bei Cyborgs
elektronische Teile i.d.R. implantiert bzw. anderweitig dauerhaft am / im Körper verankert.
Abbildung 10: Einige Cyborg-Varianten aus "Star Trek" [Par_LI]
Genau dies ist bei Wearable Computing jedoch ganz offensichtlich nicht der Fall. Hardwareelemente werden hier auf der
Körperoberfläche oder in der Kleidung angebracht, jedoch nicht unter der Haut. Dies scheint auch allein aufgrund des
Begriffes naheliegend, bringt ein "Anziehen" doch stets ein potentielles "Ausziehen" mit sich. Ein Umstand der sich bei
Implantaten jedoch nicht ganz so einfach gestaltet, abgesehen davon dass ihnen auch die Basischarakteristik des
"Anziehbaren" schlichtweg fehlt. Dennoch verwenden selbst Leitfiguren des Wearable Computing wie Steve Mann oder
Thad Starner [siehe Abbildung 11] diesen Begriff immer wieder und bezeichnen sich nicht selten selbst mehr oder minder
ironisch als Cyborg. Mann ging 2002 sogar soweit Air Canada verklagen zu wollen, da diese aus Sicherheitsgründen seinen
WearComp vor einem Flug entfernt hatte. Sein medienwirksam vorgebrachter Grund: er fühle sich als Cyborg benachteiligt
und wolle wie alle anderen Menschen mit einer besonderen Ausstattung behandelt werden [Roe_LI].
Abbildung 11: MIT-"Cyborgs", Thad Starner markiert [Mit_HPe]
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Zwar gibt es mittlerweile auch Arbeiten, die den Begriff des Cyborg weiter fassen Zimmerli [Wik_LI2] geht beispielsweise
soweit, dass selbst Personen die sich einfach nur mit Technik umgeben, also beispielsweise im Auto sitzen oder eine Brille
tragen, bereits Cyborgs sind es ist aber bis heute umstritten ob eine derartige Ausdehnung des Begriffes wirklich
zielführend ist. Dem Duden [SEM05] zum Trotz, welcher im Übrigen ebenfalls von einem Einbringen "in" den Menschen
spricht, versucht Mann in seinen zahlreichen Statements (vgl. [MN01], [You_LI], [Man01b]) zum Thema Cyborg eine etwas
variierte Brücke zu schlagen: demnach gelte als Cyborg der, der den WearComp als immanenten Teil seines Körper
empfinde ein Umstand der zumindest auf Mann mit Sicherheit zutrifft, trägt er seinen WearComp doch mittlerweile seit
rund 20 Jahren beinahe ohne Unterbrechung.
Subjektives Empfinden allein hilft allerdings nur bedingt bei einer Konkretisierung der Thematik. Richtig ist, dass es bis
heute keine fundierte Studie zu langfristigen körperlichen Auswirkungen von WearComps gibt, insbesondere ist bislang
nicht geklärt wie sich das jahrelange Benutzen eines physisch sehr nahen Microdisplays auf das menschliche Auge
auswirkt. Insofern könnte Mann indirekt sogar nicht ganz Unrecht haben, könnten WearComps aus dieser Sicht doch vom
sinneserweiternden zum lebensnotwendigen Instrument mutieren, der Nutzer vom freiwilligen Prothesennutzer zum
körperlich Beeinträchtigten, der sich ohne seinen WearComp unvollständig fühlt oder tatsächlich ist.
1
Diese Perspektive scheint jedoch weder wünschenswert noch realistisch. Vielmehr ist es gerade die Stärke des Wearable
Computing, sich des WearComps auch entledigen zu können, quasi ein Recht "Offline" zu gehen ein Vorteil der bei einem
Implantat i.d.R. verloren geht. Letztendlich scheint die bewusste Verwischung der Begrifflichkeiten mehr auf eine
persönliche Technikbegeisterung und bewusste Inszenierung zurück zu führen sein, denn auf einen ernstzunehmenden
philosophischen geschweige denn technologischen Hintergrund. Hinzu kommt dass Wearable Computing mit dieser
Sichtweise zu einer Art notgedrungenen Vorstufe des Biohybrid Computing reduziert wird ein Umstand der weder der
Technologie gerecht wird noch der simplen Tatsache Rechnung trägt, dass Implantate wohl auch in näherer Zukunft nicht
zum Verkaufsschlager mutieren werden.
Letztendlich ist es vielleicht ironisch, dass ausgerechnet Mann, der Ende der 1990er Jahre Wearable Computing
wesentliche Starthilfe leistete, indem er es immer wieder gegenüber Ubiquitous Computing als selbständige Disziplin
verteidigte [Man01a], nun diese enge Freundschaft zu implantatnahen Idealen entdeckt hat. Ob durch diese doch etwas
altbackenen 1970er Cyborg-Ideen eine breitere Akzeptanz bei potentiellen Käuferschichten erreicht wird, bleibt ebenfalls
dahingestellt. Hinzu kommt dass gerade Mann immer wieder den höheren Freiheitsgrad von WearComps betont hat der
Nutzer sollte von seinem "sklavenhaften" Dasein befreit werden und in eine neue Ära der Mensch-Maschine-Schnittstelle
eintreten. Ist ein WearComp-Nutzer jedoch ohne sein entsprechendes Elektronikgerüst unvollständig bzw. beeinträchtigt,
so kann wohl kaum noch von einem hohen Freiheitsgrad gesprochen werden.
In dieser vorliegenden Arbeit wird dieser gedanklichen Haltung nicht gefolgt Wearable Computing wird hier ausnahmslos
als "außerhalb" des menschlichen Körpers definiert, folgerichtig werden WearComp-Nutzer (trotz eventueller
1
aus [You_LI]: "A particularly difficult and painful moment in Mr. Mann's life as a cyborg came in February, on the way home from Memorial University
in Newfoundland, where he had served as an external examiner for a student's dissertation. Security agents at the St. John's International Airport, in
Newfoundland, were suspicious of Mr. Mann's computer gear and were not impressed by the explanatory documentation that he carries. They eventually
strip-searched him, he says, ripping the electrodes from his body, causing bleeding and damaging his computer system. He became so disoriented without
his wearable computer, he says, that he fell repeatedly while boarding the plane."
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Wearable Computing -
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Gewohnheiten, die denn wohl auftreten mögen) auch nicht in die Nähe von Cyborgs gestellt. Um die für WearComps
typische Mobilität zu gewährleisten kann die Lokalisierung darüber hinaus auch in die andere Richtung begrenzt werden
WearComps müssen sich demnach nahe dem Körper befinden, d.h. entweder Teil der Kleidung sein oder sich direkt unter
bzw. über dieser befinden (siehe umrandeter Bereich in Abbildung 12).
Abbildung 12: Lokalisierung von WearComps (Umrandung ergänzt) [Man01a]
2.1.3 Visionäre des Wearable Computing
Mann's größter Verdienst war mit Sicherheit ein erstes gedankliches Gerüst für Wearable Computing zu schaffen und unter
Ausnutzung verschiedenster Ausdrucksformen (die nicht selten im Schnittbereich von politischem Statement und Kunst
anzusiedeln sind) eine mögliche Alternative zum allgegenwärtigen Ubiquitous Computing aufzuzeigen: Nicht die
Umgebung sollte intelligenter werden, sondern der Benutzer. Seine größte Schwäche kann jedoch gleichzeitig darin
gesehen werden, Wearable Computing zu sehr als Projektionsfeld für seine doch sehr persönlichen Idealvorstellungen eines
neuartigen Computers zu begreifen und über weite Strecken auf eine Miniaturisierung von herkömmlichen
Desktoprechnern zu beschränken, ein Umstand, den bereits Konrad Lischka [Lis_LI] 2001 aufzeigte:
(Das) ist das Problem bei Manns und einigen anderen Entwürfen. Sie sind eine Projektion der Gegenwart in die
Zukunft nach den Maßgaben eines James Bond Films. Technik muss zugleich vertraut und spektakulär sein. Und sie
muss aus dem Gebiet der aktuell führenden Leittechnologie kommen. Raketen sind ein ebenso altes Konzept wie der
PKW. Raketen am PKW hingegen sind spektakulär, ja geradezu futuristisch waren es zumindest im Kalten Krieg.
Genauso verhält es sich mit IBMs Prototyp eines Thinkpads, der am Gürtel getragen und über Sprache gesteuert
werden kann. Letztlich ist dies dasselbe Konzept wie es heute schon auf jedem Schreibtisch steht, nur eben kleiner.
... Neu an Anziehcomputern wird nicht ihre Größe sein. Entscheidend ist, dass sie kein Computer mehr sind. [Lis_LI]
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Lischkas Schlussfolgerung zielt zwar auf Ubiquitous Computing als Lösung ab und subsumiert hierunter auch Smart
Clothing, diese singuläre Schlussfolgerung ist jedoch nicht zwangsweise korrekt bzw. vollständig, da in dieser
Betrachtungsweise ein wesentlicher Aspekt des Wearable Computing übersehen wird: WearComps kapseln Informationen
im Bereich des Nutzers, UbiComps verteilen sie auf eine nicht näher definierte Umgebung so zumindest in der
Idealvorstellung. Fraglich ist allerdings wie WearComps in naher Zukunft aussehen oder konstruiert werden sollen, wenn
sie einerseits als unabhängiges, weitgehend universelles Gebilde fungieren und andererseits anziehbar bzw. möglichst
unscheinbar sein sollen. Steve Manns Vision ist hier relativ klar und im Schnittbereich zwischen Cyborg und Inspector
Gadget angesiedelt [vgl. Abbildung 13] der Nutzer wird mit einer Reihe elektronischer Tools ausgestattet, die seine
Wahrnehmung erweitern und völlig neue Formen der Kommunikation ermöglichen.
Abbildung 13: Steve Manns Entwürfe (li. [Man_HP4d]) vs. Inspector Gadget (re. [Tre_LI])
Weit weniger klar ist jedoch wie dies im Detail aussehen soll hier blieb Mann eine konkrete und technologisch
interessante Lösung über weite Strecken schuldig. Ganz offensichtlich scheint zwar ein modularer Aufbau naheliegend
aber: Wie sollen Komponenten vernetzt werden bzw. überhaupt aussehen? Welche Funktionen sollen sie übernehmen? Und
wem sollen Wearables überhaupt nutzen bzw. was können Wearables was andere Computer nicht können? Die Vision als
Cyborg allein scheint hier weder besonders verkaufsträchtig noch revolutionär. Alternative Vorstellungen entwickeln hier
seit Anfang der 2000er Jahre verschiedene andere Institute, allen voran das Media Lab des MIT und die ETH Zürich.
2.1.3.a MIT Media Lab: Cooles Outfit mit Mehrwert (Pentland / Schwartz)
Eine stark interdisziplinäre Betrachtungsweise verfolgt die Wearable-Projektgruppe am MIT Media Lab [Mit_HP] unter der
Leitung von Sandy Pentland: wie kaum eine andere universitäre Einrichtung versucht sie Mode- und Produktdesigner in
mögliche Visionen von Wearable Computing mit einzubeziehen und daraus potentielle Entwicklungen abzuleiten.
Dementsprechend vielfältig zeigen sich auch die daraus resultierenden Entwürfe: Display-artige Kleidung die ihr
Erscheinungsbild permanent ändert, interaktive Anzüge, vibrierende Oberflächen für Sehbehinderte u.a.m. [siehe Beispiele
in Abbildung 14]. Kleine Kästchen oder unhandliche Hardwareelemente wird man in den Entwürfen vergeblich suchen,
stattdessen beschränken sie sich entweder einige wenige Funktionen oder agieren möglichst zielgruppenorientiert.
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Abbildung 14: MIT Media Lab - Entwürfe in Zusammenarbeit mit verschiedenen Designschulen [Mit_HPb]
Daneben entstanden in Kooperation mit der Designagentur IDEO 2003 auch sehr realistische Visionen für eine zukünftige
Anwendung von WearComps [Mit_HPf]: Anhand eines Benutzerszenarios für eine 19-jährige Studentin zeigte das MIT wie
bereits kleine Accessoires sehr effizient für eine WearComp-Umgebung genutzt werden können [siehe Abbildung 15, Reihe
1]. Im Zentrum steht die Systembox welche analog einem Gürtel getragen wird und drahtlos per Funk mit den diversen, am
Körper verteilten Accessoires kommuniziert. Für kleinere Eingaben wie beispielsweise der Änderung der Lautstärke dienen
mehrere, jeweils sechsteilige Ringe, die durch das Bewegen der Hand auch für andere symbolische Eingaben genutzt
werden können - beispielsweise wenn das System angewiesen werden soll nicht zu stören. Texteingaben erfolgen durch die
"Message Wand", ein stiftartiges Gerät welches auch Nachrichten anzeigen kann und zur Navigation des virtuellen
Displays dient. Dieses ist in eine kompakte Brille integriert und soll dem Benutzer auch das Ansehen von Videos erlauben
oder beim Abhalten von Videokonferenzen unterstützen.
Ein ähnliches Szenario entwickelte das MIT auch für eine ältere Zielgruppe mit weniger Unterhaltungsfokus, die
Funktionen sind bei beiden Systemen jedoch weitgehend identisch [siehe Abbildung 15, Reihe 2]. In beiden Entwürfen ist
das System darüber hinaus nicht hermetisch abgeriegelt, sondern kommuniziert nach Außen: so soll durch die Systembox
beispielsweise auch eine Identifikation in vorhandenen Netzwerken möglich werden, etwa um (externe)
Computerumgebungen automatisch an den jeweiligen Nutzer anzupassen.
Abbildung 15: Benutzerszenarien MIT Media Lab [Mit_HPf]
Wechselnde
Kleidung durch
integrierte
Displays
Interaktiv für
Musik- oder
Performance-
Künstler
Vibrierend für
Sehbehinderte als
Weste
Mit
lippenlesender
Kamera für
Stumme
Mit runden /
spitzen Formen je
nach Laune durch
Sensoren
Mit Minidisplay,
Kamera und GPS
für Reporter
Oder einfach mit
Solarzellen und
aufblasbar
Gürtel als Systembox
Ringe als Zeigegerät
Stifte als Tastatur
Brillen als Displays
Bachelor-Abschlussarbeit -
Wearable Computing -
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Neben diesen designorientierten Entwürfen arbeitet das MIT derzeit vordergründig an der Entwicklung von Software für
WearComps. Dazu zählen neben kommunikations- und kollaborationsorientierten Applikationen auch Implementierungen
die es erlauben sollen die Unmenge an Information die ein Wearable erhält, sinnvoll zu strukturieren oder den Benutzer
leichter zu verstehen. System-Hardware scheint thematisch für das MIT zwar relevant, ist im Verhältnis zu den bereits
genannten Themen aber eher unterrepräsentiert und findet sich am ehesten in diversen Spin-Offs. Die größte Stärke des
MIT liegt damit mit Sicherheit in der teils sehr unkonventionellen Herangehensweise, die die Nutzungsaspekte
unterschiedlichster Zielgruppen und Anwendungen möglichst breit und unvoreingenommen zu beleuchten versuchen.
Zentral scheint die Frage wofür und in welchen Situationen WearComps passend erscheinen, während die konkrete
Implementierung entweder eher in den Hintergrund rückt oder ausnehmend unscheinbar ausfällt.
2.1.3.b GeorgiaTech: Der persönliche Assistent (Starner)
Ideen und Projekte zu Wearable Computing sind am Georgia Institute of Technology, kurz GeorgiaTech [Git_HP],
vordergründig im Rahmen der Contextual Computing Group (CCG) [Git_HP2] zu finden, eine Projektgruppe die seit
mittlerweile fast einem Jahrzehnt stark durch die Arbeit des dort tätigen Thad Starners geprägt wird. In vielerlei Hinsicht
scheint Starner Mann vergleichbar: so begann auch seine Ausbildung und Karriere am Media Lab des MIT, wie Mann
integrierte auch Starner einen WearComp in seinen Alltag (und trägt diverse Versionen seit mittlerweile 1993) und auch in
manchen Ansichten finden sich durchwegs Parallelen. Anders als Mann liegt Starners Schwerpunkt jedoch weniger im
philosophisch-künstlerischen Bereich, denn in der Entwicklung konkreter Anwendungen für Wearable Computing.
In seiner Vision können WearComps vor allem als persönliche Assistenten eingesetzt werden, die den Nutzer analog einer
intelligenten Atmosphäre umgeben und damit eine variierte Form des (sehr persönlichen) Ubiquitous Computing darstellen.
Irgendwann, so Starner, sollte jedem Menschen diese Form der individuellen Unterstützung zwischen virtueller Sekretärin
und persönlichem Butler zur Verfügung stehen und die Abwicklung alltäglicher Aufgaben erleichtern:
The exciting thing about wearable computers is the fact that they're with you everywhere and they have access to
the same sort of sensory information that you do ... The display in your eyeglasses might also integrate a camera so
the computer can see as you see. If you use a headphone for listening to music or for cellular phone calls, that
headphone could also incorporate a microphone, so the computer can hear as you hear. Suddenly, for the first time,
our computers have the ability to see and hear the world from our perspective. Instead of being deaf, dumb, and
blind sitting on our desks or in our pockets, our computers might be able to observe what we do all day, understand
what is important to us, and act as a virtual assistant who helps us on a second-by-second basis. [Git_HPa]
Anders als Mann schreibt Starner diesem Assistenten dabei eine durchwegs vernetzte und auch starke künstliche
Intelligenz zu: so soll das System beispielsweise erkennen wenn der Benutzer gerade beschäftigt ist und einen
einlangenden Anrufer auf die Mailbox vertrösten. War das Telefonat wichtig genug, kann dieses in Textform auf dem
Display des Benutzers angezeigt werden und so eine direkte Reaktion - etwa einen Rückruf - ermöglichen. Auch während
des Gespräches soll das Wearable immer aktiv sein: beispielsweise kann es relevante Informationen anzeigen oder auf
wichtige Ereignisse und Termine hinweisen [siehe Abbildung 16]. Als Zielgruppe fokussiert Starner v.a. mobile Menschen
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die keinen Zugriff auf einen Desktop-Rechner haben und dennoch schnell Daten ablegen oder aufrufen möchten. Der
WearComp soll dabei auch direkt als Kommunikationsmediator zu anderen Netzwerken oder Personen dienen, etwa indem
Informationsbestände abgeglichen werden oder die Umwelt mehr oder minder mit Notizen gespickt wird, die auch für
andere Personen zugänglich sind.
Abbildung 16: Benutzerszenario Thad Starner
2
[Git_HPa]
Mit dieser Öffnung zu Ubiquitous Computing zeigt sich eine völlig andere Perspektive von Wearable Computing. Der größte
Vorteil liegt mit Sicherheit darin durch die Anbindung an diverse Netzwerke auch eine wesentliche Erhöhung potentieller
Datenbestände zu erlangen. Broker könnten beispielsweise stets aktuelle Kurse abrufen und vom Assistenten informiert
werden wenn ein Kurs besonders günstig liegt, Manager durch ihre virtuelle Sekretärin über aktuelle Aufgaben und
Telefonate (während sie sich in Wirklichkeit in der Karibik sonnen) und moderne Hausfrauen werden von ihrem
persönlichen Butler daran erinnert dass die Tomaten beim Supermarkt um die Ecke heute besonders günstig sind. Dies alles
setzt, wie stets bei Ubiquitous Computing, natürlich voraus dass diese intelligente Umgebung im gesamten
Anwendungsfeld vorhanden ist und bringt darüber hinaus auch alle mit diesem Fachbereich verbundenen Probleme des
Datenschutzes mit sich.
Dennoch bleibt der WearComp im Kern nach Starner unabhängig und agiert nicht als reiner UbiComp-Spot die
potentiellen Informationen aus der Umwelt werden demnach lediglich als Zusatzwissen genutzt, während der Rechner
selbst wesentlich mehr Nähe zu einem herkömmlichen Desktop-Rechner denn einem einfachen Sensor aufweist. Um in
dem von Starner vorgegebenen Zeitrahmen von 2 Sekunden jedoch reagieren zu können, muss der WearComp "seinen"
Benutzer kennen. Ein wesentliches Forschungsgebiet an der CCG umfasst deshalb auch Applikationen und Algorithmen die
2
Hinweis: das linke Bild in Reihe 3 wurde nachträglich ergänzt
Wearable-Sicht
Benutzer-Sicht
Benutzer ist
unterwegs und
will nicht
gestört werden
Benutzer spricht
und erhält
währenddessen
eine Nachricht
- der Assistent
nimmt sie
entgegen und
zeigt sie im
Display an
Benutzer
reagiert und ruft
zurück das
Wearable
blendet ihm die
dafür nötigen
Informationen
ein
Bachelor-Abschlussarbeit -
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aus dem Verhalten des Benutzers auf bestimmte Muster schließen oder seine Emotionen anhand von visuellen und
physiologischen abzuschätzen lernen. Die meisten dieser Ideen finden sich zwar auch an anderen Instituten, nur selten
wird die Idee eines intelligenten Assistenten jedoch so stark in den Mittelpunkt gerückt wie bei Starner.
2.1.3.c ETH Zürich: Unsichtbare Module (Tröster / Lukowicz)
Ähnlich wie das MIT nähert auch das Wearable Computing Lab an der ETH Zürich [Eth_HP] Wearable Computing in vielen
Arbeiten Smart Clothing an, versucht jedoch einen über weite Strecken hardwarebasierten Weg. Dazu konzentriert sich das
Team um Gerhard Tröster v.a. auf zwei Technologien: elektronische Stoffe und funktionsreduzierte, aber energiesparende
Microchips. Die Erwartungen an Wearable Computing sind dabei denkbar hoch die ETH spricht sogar von einer
potentiellen Revolution, die mit den neuen Minicomputern einhergehen könnte:
The vision behind (wearable computing) is that a mobile computer should not just be a machine that we put into
our pocket when we plan on doing some office work while on the road. Instead it will be an integral part of our
every day outfit (hence wearable), always operational and equipped to assist us in dealing with a wide range of
situations. ... Initial results ... indicate that wearable computing indeed has the potential to be the next stage of
computing revolution. The 'wearable revolution' could well influence on our lives as profoundly as the emergence of
the PC and the Internet. [Eth_HPa]
Das größte Problem von Wearable Computing sieht die ETH Zürich weniger in fehlenden oder unscharf definierten
Anwendungsbereichen, denn in der starken Kluft zwischen theoretischer Vision und praktischer Realität. Aus diesem Grund
hat sie auch einen 6-Punkte-Plan entwickelt, der in den nächsten Jahren die wesentlichen Hürden für eine Marktreife
überwinden soll. Dazu gehören neben miniaturisierten Ein-/Ausgabegeräten und Sensoren auch geeignete Oberflächen für
eine realitätsüberlagernde Darstellung, d.h. Augmented Reality (AR), eine kompakte, energiesparende Systembox und eine
kabellose Netzwerktechnologie um die unterschiedlichen Komponenten miteinander am Körper zu vernetzen. Interessant
scheint hier dass die ETH Zürich als Ziel der Entwicklung definitiv von einem kleidungsstückähnlichen Computer ausgeht
oder doch zumindest von einem WearComp, der sich analog einem Kleidungsstück dem Körper anpasst:
Despite all progress wearable computing today must be described as 'a very exciting field very much in its in
infancy'. In particular there still is large disrepancy between the vision and the reality of wearable computing. Even
the simplest systems are still much too bulky and intrusive for widespread, all-round use. More complex
applications usually require hardware that weights several kilos has the user wired by meters of cables or even
needs a large stationary server to run on. ... Today implementing all this features in a machine so compact that it
can be worn like a normal piece of clothing is not possible. The best that can be achieved are reasonably wearable
systems for narrowly defined simple tasks. [Eth_HPa]
Zwar implizieren auch die Arbeiten am MIT über weite Strecken eine Annäherung an die formale Sprache von
Kleidungsstücken oder Accessoires, die ETH Zürich geht in ihrer Vision bezüglich der Sichtbarkeit von Systemkomponenten
jedoch noch einen ganzen Schritt weiter und reduziert die bislang gut sichtbare Hardware auf ihr absolutes Minimum: die
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potentielle Unsichtbarkeit. So entwarf sie beispielsweise eine Jacke die durch integrierte Sensoren als virtuelle Trommel
eingesetzt werden kann ihr wesentlichstes Kennzeichen für den unwissenden Betrachter ist jedoch weniger ihre
futuristische Hardware, denn der schlichte Umstand dass sie sich kaum von jeder anderen, x-beliebigen Jacke
unterscheidet [siehe Abbildung 17, re.].
Abbildung 17: Benutzerszenario ETH Zürich: Schema (li. [Eth_HPb]) und Anwendungsbeispiel "Music Jacket" (re. [Eth_HP])
Hier liegt vielleicht auch der größte Unterschied der beiden Forschungsgruppen: Im Gegensatz zum Media Lab des MIT
stechen die Entwürfe der ETH Zürich meist weniger durch ein auffallendes Äußeres hervor, denn durch die ausgefeilten und
teilweise sehr innovativen Ansätze im Inneren. Wie die meisten anderen Forschungsinstitute zerlegt zwar auch die ETH
Zürich die für einen WearComp nötige Hardware in einzelne Module und verbindet sie anschließend über einen lokalen Bus
[siehe Abbildung 17, li.], die Herangehensweise ist jedoch wesentlich stärker an neuartigen Technologien und Algorithmen
orientiert und bildet damit eine wesentliche Beitrag im Bereich der Grundlagenforschung zu Wearable Computing.
2.1.3.d Hollywood: Science-Fiction der Gegenwart
Ein Grund warum Wearable Computing heute gerade für viele Nicht-WearComp-Nutzer so vertraut erscheint liegt sicher
nicht zuletzt im Umstand dass die Filmindustrie bereits seit Jahrzehnten mögliche Anwendungen von Wearable Computing
aufzeigt und relativ aufwendig zu visualisieren versteht. Selbst Thad Starner gab beispielsweise in einem Interview
[Git_HPa] an, dass ihn die überlagernde Benutzeroberfläche des Films "Terminator" aus dem Jahr 1984 derart beeindruckt
hatte, dass er kurz darauf beschloß in diesem Fachbereich tätig zu werden um dieses Interface in der Realität zu
entwickeln.
Aber auch kaum ein James Bond Film wäre wohl ohne die zahlreichen technologische Spielereien denkbar, die der mobile
Held bei seinem Kampf gegen das Böse benötigt. Die Filmfigur des "Q" entwickelte dabei seit 1962/63 sämtliche
Accessoires, die ein moderner Geheimagent im Alltag benötigt: Uhrenkollektionen mit eingebautem Geigerzähler,
Sprengsatz bzw. als Kommunikationswerkzeug oder alles durchdringende Röntgenbrillen sind nur einige wenige Beispiele
[siehe Abbildung 18]. Sonderlich innovativ zeigten sich die Setdesigner zwar selten (überlagernde Oberflächen entdeckte
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007 beispielsweise erst 11 Jahre nach dem Terminator), dafür erreichten die familienfreundlichen Filme jedoch seit jeher
ein breites Publikum und prägten damit auch Vorstellungen und Erwartungen.
Abbildung 18: Utensilien aus 007-Filmen: Uplink-Sendekamera, 1995 (li. [Hal_LI]) und Röntgenbrillen, 1999 (re. [Jbm_LI])
Die Technologie an sich steht bei den meisten 007-Filmen jedoch eher im Hintergrund und auch der Einsatz von Wearables
erfolgt eher kurz und sporadisch. Nicht so jedoch bei dem auf einer Kurzgeschichte von Philipp K. Dick basierenden
"Minority Report" aus dem Jahr 2002, welcher zahlreiche UbiComp- und WearComp-Ideen aufgreift und zu einem
Gesamtbild vereinigt: Herkömmliche Eingabegeräte wie Tastatur oder Maus sind durch Datenhandschuhe ersetzt,
gearbeitet wird nicht mehr an einem Schreibtisch, sondern frei bewegend im Raum, Monitore sind wandfüllend und
erlauben eine einfache Interaktion mittels Gesten bzw. Sprache [siehe Abbildung 19]. Auch im Außenbereich sind die
Darsteller mit entsprechenden WearComp-Systemen ausgestattet, sodass eine nahtlose, "intelligente" Umgebung im
weitesten Sinne entsteht. Inhaltlich mag der von Regisseur Steven Spielberg inszenierte Film zwar weniger beeindruckend
sein, die unmittelbare Kommunikation zwischen Mensch und Rechner im Sinne einer ubiquitären Computerlandschaft
wurde jedoch vordem nur selten derart breit als Thema aufgegriffen.
Abbildung 19: Mensch-Maschine-Kommunikation in "Minority Report" [Tcf_LI]
Minority Report als auch der etwas früher entstandene Film "Strange Days" (1995) nutzen darüber hinaus anziehbare I/O-
Schnittstellen für den Kopf. Während diese bei Minority Report jedoch nur als Sensornetzwerk eingesetzt werden um
Gehirnströme abzutasten [siehe Abbildung 20, li.], dient das in Strange Days eingesetzt elektronische 'Haarnetz' auch zur
unmittelbaren Ausgabe im Sinne eines erlebbaren Videodisplays [siehe Abbildung 20, re.]. Zumindest letzteres scheint als
Idee zwar interessant, seine reale Umsetzung ist dem heutigen Stand neurologischer Forschung jedoch um einiges voraus.
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Abbildung 20: Elektronische 'Haarnetze' in "Minority Report" (li. [Tcf_LI]) und "Strange Days" (re. [Tcf_LI2])
Von Bedeutung sind Filme dieser Art jedoch meist weniger aufgrund innovativer Visionen (die meisten Accessoires wurden
bereits vordem an Universitäten als Prototypen entwickelt oder von Forschen in den jeweiligen Bereichen zumindest
angedacht), denn vielmehr aufgrund der hohen visuellen Kraft die durch das Medium Film möglich wird - die
entsprechenden Wearables müssen nicht 'funktionieren', sondern nur eine Vorstellung davon geben wozu sie eingesetzt
werden könnten.
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2.2 Klassifikation von WearComps
2.2.1 Systemkomponenten
WearComps werden vom Benutzer am Körper getragen und müssen deshalb nicht nur klein und leicht sein, sondern sich
auch den Bewegungen des Trägers anpassen können. Zwar ist es theoretisch auch möglich die für einen WearComp
benötigte Hardware im Wesentlichen in einem Rucksack am Rücken zu tragen, wesentlich tragefreundlicher ist jedoch die
Aufgliederung in verschiedene Module, die an geeigneten Stellen am Körper oder in der Kleidung integriert werden und
über ein entsprechendes Bussystem miteinander kommunizieren. Etabliert hat sich mittlerweile eine vierteilige Ausführung,
bestehend aus Systemeinheit, Energiespeicher (Akku-Pack) und Ein- bzw. Ausgabegerät wie sie auch in [Abbildung 21]
dargestellt ist. [Lob02]
Abbildung 21: Typische Systemkomponenten eines WearComp am Beispiel Xybernaut [Ava_LI]
Im Zentrum eines WearComps steht wie auch bei Desktoprechnern die eigentliche Systembox, welche meist am Gürtel
befestigt wird. Sie enthält nicht nur Prozessor, Grafikkarte und Primär- bzw. Sekundärspeicher, sondern auch alle nötigen
Schnittstellen zum Anschluss entsprechender Peripheriegeräte. Die Leistung der meisten Systemboxen liegt im Bereich von
Laptops, sodass je nach Architektur auch alle gängigen Betriebssysteme zum Einsatz kommen. Meist in der Systembox
integriert ist darüber hinaus ein entsprechender Energiespeicher, fallweise wird er jedoch auch in Form von Akku-Packs
separat angeboten.
Zur Ausgabe dient in fast allen WearComps eine visuelle Anzeige in Form von Head Mounted Displays, kurz HMD. Dabei
handelt es sich um Mikrodisplays, die entweder mit einer Halterung am Kopf befestigt werden oder direkt in eine Brille
eingebracht werden. Nur selten decken diese Displays jedoch den gesamten Sichtbereich des Nutzers ab, meist nehmen sie
nur einen Ausschnitt in Anspruch und auch hier wird oft lediglich ein Auge adressiert. So kann gewährleistet werden dass
der Benutzer zwar die Informationen des WearComp wahrnimmt, aber dennoch mit der realen Welt verbunden bleibt.
1
3
4
2
Head Mounted Display
mit Kopfhörer und
Mikrofon
Eingabegerät, hier:
Wrist Keyboard
CPU / System
Akku-Pack
1
2
3
4
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Kombiniert werden HMDs darüber hinaus häufig mit Kopfhörern und Mikrofonen, sodass auch eine akustische Schnittstelle
zum Rechner vorhanden ist.
Damit der Nutzer seinerseits mit dem Rechner kommunizieren kann, bieten WearComps die unterschiedlichsten
Eingabegeräte an. Im einfachsten Fall wird lediglich eine Tastatur am Arm befestigt, manche Systeme verfügen jedoch
auch über Sprach- oder Gestenerkennung. Für letzteres wird eine Videokamera benötigt, die, da sie häufig auch zum
Aufzeichnen von Informationen dient, eines der häufigsten Zusatzgeräte bei WearComps darstellt. Auch sie wird i.d.R. wie
das HMD am Kopf befestigt, sodass der Rechner im Wesentlichen die gegenwärtige visuelle Wahrnehmung des Benutzers
mit- bzw. nachempfinden kann.
Nicht unbedingt ist das äußere Erscheinungsbild derart auffällig wie in [Abbildung 21] dargestellt. Die Tendenz im
Wearable Computing geht eindeutig in Richtung "unsichtbarer" Hardware, sodass die eigentliche Benutzung für Dritte
zunehmend schwerer erkennbar wird. Dennoch muss letzendlich jedoch ein gewisser Anteil an Hardware-Elementen am
Körper angebracht werden, sodass derzeit vordergründig zwei Herangehensweisen unterschieden werden können: die
Integration in ein Kleidungsstück (beispielsweise durch Einnähen) oder in Accessoires wie Ringe, Ketten oder Uhren (sog.
"Digital Jewelry"). Gerade letzteres bietet den Vorteil nicht unbedingt "waschbar" sein zu müssen und auch durchwegs
härtere Formen annehmen zu dürfen. "Intelligente" Kleidungsstücke können hingegen eine Vielzahl von Elementen
aufnehmen und die nötigen Kommunikationswege zwischen den Modulen oftmals auch recht elegant verstecken.
2.2.2 Entwicklungstendenzen
Möglich wurde Wearable Computing erst durch die zunehmende Miniaturisierung von Hardware-Elementen,
vorangetrieben in nicht geringem Ausmaß durch immer stärker werdende Forderungen nach Individualisierung und
Mobilität: Laptops erlauben es dem Benutzer einen Rechner mitzunehmen und an anderer Stelle einzusetzen, PDAs können
unterwegs relativ schnell ausgepackt und verwendet werden aber kein System erlaubte bislang eine (permanente) mobile
Nutzung unterwegs im Sinne eines persönlichen Assistenten und den Fähigkeiten eines Desktoprechners.
Abbildung 22: Entwicklungslinie von Wearable Computing im Vergleich zu Uhren nach [Bei01_PR]
3
3
Ergänzt um den Aspekt Portabilität
Öffentlich, gemeinsame
Nutzung, "Public"
Nutzung zu Hause, von
wenigen, "Personal"
Tragbar, Nutzung an
mehreren Orten,
"Portable"
Nutzung unterwegs,
aber nicht permanent -
in der Hand, "Handheld"
Permanent aktiv, direkt
am Körper getragen
anziehbar, "Wearable"
?
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Nicht selten wird das zuküntige Potential von Wearable Computing deshalb in Analogie zur Entwicklung der Uhr gesehen
[vgl. Abbildung 22]: auch sie wurde mit der Zeit immer kleiner, billiger, für jeden handhabbar und intimer. Heutige
Armbanduhren werden wie ein Kleidungsstück am Körper getragen und können auf Wunsch jederzeit Zeitinformationen
zur Verfügung stellen. Computer scheinen sich in eine ähnliche Richtung zu entwickeln, ihr Informationspotential ist
jedoch gerade in Gegenüberstellung zu herkömmlichen Uhren um ein Vielfaches höher. Sie können nicht nur einfache
Daten ausgeben, sondern komplexe Eingaben verarbeiten und dem Nutzer zur Verfügung stellen.
Beide Technologien unterscheiden sich jedoch noch in einem anderen Bereich: Uhren können i.A. nicht auf ihre Umwelt
reagieren und überlagern ihre Information auch auf Ausgabeseite nicht wirklich der realen Welt. Ob ein Flugzeugpassagier
in der gleichen oder einer anderen Zeitzone aus seinem Flugeug aussteigt, bleibt einer herkömmlichen Armbanduhr meist
verborgen, vorausgesetzt sie ist nicht vernetzt. Bezüglich "Anziehbarkeit" und Miniaturisierung ist der Vergleich mit einer
Uhr damit mit Sicherheit zutreffend (auch Brillen oder Hörgeräte haben sich ähnlich entwickelt), das gesamte Potential
von WearComps kann damit aber nicht erfasst werden.
Am ehesten kann Wearable Computing vielleicht als Ergebnis mehrerer Trends korrekt eingeschätzt werden: verstärkte
Individualität (infolge Personal Computing), Mobilität (infolge Mobile Computing), Allgegenwart (infolge Ubiquitous
Computing) und Körpernähe/Unsichtbarkeit (infolge Miniaturisierung) [vgl. Abbildung 23]. Natürlich beeinflussen sich
diese Strömungen auch gegenseitig: so begünstigen miniaturisierte Bauteile beispielsweise die Mobilität, während eine
starke Verbreitung tendenziell auch eher zu Individualisierung führt.
Abbildung 23: Entwicklungslinie von Wearable Computing im Vergleich zu Uhren nach [Bei01_PR]
4
Der größte Einfluss für WearComps könnte sich in den nächsten Jahren jedoch durch neuartige Textilien "Smart Textiles"
/ "Smart Clothing" oder die verstärkte Modulisierung in Form von Schmuckstücken "Digital Jewelry" ergeben. Beide
Sektoren bringen einen Aspekt in den Bereich des Wearable Computing ein, der bislang nur ungenügend berücksichtigt
wurde: die Tragefreundlichkeit. Umgekehrt könnten sie ihrerseits auch durch die hohe Komplexität bzw. Rechnerkapazität
von WearComps bereichert werden, welche den meisten Systemen aus dem Bereich "intelligenter" Textilien bislang eher
fehlt. Demnach könnten sich zukünftige WearComps letztlich als synergetisches Produkt aus Desktop/Laptop auf der einen
und Kleidungs- bzw. Schmuckstücken auf der anderen Seite zeigen [vgl. Abbildung 24].
4
Hinweis: Ergänzt um den Aspekt Mobilität
Mobile Computing
Desktop-Comp.,
Telefon,
...
Laptop, PDA,
Mobiltelefon,
...
Mehr
Mobilität
Personal Computing
Humaner Butler
Mainframe-Comp.
...
Mehr
Individualisierung
Digitaler
Assistent,
PC,
...
Ubiquitous Computing
Kleidung,
Schmuck,
...
SmartClothing.
Digital Jewelry,
...
Allgegenwart
Computer
Miniaturisierung
Prozessor,
Turmuhr,
...
Mikroprozessor,
Armbanduhr.
...
Körpernähe,
Unsichtbarkeit
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Abbildung 24: Zwei sich beeinflussende Trends: Wearable Computing und Smart Clothing (Bildquellen nach [Pcw_LI]
5
)
2.2.3 Wearable-Typisierung
Wearable Computing zeigt sich heute als eine stark in Entwicklung befindliche Technologie mit unterschiedlichsten
Ausprägungen, denen oftmals nur die Anziehbarkeit (analog einem Kleidungsstück) und die Rechnerleistung (analog einem
Desktop Computer) gemeinsam ist. Und auch hier zeigen sich teilweise nicht wenig Unterschiede: so sind viele derzeit im
Handel befindliche WearComps [vgl. Abbildung 21] mehr tragbar denn anziehbar, während neuere Lösungen oftmals zwar
einen höheren Tragekomfort aber dafür weniger Rechnerleistung anbieten sensibel auf ihre Umwelt reagieren beide
Varianten nur eingeschränkt und auch der permanente Betrieb ist bislang aufgrund unzureichender Energiespeicher mehr
Vision denn Realität.
Abbildung 25: Typisierung von WearComps
Gerade im Hinblick auf die bisherige Entwicklung von Wearable Computing können aber dennoch im Wesentlichen 2
Kategorien eruiert werden: Klassische WearComps, die eine starke Nähe zu Desktop- und Mobile-Computing aufweisen
und nach Außen hin meist mehr oder minder gut sichtbar in Form von diversen Boxen am Körper befestigt werden
(WearComps der ersten Generation) [vgl. Abbildung 21] und neuere WearComps, die durch Einflüsse aus dem Bereich
SmartClothing und DigitalJewelry zunehmend unsichtbar in Kleidung oder anderen Accessoires verschwinden (WearComps
der zweiten Generation) [vgl. Abbildung 26]. Klassische WearComps lassen sich darüber hinaus nach [ALT+01] auch in am
Arm getragene Wrist-Systeme (z.B. Wearable WWPC von Eurotech[Eur_HP]), PC-104 Systeme (z.B. Jumptec [Kem_HP] oder
5
Hinweis: Alle Abbildungen außer Bild 2 wurden relativ umfassend verändert
Herkömmliche Rechner
"Wearable"
"Smart"
Herkömmliche Kleidung
Klassische WearComps
(1. Generation)
Neuere WearComps
(2. Generation)
·
Wrist-Systeme
·
PC 104-Systeme
·
Notebook-Systeme
·
Palm-Systeme
·
Kleidungs-Systeme
(vgl. SmartClothing)
·
Accessoire-Systeme
(vgl. DigitalJewelry,
SmartPhone)
Wearable Computing
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MIT Lizzy [Mit_HPd]), Notebook- bzw. konventionelle Systeme (z.B. Xybernaut [Xyb_HP]) und Palm-Systeme unterteilen.
Alle Systeme sind überblicksartig in [Abbildung 25] dargestellt. Am Rande sei erwähnt, dass gerade die ersten drei Gruppen
auch mitunter als reine Sonder- bzw. Randformen des Wearable Computing betrachtet werden.
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden Kategorien liegt darin, dass letztere durch ihre Miniaturisierung und oftmals
auch neuartige Verbindungstechnologie für Benutzer kaum störend und für Außenstehende gleichzeitig nur bedingt
wahrnehmbar sind beide Faktoren stellten bislang nicht unerhebliche Hürden für einen breiten Marktgang dar. Die
Entwicklung des Wearable Computing ist jedoch auch über weite Strecken maßgeblich durch einen anderen Faktor
bestimmt: eine geeignete, d.h. kleine, leichte, kostengünstige und intuitiv zu bedienende Hardware, die sowohl eine
Massenfertigung erlaubt (geeignet für eine große Zielgruppe) als auch erhöhte Rechnerfunktionalitäten bietet und darüber
hinaus einen permanenten Betrieb im weitesten Sinne erlaubt, d.h. in etwa gleichen Zeitrhythmen "aufgeladen" werden
kann wie ein herkömmliches Mobiltelefon.
Einen WearComp der alle diese Anforderungen erfüllt gibt es derzeit nicht, wohl aber erste Prototypen, die diese
Entwicklung bestätigen. Eines der bekanntesten Systeme dieser Art ist "MIThril" [Mit_HPg] [DSG03], eine am Media Lab
des MIT entwickelte Weste, in welche nahezu ein kompletter (universeller) WearComp integriert ist. Nach Außen hin
sichtbar sind jedoch nur noch die zentralen Ein- und Ausgabegeräte, in [Abbildung 26] handelt es sich beispielsweise um
eine Twiddler-Tastatur und ein Head Mounted Display des Herstellers MicroOptical.
Abbildung 26: MIT: "MIThril" Komponenten (li.) und Prototyp (re.) [Mit_HPg]
Alle miniaturisierten Bestandteile sind so in der Weste platziert, dass sich das Gewicht möglichst gleichmäßig auf beide
Schultern verteilt. Zudem sind die Module an der Vorderseite der Weste untergebracht, damit weder Sitzen noch die
Beweglichkeit an sich eingeschränkt werden - Rücken oder Schultern bleiben überwiegend frei. Ein weiterer Vorteil ist die
durch die Miniaturisierung und Segmentierung bedingte Rekonfigurierbarkeit des Systems die Einbindung neuer
Elemente kann schnell und mit verhältnismäßig geringem Aufwand erfolgen. Verbunden werden die Komponenten über
ein eigens entwickeltes Bussystem ("MIThril-Body-Bus"): er stellt den wesentlichen Kommunikationsweg zwischem dem
Systemkern und Peripheriegeräten bzw. Sensoren dar und besteht lediglich aus einem einzelnen, verzweigten Kabel,
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welches sowohl Strom als auch Daten transportiert. Für den Anschluß von weiteren Peripheriegeräten kam das USB-
Protokoll zum Einsatz, für Komponenten mit geringer Bandbreite (wie beispielsweise Sensoren) wird darüber hinaus ein
I2C-Protokoll angeboten. [DSG03]
Aus architektonischer Sicht besteht das LINUX-basierte MIThril derzeit aus 4 zentralen Computerkernen: der BSEV-Core
(Single-Board-Computer mit einer entsprechenden Schnittstelle für das HMD), das CerfBoard (agiert zusammen mit einem
1 GB MicroDrive von IBM als NFS File-Server), eine 802.11 Bridge (WaveLAN-Ethernet-Umwandler) und das SAK-Board
(Micro-Controller-basierte Data-Acquisition-Plattform für diverse Anwendungen aus dem Bereich Biomedizin als auch
Umwelt- bzw. Benutzererkennung). Sie alle kommunizieren über das Ethernet/Strom-Netzwerk (sog. "MIThril-Body-
Network") miteinander und erlauben durch den veränderten Ethernet-Hub (welcher sowohl Daten als auch Strom verteilen
kann) auch eine einfache Vernetzung mit Geräten die sich nicht direkt am Körper befinden. Im Prinzip handelt es sich dabei
um ein Peer-to-Peer-Netzwerk, da die Daten zwischen den Computing Cores direkt, d.h. ohne zentrale Speicherung
ausgetauscht werden können. Neue Komponenten bzw. Cores müssen deshalb einige (wenige) Anforderungen erfüllen, um
in das Netzwerk aufgenommen zu werden, u.a. wird eine Datentransferrate von 10 MBit/s benötigt und mindestens einer
der Kerne muss das MIThril-Body-Network unterstützen im derzeitigen Prototyp wird dies durch den BSEV-Core
gewährleistet. [Lot03]
Abbildung 27: ETH Zürich / Media Lab MIT: "WearARM" Blockdiagramm [ALT+01]
Mittlerweile entstand in Kooperation mit der ETH Zürich auch ein Folgemodell des vorhandenen Kernsystems der
"WearARM"-Core [DSG03][ALT+01][LAT+01]. Er vereinigt die Funktionalitäten von BSEV-Core, CerfBoard und 802.11
Bridge, bleibt aber trotz Einzelkernlösung der grundsätzlichen Idee von kleinen, austauschbaren Modulen auf flexiblen
Substraten treu [siehe Abbildung 27]. Wesentliche Verbesserungen konnten im Rahmen von WearARM v.a. im Bereich des
Energieverbrauchs durch einen Niedrigenergie-Prozessor auf RISC-Basis (206-MHz StrongARM SA-1110 mit 128 MB
SDRAM [LAT+01]) und ein erweitertes Energiemanagement mittels DSV (Dynamic Voltage Scheduling) erreicht werden.
Darüber hinaus wurde die bereits vorhandene Software (z.B. eine Whiteboard-Applikation) weiter verbessert und
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umfassend ergänzt. Beide Systeme MIThril als auch WearARM - werden derzeit von den jeweiligen Universitäten v.a. zu
Testzwecken eingesetzt, ein Marktgang ist jedoch in naher Zukunft nicht geplant.
Abbildung 28: ETH Zürich / Media Lab MIT: "WearARM" Prototyp [Eth_HPk]
Neben technischen Änderungen zeigt WearARM noch eine weitere Tendenz auf: die westenartige Gestaltung von MIThril
wurde beim WearARM in Richtung eines gurtartigen Designs aufgelöst [siehe Abbildung 28]. Dadurch ist der WearComp
nicht nur einfacher zu tragen, sondern vermeidet auch über weite Strecken die rein modische Beurteilung eines
potentiellen Nutzers - ohne jedoch den einer Kleidung vergleichbaren Komfort zu verlieren. Darüber hinaus erwarten die
wenigsten Anwender bei derartigen Systemen, dass sie waschbar sind oder besonderen Umweltwitterungen widerstehen
können; ein Umstand der jedoch oftmals mit SmartClothing-Produkten verbunden ist und die meisten WearComp-Systeme
im Highend-Bereich vor beinahe unlösbare Probleme stellt.
Eine ähnliche Entwicklungstendenz findet sich auch in einem Parallelprojekt der ETH Zürich dem "QBIC" (Belt Integrated
Computer) [ALO+04][Eth_HPl][Eth_HPm], einem in Form eines Gürtels ausgebildeten WearComp der v.a. zur Überwachung
von Vitaldaten, als Touristenführer oder für Spiele im realen Raum gedacht ist. Rein äußerlich ist er kaum von einem
herkömmlichen Gürtel zu unterscheiden [siehe Abbildung 29], im Inneren der Gürtelschnalle versteckt sich jedoch ein 400
MHz starker Xscale-Prozessor (Intel PXA263B1C400) mit 256 MB SDRAM und ein dem WearARM vergleichbares
Energiemanagement-System, das den Gesamtverbrauch auf rund 1 Watt senken kann.
Abbildung 29: ETH Zürich: "QBIC" Prototyp (li.+re.u. [Eth_HPl]) mit schematischer Darstellung (re.o. [Eth_HPm])
Ein zweites Board, welches ebenfalls in der Schnalle untergebracht wurde, bietet darüber hinaus Bluetooth-Funktionalität,
einen USB-Controller und eine MMC-Card [siehe Abbildung 30]. Je nach Anwendungsfall kann das Erweiterungsboard im
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Übrigen auch durch ein anderes System ergänzt werden, sodass trotz der Kompaktheit ein ausnehmend flexibles System
entsteht. Nicht mehr in der Schnalle finden sich nur noch die Schnittstellen für Peripheriegeräte (USB-Ports, VGA-
Anschluss), welche in den umlaufenden Gürtel ausgelagert wurden. An diesen kann auch die 60x40x20 mm große Batterie
mit einer maximalen Betriebszeit von 10 Stunden angeschlossen werden. Mit 44x55 mm gelang der ETH Zürich mit dem
Mainboard des QBIC ein ausnehmend kleines System das bei der Größe des Erweiterungsboards mit 48x31 mm sogar noch
übertroffen werden konnte. Möglich wurde dies durch einen möglichst umfassenden Einsatz von High-Density-Packaging
(HDP) anstatt dem herkömmlichen PCB/SMD-Ansatz.
Abbildung 30: ETH Zürich: "QBIC" Systemarchitektur [ALO+04]
Im Gegensatz zum WearARM wird der QBIC derzeit auch bereits außerhalb der universitären Praxis erprobt. Im Rahmen
des EU-Forschungsprojektes "Wear-IT@Work" [Wea_HP] dem im Übrigen derzeit größten Forschungsprojekt im Bereich
des Wearable Computing - wird das System beispielsweise von Feuerwehrleuten zur Überwachung der eigenen Vitalwerte
eingesetzt. Außerhalb des Gefahrenbereiches befindliche Koordinatoren können so jederzeit überprüfen wo sich die
jeweiligen Mitglieder des Teams befinden und ob ihre physiologischen Daten eine Gefahrensituation andeuten.
2.2.4 Anwendungsbereiche
Wearable Computing eignet sich für jene mobilen Benutzergruppen, die während der Bewegung selbst (bzw. einer mobilen
Aktivität im Allgemeinen) die Funktionalitäten eines Rechnersystems benötigen und ihre aktuelle Tätigkeit für deren
Nutzung nicht unterbrechen wollen oder können [vgl. Abbildung 31]. Da WearComps über die Fähigkeit verfügen auf ihre
Umgebung zu reagieren und Informationen dazu zu liefern besteht in den meisten Fällen darüber hinaus ein unmittelbarer
Wissensbedarf zum direkten Umfeld oder der eigenen Person.
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Abbildung 31: Aspekte von Bewegung und Nutzung bei mobilen Systemen
Die älteste und derzeit immer noch erfolgreichste Anwendung von WearComps findet sich im militärischen Sektor
Soldaten im Feld können über ihr HMD beispielsweise Informationen zum aktuellen Einsatz abrufen, Lagepläne einsehen,
mit dem Leiter der Operation kommunizieren u.a.m. Aber auch für Feuerwehrleute, Astronauten oder Taucher wäre eine
Unterbrechnung ihrer Tätigkeit nur wenig geeignet um einen Computer zu bedienen. Im zivilen Bereich konnte sich
Wearable Computing mittlerweile v.a. im Bereich von Montage und Wartung etablieren. Die meisten Anlagen im Flugzeug-
oder Automobilbau sind heute relativ komplex, sodass das zusätzliche Einblenden von Informationen (z.B. welcher
Bestandteil geprüft oder ersetzt werden muss) eine nicht zu unterschätzende Hilfe für eine möglichst effiziente
Bewältigung einer Aufgabe darstellt. Darüber hinaus können WearComps auch warnen wenn der Monteur einen
möglicherweise gefährlichen Fehler begeht oder über eine Netzwerkschnittstelle Hinweise und Anleitungen von einem
entfernten Instrukteur erhalten.
Relativ spezialisierte Geräte finden sich mittlerweile auch häufig im medizinischen Bereich, allen voran um Vitaldaten von
Patienten zu überwachen, im Bereich von Notfallmedizin um eine möglichst schnelle und optimale Beförderung ins
nächste Krankenhaus zu gewährleisten (und damit wertvolle Zeit zu sparen) oder als elektronische Krankenakte und
Rehab-Trainer. Auch für behinderte und chronisch kranke Menschen sind mittlerweile Lösungen am Markt bzw. in
Entwicklung - Sehhilfen für Blinde oder Exoskelette für Gehbehinderte sind nur einige davon.
Relativ neu sind Anwendungen im Bereich des Wissensmanagements in Form von Touristenführern sie sollen es
Benutzern erlauben individuelle Informationen über Gebäude (Städteführer), Bilder bzw. Skulpturen (Museumsführer) und
auch Veranstaltungen u.a.m. abzurufen, während sie durch den urbanen Raum streifen. Auch archäologische Führer die
zerfallene Gebäude wieder auferstehen lassen, während sich der Benutzer durch das Gelände bewegt, wurden bereits
angedacht und Routenplaner für den Innen- oder Außenbereich finden sich ebenfalls im WearComp-Sortiment. Beinahe
seit Anbeginn des Wearable Computing wird darüber hinaus die Idee einer Gedächtnisstütze verfolgt: als Notizblock für
Journalisten oder Blog-Reporter sollen WearComps dabei helfen Gedanken und Ideen aufzuzeichnen oder die Umwelt mit
Kommentaren und Note-It's zu versehen.
Bei allen diesen Anwendungen steht i.d.R. stets die Aufnahme oder Ausgabe von Daten in Echtzeit im Mittelpunkt.
Spezielle Berufsfelder wie Aktienbroker für die der Zugang zu Informationen vordergründig unter zeitkritischen
Aspekten erfolgt, stellen eine weitere Zielgruppe für WearComps dar. Ergänzt werden sie durch jene Nutzer, die sich zwar
im Raum bewegen bzw. Aufgaben ausführen, aber darüber hinaus Zugang zu vernetzten Informationen oder Personen
benötigen, sei es um Daten an diese weiterzugeben oder abzurufen.
Bewegen + Sitzen
Bewegen + Stehen
Bewegen
Laptop Handheld Wearable
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Abbildung 32: Aktuelle Anwendungsbeispiele von Wearable Computing
Militär
Extreme Umgebungen
Logistik
Produktion
Instandhaltung, Inspektion
Mobile Soldaten am Land, in
der Luft oder zu Wasser
(auch: Polizisten)
Astronauten, Taucher,
Feuerwehrbedienstete,
Giftgasanschläge
Scannen / Zuordnen von
Waren, Abfertigung von
Personen / LKWs
Überlagerung von Plänen,
Anleitungen beim
Flugzeug-, Automobilbau
Sichtbarmachen von
Objekten, Einblenden von
Reparaturanweisungen
LandWarrior, FutureWarrior,
NTU Mine Shoe
WetPC, WearSAT, Solution
for FireFighters, Elektr. Nase
Wearable Scanning System
(WSS), MAQS
ARVIKA/ARTESAS, BOC-
System, ARC
Architectural Anatomy,
VuMan3, KARMA, Simon
Gesundheitswesen
Behinderte Menschen
Sport/Training
Stochastik
Umwelt, Landwirtschaft
Patientenmonitoring,
Notfallmedizin, Rehab-
Trainer, Elektr. Krankenakte
Prothesenartige Hilfe für
Seh-, Hör-, Gehbehinde-
rungen, Chronisch Kranke
Überwachung von
Leistungsdaten,
Haltungstrainer
Ermittlung von
wahrscheinlichen Lösungen
und Simulation
Landvermessungen,
Erfassen von Pflanzen,
Tieren, Kartierung
NOAH Vest, LifeShirt,
Beecare, Bodymedia
BlindVision, Bleex, HAL5,
Dristhi, The Voice, VibraVest
DigiCoach / Dr. Feelgood
Stochasticks (MIT Billiard
Assistant)
Condor Earth/VIA, Mobile
Geocomputing
Routen-, Touristenführer
Räuml. Simulation
Übersetzung
Kollaboration
Just-In-Time
Städteführer,
Museumsführer,
Routenplaner
Simulation von Gebäuden
oder anderen Objekten im
Raum
Sprachen übersetzen,
Schriftzeichen erkennen
und übersetzen
Entfernte Schulung,
Anleitung,
Videokonferenzen
Zeitkritische Nachrichten
(z.B. Broker), Echtzeit-
Feedback
Cyberguide, DeepMap,
Virtual Tourist Guide, MARS
Archeoguide, Tinmith,
ARToolKit
Phraselator, CMU Smart
Module
SharedSpace, WearSAT,
AIST Weavy
OpinionMetrics
Journalismus
Erinnerungshilfe
Marketing
Multimedia für Nomaden
Musiker
Webreporter, Blog-
Journalisten, Live-
Übertragung
Gedächtnisstütze, Auf-
zeichnungsgerät, Tagebuch,
Gesichtserkennung
"Wandernde" Werbung,
mobile Kundenbetreuung
bzw. -werbung
Jacken oder Schmuck mit
MP3-Player, Telefon-, PDA-
Funktion, Tragbares Internet
Instrumente zum Anziehen,
digitale Ton-,
Geräuscherzeugung
CyPorter, Mobile Journalist
Workstation
DyPERS, Remembrance
Agent, Jimminy
Adwalker, T-Shirt TV,
Pixman, Suntory-Werbung
Motorola/Burton Audex
jacket, Nomadic Radio
Air Guitar, Yamaha Miburi,
CosTune, MusicJacket
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2006
- ISBN (eBook)
- 9783956362408
- ISBN (Paperback)
- 9783836603539
- Dateigröße
- 7.5 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- FernUniversität Hagen – Informatik
- Erscheinungsdatum
- 2007 (Mai)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- wearable computing informatik body area network bluetooth funketiketten
