Unbemannte Systeme für Verteidigung und Sicherheit

Human Factors – Techniken und Methoden zur verantwortungsvollen Kontrollierbarkeit von UxSs

Wird eine hohe Anzahl an UxVs koordiniert eingesetzt, spricht man von einem Schwarm. Die hohe Zahl einzelner Entitäten führt dazu, dass andere Techniken für die Koordination und Planung eingesetzt werden müssen. Schwärme können schnell neue Entitäten aufnehmen, aber auch deren Verlust kompensieren. Diese Skalierungsfähigkeit muss im ganzen Schwarm mitgedacht werden. So sind Planungsverfahren, in denen die einzelnen Entitäten untereinander die Aufgaben absprechen müssen, ebenso ungeeignet wie die Etablierung einer zentralen Koordinationsentität. Echte Schwärme erfordern hier neue Techniken und ein gut abgestimmtes Gesamtsystem, damit sie auch weiterhin kontrolliert eingesetzt werden können.

  • Umwelt
    Je nachdem, in welcher Umwelt Nutzer unbemannte Systeme einsetzen, entstehen andere Anforderungen u. a. an Nutzerschnittstellen (HMI), Interaktionsgestaltung, zeitl. Komponenten und Interoperabilität.
  • Mission
    Je nach Komplexität der Mission müssen die Aspekte KOM, PLAN, SENSE und ACT auf die Nutzerinteraktion abgestimmt sein: Wie schnell benötigt der Mensch welche Informationen in welcher Qualität in welcher zur Verfügung stehenden Nutzerschnittstelle und wie schnell kann und muss der Mensch auf Änderungen reagieren können?
  • Koordination
    Ist ein unbemanntes System nicht allein unterwegs, sondern mit weiteren UxVs oder mit Menschen, muss die Koordination beachtet werden. Der Mensch muss je nach systemischer Auslegung – egal ob Einzelsystem, Team oder Schwarm – die Möglichkeit haben, sich mit den UxS entsprechend der Aufgabe zu koordinieren.

Ausgehend von den Aufträgen und Anwendungen sind unterschiedliche Lösungen sinnvoll.

 

Einzelsystem.

HF-Aspekte bei Einzelsystemen haben den höchsten Fokus auf Kontrollierbarkeit und (kognitiver) Beanspruchung. Je nach Auslegung des unbemannten Einzelsystems von hochautomatisiert bis manuell ferngesteuert ergeben sich auch entsprechende Anforderungen an das Interface.

Bei hochautomatisierten Systemen ist möglicherweise eine Führung über ein Battle Management System (BMS) ausreichend, während bei einer Fernsteuerung hohe Anforderungen an Konnektivität und optische Qualität der Kamera und Displays angelegt werden müssen. Ist die Aufgabe des unbemannten Systems darüber hinaus die eines Wirkmittels, ergeben sich neben erhöhten Anforderungen an Konnektivität und Situationsbewusstsein auch weitere Anforderungen an das Interface u. a. bzgl. der Zündsicherheit.

Team.

Agieren mehrere UxVs zusammen, so spricht man von einem Team. Hier können UxVs menschlichen Teammitgliedern zugeordnet werden (MUM-T, Manned Unmnanned Teaming) oder das Team besteht ausschließlich aus unbemannten Systemen.

Das Team hat einen Auftrag, der nur mittels Kooperation der einzelnen UxVs erreicht werden kann. Kommandiert der Mensch das Team, so sind entsprechende Schnittstellen erforderlich, um Informationen in geeigneter Form darzustellen und je nach Automationsgrad verschiedene UxVs mit möglicherweise unterschiedlichen Funktionen zu führen oder fernzusteuern.

Insbesondere, wenn ein geringer Automationsgrad vorliegt, ist hier eine sehr robuste Kommunikation mit den einzelnen UxVs erforderlich.

Schwarm.

Wird eine hohe Anzahl an UxVs koordiniert eingesetzt, spricht man von einem Schwarm. Die hohe Zahl einzelner Entitäten führt dazu, dass andere Techniken für die Koordination und Planung eingesetzt werden müssen. Schwärme können schnell neue Entitäten aufnehmen, aber auch deren Verlust kompensieren. Diese Skalierungsfähigkeit muss im ganzen Schwarm mitgedacht werden.

Damit haben Nutzende andere Anforderungen an das System. Bei einer Mensch-Schwarm-Kooperation muss ein hoher Automatisierungsgrad vorausgesetzt werden, da eine direkte Ansteuerung einzelner UxVs ausgeschlossen ist. Damit wird der Schwarm i. d. R. vom Menschen geführt, d. h., es werden Aufträge erteilt, deren Erfüllung der Schwarm selbst koordiniert. Wichtig ist, dass der Mensch durch entsprechende Schnittstellen in die Lage versetzt wird, das Verhalten des Schwarms zu definieren und zu überwachen.

Maßgeschneiderte digitale Unterstützung

Auswahl von Referenzprojekten

 

Forschungsschwerpunkt

Unbemannte Systeme

Unsere Kernkompetenz liegt in der Gestaltung intuitiver Schnittstellen für unbemannte Systeme, die eine effektive und effiziente Aufgabendurchführung ermöglichen. Dabei beziehen wir den Nutzer während des gesamten Entwurfsprozesses ein. Zu diesem Zweck wenden wir nutzerzentrierte Methoden an und entwickeln diese kontinuierlich weiter, darunter quantitative Inhaltsanalysen, Prototyping, Simulationen und Virtual Reality, heuristische Evaluationen und Field Testing.

 

Projekt

Mobiles User Interface und AR für Mikrodrohnen

Zivile Rettungseinsätze oder militärische Operationen in Gebäuden sind für die Einsatzkräfte gefährlich und hoch dynamisch, weil die Sicht durch die Wände enorm eingeschränkt ist. Mikrodrohnen könnten das Risiko verkleinern, indem sie die Lage erkunden. Damit sie jedoch hierfür genutzt werden können, müssen die Bedienung und die Darstellung der Informationen möglichst benutzerfreundlich und zuverlässig sein. 

 

Projekt

Virtual Reality in der Missionsplanung

Unbemannte Systeme werden verstärkt von Einsatzkräften wie dem Militär, der Polizei sowie der Feuerwehr genutzt, um in gefährlichen Situationen Aufgaben zu übernehmen und durch ihre Sensoren zusätzliche Informationen zu liefern. Für eine bestmögliche Unterstützung der Einsatzkräfte ist es daher wichtig, dreidimensionale Räume erfassbar zu machen und die Zusammenarbeit zwischen Einsatzkräften sowie unbemannten Systemen zu koordinieren.

 

Projekt

Automatisiertes Fahren in militärischen Konvois

Eine entscheidende Qualität teil- und hochautomatisierter Fahrzeuge ist, dass Fahrer und Automation kooperativ zusammenarbeiten und der Fahrer jederzeit und in jedem Automationsmodus die Kontrolle übernehmen kann. Das Projekt »Straßentransport mit Assistenzfunktionen von Robotern« (StrAsRob) verdeutlicht dieses Konzept am Anwendungsbeispiel des automatisierten Folgefahrens von militärischen LKWs und belegt es erfolgreich im Simulator.

 

Projekt

Überlegenheit durch taktisches Teaming

Einem abgesessenen Infanteriezug im Marsch wird zur Aufklärungs- und Transportunterstützung eine Gruppe Unbemannter Systeme an die Seite gestellt. Im Rahmen des Projekts »Prozesskette Automatisierte Aufklärungsunterstützung« (PAA) entwickelt das Fraunhofer FKIE eine Unterstützungsarchitektur, die durch zusätzliche Aufklärungsergebnisse den Schutz der Soldaten maßgeblich erhöht.