Felix Maiwald hat Ingenieurinformatik an der TU Ilmenau studiert.
Heute ist er Referent beim Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw).

 

Maschinelle Beanspruchungsprädiktion zur ressourcengerechten Adaption eines Pilotenassistenzsystems

Die Dissertation beschäftigt sich mit der Konzipierung, Entwicklung und Erprobung einer adaptiven Dialoggestaltung eines Pilotenassistenzsystems für den militärischen Hubschrauberpiloten. Dabei werden Dialoge mit dem Operateur, welche das Assistenzsystem iniziiert, hinsichtlich Sinnesmodalität und Code so ausgewählt, dass möglichst wenige Ressourcenkonflikte und damit eine möglichst geringe „Workload“ auftreten. Die zentralen Aspekte des Systemansatzes sind dabei:

  1. die Entwicklung eines Aufgabenmodells für den Arbeitsprozess des Piloten, welches unterstützt durch Situations- und Interaktionsmonitoring sowie durch Blickbewegungsmessung die aktuellen Aufgaben des Piloten während der Mission bestimmen kann;
  2. die Konzipierung und Realisierung eines Ressourcenmodells, welches den aktuellen Aufgaben des Piloten modellgestützt einen Bedarf an mentalen Verarbeitungsressourcen zuordnen kann und welches in typischerweise auftretenden Mehrfachaufgabensituationen die Ressourcenkonflikte bestimmen sowie die mentale Beanspruchung prädizieren kann. Wichtige Gesichtspunkte in diesem Zusammenhang sind die empirische Gewinnung von Modelldaten sowie die Verifikation der Modelle;
  3. die Implementierung einer Systemkomponente zur systematischen Auswahl der bestmöglichen Interaktionsressource, d.h. die Nutzung derjenigen Sinnesmodalität und desjenigen Codes mit minimalen zusätzlichen Ressourcenanforderungen.

Die Dissertation beschreibt dazu eingehend die zu Grunde liegende Literatur zu Theorien der Aufmerksamkeit, Beanspruchung sowie den Stand der Technik im Bereich adaptiver Komponenten von Operateurassistenzsystemen. Anschließend wird ein Gesamtkonzept entwickelt. Ferner werden sehr eingehend die Konzeptfassung und Realisierung der Systemkomponenten Aufgabenmodell, Beanspruchungs-/Ressourcenmodell, sowie Antwortauswahl des Assistenzsystems beschrieben. Hierbei wird eine systematische Auswahl der Methode der analytisch/prädiktiven Beanspruchungsermittlung, sowie deren Weiterentwicklung und Validierung im Hinblick auf den vorliegenden Anwendungsfall vorgenommen.

Die entwickelte Funktionalität wurde in einen Laborprotypen eines Pilotenassistenzsystems und dieser in das zweisitzige Flugsimulatorcockpit der Instituts integriert und in einer human-in-the-loop Experimentalkampagne mit Heeresfliegern der Bundeswehr als Versuchspersonen erprobt und bewertet. Dabei wurden in einem within-subjects-Design die Effekte der adaptiven Dialoggestaltung auf die Missionsleistungen, die subjektive Beanspruchung, das Situationsbewusstsein, Verhaltensparameter sowie Akzeptanz untersucht. Dabei konnten als wesentliche Resultate eine Leistungssteigerung in bestimmten missionsrelevanten Parametern, positive Effekte auf die Workload sowie gute Akzeptanz des Systems nachgewiesen werden.

Die Arbeit stellt damit einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung des Forschungsfelds der adaptiven Automation und der wissensbasierten Assistenzsysteme dar.

 

Promotionsausschuss:

Vorsitz: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Helmut Rapp

1. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Axel Schulte

2. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank O. Flemisch (Professur für Systemergonomie, IAW, RWTH Aachen)