Dresdner Forscher erschaffen eine neue virtuelle Welt für Menschen und Maschinen

Stephan Schön

Dresden. Überschuhe wie in der Mikroelektronik sind Pflicht. Doch das reicht noch nicht. Extra weiche Filzpantoffeln stehen bereit, die müssen auch noch übergezogen werden. Zu empfindlich ist die Technik in diesem neuen Labor. Diese liegt genau unter den Füßen. Man steht unmittelbar auf den LEDs von einem gigantischen Bildschirm. Bildschirme sind auch ringsum an den Wänden und über dem Kopf an der Decke. Pixel über Pixel überall. Es ist die neue Cave für die TU Dresden. Ein virtueller Raum, wie er derzeit besser nicht gebaut werden könnte. Gestern wurde er an die Forschung übergeben.

Fast wie bei Star Trek: TU Dresden nimmt Holodeck in Betrieb

„Einen Raum wie diesen gibt es so noch nicht“, erklärt Frank Fitzek. Er ist Professor an der TU und hat dort den Stiftungslehrstuhl für Kommunikationsnetze der Deutschen Telekom. Es geht um die Daten der Zukunft, 5G, 6G – und darum, wie Mensch und Maschine künftig zusammenarbeiten.

Ein bisschen wie Star Trek ist es in diesem neuen Labor, dem Holodeck, schon. Wer hier drin ist, der ist plötzlich von der realen Welt ganz weit weg. „Ich habe so etwas bisher nirgends gesehen“, sagt Fitzek.

Eine digitale, künstliche Welt

Das erstaunt. Gibt es doch allein in Dresden nicht nur eine virtuelle Cave. In Instituten und Hochschulen. Die TU selbst hatte ein virtuelles Labor im Maschinenwesen schon vor Jahren aufgebaut. Das Dresdner Max-Planck-Institut CBG hat sich so etwas vor einigen Jahren für 3-D-Mikroskopie geschaffen, wo der Mensch dann mitten im mikroskopischen Bild steht. Die HTW Dresden forscht im VR-Labor und experimentiert dort neben dem Sehen auch mit anderen Sinnen in der virtuellen Realität.

„Caves gibt es viele“, bestätigt letztlich auch Frank Fitzek. Sie arbeiten aber vor allem mit Beamern. Manche werfen Schatten. „Meistens sind solche Anlagen nur um einen herum aufgebaut. Und in vielen benötigt man dafür eine VR-Brille.“ Das Holodeck sei anders. „Das hier ist wirklich zu 100 Prozent immersiv. Das heißt: Von überall kommt ein Pixel“, erklärt Fitzek und lässt die Bilder von allen Seiten in den Raum kommen. Auch von oben und von unten. Man läuft über ein riesiges LED-Display.

Es gibt nur kleine Schlitze links und rechts für die Lüftung. Die müssen sein, sonst würden Menschen wie Technik binnen kurzer Zeit wohl kollabieren. „Die Kühlung ist eines der großen Probleme gewesen.“ Das ist zumindest schon mal gelöst. Mit Geldern von der Universität und denen vom Freistaat wurde dafür massiv in dem alten Forschungsgebäude die Infrastruktur umgebaut. Die neue Forschungsanlage selbst, das Holodeck, wird vom Bundesforschungsministerium finanziert. 1,6 Millionen Euro kostet das neue Forschungslabor.

Die Zukunft der Datennetze

„Es war relativ teuer. Aber es ist eben auch ein Flaggschiff-Projekt der Bundesregierung“, erklärt Fitzek. „Wir sind nicht irgendein Projekt. Es ist eines der besten Projekte, das die Bundesregierung im Bereich 6G hat“, sagt der Forscher selbstbewusst.

Im Projekt 6G-Life arbeiten die TU Dresden und die TU München zusammen. Beides Exzellenzuniversitäten, beides deutschlandweit die besten ihres Fachs in Sachen Kommunikationsnetze. Zusammen betreiben die Unis das größte universitäre 5G-Testbed der Welt. Dort werden die neuen Standards künftiger Datenübertragung und Datenverarbeitung entwickelt und getestet. Kommunikationssysteme sind so etwas wie das zentrale Nervensystem einer digitalen Wirtschaft und Gesellschaft.

Es ist eines der besten Projekte, das die Bundesregierung im Bereich 6G hat. – Prof. Frank Fitzek, TU Dresden

Und das Holodeck steckt da nun mittendrin. Menschen liefern aus dem virtuellen Raum mittels Handzeichen oder Sprache oder auch mit Sensorhandschuhen Informationen und Anweisungen an Maschinen. Sie können fernab anderen Menschen hilfreich zur Seite stehen. Im OP bei komplizierten Operationen und in der chemischen Industrie bei komplexen Wartungen oder Havarien. Darum geht es letztlich, und nicht etwa um schönere Bilder einer virtuellen Welt.

Zwei Welten kommen hier zusammen

„Für uns ist wichtig, dass wir zwei Welten zusammenbringen. Die reale Welt, in der wir die Menschen und die Roboter haben, und die virtuelle Welt.“ Dieses Zusammenbringen von virtuellen und realen Welten ist eine Sache für gute Kommunikationsnetze. Und Geschwindigkeit ist dabei der entscheidende Schlüssel. Latenz heißt das dann.

Es ist jene Zeit, die vergeht von der Ausführung einer Bewegung hier und der Wahrnehmung an einem entfernten Ort. Gerade noch akzeptabel für Computerspiele sind dabei 100 Millisekunden. Für die flüssige Zusammenarbeit von Mensch und Maschine und vor allem für medizinische Tele-Anwendungen sind 25 Millisekunden nötig. Alles andere wird vom Menschen als verzögert, als störend-stockend empfunden.

Im Exzellenzcluster Ceti der TU Dresden geht es um solche Kommunikationsnetze. Daten sammeln, auswerten, senden und ausspielen. Jetzt auch mit dem Holodeck als Testlabor. Viel muss noch passieren, damit das Holodeck wirklich seinen Job machen kann. Neue Server für die Visualisierung werden installiert. Die Rechenleistung muss aufgestockt werden. „Was wir haben, ist hochkomplex. Sechs große Rechner müssen die sechs Bildschirme berechnen.“ Alles muss letztlich fließend ineinander übergehen.

Was bisher auf den Wänden, an der Decke und am Boden zu sehen ist, sind gespeicherte Videos. Letztlich sollen dort aber einmal Mensch-Maschine-Interaktionen in Echtzeit dargestellt werden. Dafür müssen jetzt erst einmal die Techniker an Deck, um das fertigzustellen. Später werden es IT-Experten und Mediziner sein, Ingenieure und Psychologen. Dann, wenn es um Studien geht, wie Menschen und Maschinen miteinander klarkommen. Wie reagiert der Mensch auf Technik, die mit KI denkt und handelt? Und wie reagiert die Technik auf den Menschen?

Telemedizin und Roboter-OP

Und wie können Menschen an weit entfernten Orten wirklich problemlos zusammenarbeiten? Erstes und bestes Beispiel dafür ist die Telemedizin über Hunderte Kilometer hinweg. Solche Konzepte werden in Dresden entworfen und trainiert. Als Unterstützung von OP-Teams fernab, oder für Roboter-OPs, bei denen der leitende Arzt in solch einem Holodeck vorgibt, was zu tun ist.

Was derzeit schon alles geht und künftig noch kommt, diskutieren internationale Experten für Kommunikationsnetze bis Mittwoch beim IEEE 6G-Summit in Dresden. Es sind Top-Forscher und Firmenchefs der Telekommunikation, die sich hier treffen. Dresden mischt da ganz vorn mit und entwickelt seit Jahren immer neue Technologien für neue Datenstandards.

Neues Quanten-Labor

Internet der Zukunft

Ebenfalls gestern wurde im selben Fachbereich ein weiteres Labor übergeben: Quantum. Hier entwickeln Forscher der TU Dresden gemeinsam mit der TU München die Quantenkommunikation. Quantencomputer und Kommunikation zusammen ergeben das Internet der Zukunft, leistungsfähig und sicher, vor allem durch Verschlüsselung per Quantentechnologie. Und mehr noch. Ein Navigationssystem, um ein Vielfaches genauer als GPS und Galileo, könnte mit diesen hier zu entwickelnden Grundlagen entstehen. Zwei Millionen Euro Investitionen waren dafür nötig.

Vor vier Jahren bereits war das Konzept fürs Holodeck entstanden, berichtet Frank Fitzek. Alles geschah zunächst im Verborgenen. An solchen Zukunftskonzepten arbeitet man und schweigt zunächst am besten. Zumindest eine gute Zeit lang, will man letztlich damit der Erste sein. Am Montag wurde das Holodeck der Forschung übergeben. „Wir machen jetzt den ersten Aufschlag. Wir haben nicht gewartet, bis alles perfekt funktioniert. Dann hätten wir wahrscheinlich noch ein Jahr gebraucht. Wir fangen jetzt an.“

SZ