Erhöhung der Sicherheit für Fahrradfahrer durch Fahrzeug-zu-Fahrrad-Kommunikation mit 5G

Projektförderung im Rahmen des Förderwettbewerbs 5G.NRW, finanziert durch Gelder des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Projektpartner:

• Hochschule Niederrhein, Krefeld (Konsortialführer)
• Triopt GmbH, Moers
• Smart Living GmbH, Dortmund
• Vodafone, Düsseldorf (assoziierter Partner)

Laufzeit:
01.01.2021 - 31.12.2022

Künstliche Intelligenz für Radarsysteme zur Unterstützung von polizeilichen Überwachungen auf öffentlichen Plätzen und Bahnhöfen, Land NRW

Projektförderung im Rahmen des Förderwettbewerbs 5G.NRW, finanziert durch Gelder des Ministeriums für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Projektpartner:

• IMST GmbH, Konsortialführung
• Hochschule Niederrhein
• Telefonbau Arthur Schwabe GmbH & Co. KG
• Polizei Mönchengladbach
• m3connect GmbH
• Bundespolizei der Bundesrepublik Deutschland (assoziierter Partner)
• Bayerisches Landeskriminalamt (assoziierter Partner)

Laufzeit:
01.01.2022 - 30.06.2024

Hintergrund und Relevanz:
Das Endothel der Augenhornhaut ist eine dem Augeninnern zugewandte einlagige Zellschicht. Sie dient als selektive Diffusionsbarriere für das Kammerwasser und sorgt für die Transparenz der Augenhornhaut. Das Endothel ist nicht regenerationsfähig, d.h. Defekte bzw. Zellverluste aufgrund von Stoffwechselerkrankungen, fehlangepassten Kontaktlinsen oder operativen Eingriffen am Auge können nur begrenzt durch Zellvergrößerung und Zellformveränderungen unter funktionalen Einschränkungen kompensiert werden.

Projektgegenstand:
Automatische Endothel-Zelldichtebestimmung von Hornhauttransplantaten

Randbedingungen:
Fachdisziplinübergreifend (Medizin, technische Informatik), hochschulübergreifend (Hochschule Niederrhein in Krefeld und Universitäts-Augenklinik in Düsseldorf)

Projektzustand:
Abgeschlossen

Kurzbeschreibung (Zusammenfassung):
Das Endothel der Augenhornhaut ist eine dem Augeninnern zugewandte einlagige Zellschicht aus zumeist regelmäßig angeordneten hexagonalen Zellen mit ausgeprägter Stoffwechselaktivität. Die Endothelzellschicht dient als selektive Diffusionsbarriere für das Kammerwasser und sorgt gewissermaßen als aktive Flüssigkeitspumpe für die Entquellung, d.h. Entwässerung des Hornhautstromas und somit für die Transparenz der Augenhornhaut. Das Endothel ist nicht regenerationsfähig, d.h. Defekte bzw. Zellverluste aufgrund von Stoffwechselerkrankungen, fehlangepassten Kontaktlinsen oder operativen Eingriffen am Auge können nur begrenzt durch Zellvergrößerung und Zellformveränderungen unter funktionalen Einschränkungen kompensiert werden. Sinkt die Endothelzelldichte unter einen Wert von etwa 500 Zellen pro Quadratmillimeter kommt es zur Eintrübung der Hornhaut und letztlich zum Verlust des Sehvermögens. In derartigen Fällen ist eine Hornhauttransplantation (Keratoplastik) die einzige Möglichkeit, die Sehfähigkeit wieder herzustellen.

Das zentrale Qualitätsmerkmal eines Hornhauttransplantats ist die Endothelzelldichte. Hornhauttransplantate mit einem hohen Degenerationsgrad fallen durch eine geringe Zelldichte und eine unregelmäßige Zellflächen- und Zellformenverteilung auf und kommen für eine Transplantation nicht infrage. Als Standardverfahren der Zelldichtemessung dient die Fixed-Frame Methode, die eine manuelle Markierung und Auszählung der Zellen innerhalb eines definierten Rahmens durch den in der Hornhausbank tätigen Augenarzt vorsieht. Basis hierfür ist ein kontrastarmes und in weiten Bereichen unscharfes Polaroid-Foto des nach künstlich hervorgerufener Zellrandschwellung in hypotoner Lösung im inversen Phasenkontrastverfahren mikroskopierten Endothels.

Unter Verwendung der graphischen Programmentwicklungsumgebung LabVIEW konnte ein auf wissensbasierten Bildverarbeitungsmethoden basierendes zuverlässiges automatisches Auswertesystem entwickelt werden, das die Nachteile des manuellen Auszählverfahrens vermeidet und die Bearbeitungszeit drastisch verkürzt, so dass die Transplantate deutlich weniger durch Messung gestresst werden müssen. Das System ist in der Lage, sowohl mit Polaroid-Fotos als Eingabequelle als auch alternativ mit den über eine CCD-Kamera akquirierten Mikroskopbilddaten zu arbeiten.

Projektergebnis / Wirkung / Nachhaltigkeit:

• Klinisch geprüfte, auf andere Hornhautbanken übertragbare praktische Problemlösung.
• Nach DIN EN ISO 13485 (MPG) zertifiziert.
• Praktische Anwendung von ursprünglich für die Lehre entwickelter wissensbasierter Bildverarbeitungsmethoden.
• Ausgangspunkt für die Entwicklung eines Verfahrens zur berührungslosen Endothel-Spiegelmikroskopie am Patienten.
• Spin-Off (Ausgründung) der RHINE-TEC Gesellschaft für virtuelle Instrumentierung mbH (vgl. N. Dahmen,  G. Toszkowski, Z. Dimic,  P. Schillings,  V. Sieglar,  D. Vehreschild; „Berührungslose automatische Spiegelmikroskopie des Hornhautendothels“; Virtuelle Instrumente in der Praxis,  Messtechnik, Automatisierung; Begleitband zum Kongress VIP 2003, R. Jamal / H. Jaschinski (Hrsg.), Hüthig GmbH Heidelberg / München, 2003).

Herausforderungen bei der kommerziellen Umsetzung:
Die oftmals zu kurze Verweildauer von Projektmitarbeitern führt zu einem unmittelbaren projektbezogenen Know-How-Verlust beim verbleibenden Hochschul-Team, der für eine nachgeschaltete Produktentwicklung höchst nachteilig ist. Für die effiziente Übertragung der Ergebnisse in eine Produktentwicklung fehlt eine passende Struktur.

Notwendige Zertifizierungsmaßnahmen sind aufwendig und teuer und nur in Verbindung mit industriellen Partnern sinnvoll. Die möglichst frühzeitige Gewinnung und Einbeziehung industrieeller Partner sind notwendige Voraussetzung für eine erfolgreiche Vermarktung, bedingen jedoch geeignete hochschulinterne Geschäfts- und Abwicklungsprozesse.

Im Hinblick auf eine vermarktungsfähige Produktentwicklung der erzielten Lösung auch unter Einbeziehung einer möglichen Selbständigkeit (Ausgründung) von Projektmitarbeitern existiert kein begleitendes Coaching. Die aktuelle Ausgründungserfahrung aus diesem Projekt zeigt, dass dieser Prozess keineswegs dem Zufallsprinzip überlassen werden darf sondern eine effektive Struktur und die zugehörige Kultur, die einen derartigen Weg fördert und begleitet (siehe Kapitel 1 Technologietransfer als Zufallstreffer), benötigt. Hierzu ist die Einrichtung eines Gründungslabors, in dem ein Team aus interessierten Projektmitarbeitern und Studierenden unter enger Betreuung durch die Projektleiter und vor allem durch erfahrene Betreuer aus Wirtschaft und Industrie (Coaching) praxisnah lernen, auf eigenen Beinen stehen zu können.

Projektgegenstand:
Berührungslose automatische Spiegelmikroskopie des Augenhornhautendothels am Patienten (Dahmen, N.: „Berührungslose Endothel-Spiegelmikroskopie"; Exponat auf dem Gemeinschaftsstand "Forschungsland NRW" auf der HANNOVER MESSE Industrie, 2003).

Relevanz:
Gesundheit, Beschleunigte und sichere Diagnostik, Ressourcen-Effizienz

Randbedingungen:
Fachdisziplinübergreifend (Medizintechnik, technische Informatik, Elektronikentwicklung), hochschulübergreifend (Hochschule Niederrhein in Krefeld, Universitäts-Augenklinik in Düsseldorf) sowie Industriekooperation (Hochschule Niederrhein in Krefeld mit RHINE-TEC Gesellschaft für virtuelle Instrumentierung mbH, Krefeld)

Projektzustand:
Abgeschlossen

Kurzbeschreibung (Zusammenfassung):
Die berührungslose Untersuchung und computergestützte Analyse des Augenhornhautendothels am Patienten gewinnt zunehmend an Bedeutung. So ist für die postoperative diagnostische Patientenbetreuung wie auch die prophylaktische Begleitung von Patienten im Hinblick auf kontaktlinseninduzierte Schädigungen des Augenhornhautendothels eine möglichst einfach durchzuführende aber dennoch präzise und aussagekräftige Analyse des Augenhornhautendothels wichtig. Ziel der in Kooperation mit der RHINE-TEC GmbH, Krefeld durchgeführten Arbeiten war die Entwicklung und Bereitstellung eines völlig neuartigen rechnergestützten Endothel-Spiegelmikroskops, das absolut berührungslos und dadurch in höchstem Maße patientenfreundlich arbeitet. Die zu entwickelnde Aufnahmetechnik zur Akquisition der Endothelfotos sollte ohne Sonden arbeiten, die bei herkömmlichen Verfahren über ein Kontaktgel mit der Augenoberfläche in Berührung gebracht werden müssen. Durch eine berührungslosen Messung sind Infektionsrisiken und eine physische Verletzungsgefahr des Patienten durch das Untersuchungsverfahren ausgeschlossen. Die Notwendigkeit einer Lokalanästhesie entfällt ebenfalls. Die zur Bildakquisition notwendige Ausleuchtung des Endothels sollte überdies patientenschonend und möglichst ohne Blitzlicht ausgeführt werden. Endothelfotos sowie Analyseergebnisse werden in wenigen Sekunden zur Begutachtung auf dem Monitor bereitgestellt. Vollautomatisch ermittelt werden Zelldichte, Zellmorphologie und Zellflächenverteilung. Problembereiche (mögliche Nekrosen) werden erkannt und markiert. Sie können bei Bedarf durch den betreuenden Arzt korrigiert werden. Eine möglichst einfache standardisierte Arbeitsweise des Systems gewährleistet jederzeit reproduzierbare Ergebnisse bei kurzen Untersuchungszeiten. Im Verlauf des Projektes konnte eine zusätzliche produkt- und vertriebstechnische Innovation durch eine funktionale Erweiterung bzw. Aufwertung von Spaltlampen (augenärztliches Basisinstrument) in Form eines Spaltlampenzusatzgerätes zur berührungslosen automatischen Endothelzellanalyse und Bestimmung der Hornhautdicke bei gleichzeitiger Halbierung des Preises gegenüber funktionsgleichen Spezialgeräten erreicht werden.

Projektergebnis / Wirkung / Nachhaltigkeit:
Klinisch geprüfte und nach DIN EN ISO 13485 (MPG) zertifizierte praktische Problemlösung.

• Für die Lehre (Software-Engineering) bedeutsame Erfahrungen und Regeln zur Dokumentation von Software-Systemen
• Die Arbeiten zur Entwicklung des berührungslosen Endothelspiegelmikroskops wurden mit dem Innovationspreis 2004 der IHK Mittlerer Niederrhein ausgezeichnet.

Herausforderungen bei der kommerziellen Umsetzung:
Die oftmals zu kurze Verweildauer von Projektmitarbeitern führt zu einem unmittelbaren projektbezogenen Know-How-Verlust beim verbleibenden Hochschul-Team, der für eine nachgeschaltete Produktentwicklung höchst nachteilig ist. Für die effiziente Übertragung der Ergebnisse in eine Produktentwicklung fehlt eine passende Struktur. Notwendige Zertifizierungsmaßnahmen sind aufwendig und teuer und nur in Verbindung mit industriellen Partnern sinnvoll. Die möglichst frühzeitige Gewinnung und Einbeziehung industrieeller Partner sind notwendige Voraussetzung für eine erfolgreiche Vermarktung, bedingen jedoch geeignete hochschulinterne Geschäfts- und Abwicklungsprozesse. Im Hinblick auf eine vermarktungsfähige Produktentwicklung der erzielten Lösung auch unter Einbeziehung einer möglichen Selbständigkeit (Ausgründung) von Projektmitarbeitern existiert kein begleitendes Coaching. Die aktuelle Ausgründungserfahrung aus diesem Projekt zeigt, dass dieser Prozess keineswegs dem Zufallsprinzip überlassen werden darf sondern eine effektive Struktur und die zugehörige Kultur, die einen derartigen Weg fördert und begleitet (siehe Kapitel 1 Technologietransfer als Zufallstreffer), benötigt. Hierzu ist die Einrichtung eines Gründungslabors, in dem ein Team aus interessierten Projektmitarbeitern und Studierenden unter enger Betreuung durch die Projektleiter und vor allem durch erfahrene Betreuer aus Wirtschaft und Industrie (Coaching) praxisnah lernen, auf eigenen Beinen stehen zu können.

Projektgegenstand:
Entwurf und Realisierung eines nicht-invasiven Diagnosesystems zum Patienten-Screening zur frühzeitigen Erkennung von Gefäßerkrankungen durch eine einfache Augenuntersuchung.

Norbert Dahmen, Mike Schick, Peter Schillings, Georg Toszkowski, Reiner Wittenhorst; „Entwurf und Aufbau eines Mess-Systems zur Erfassung und Auswertung von Gefäßstrukturen im zentralen Abschnitt des Augenhintergrundes (Retina Image Processing Projekt)"; Virtuelle Instrumente in der Praxis 2010, Begleitband zum 15. VIP-Kongress, R. Jamal / R. Heinze (Hrsg.), VDE Verlag GmbH / Berlin, Offenbach, 2010.

Norbert Dahmen, Georg Toszkowski, Reiner Wittenhorst, Peter Schillings, Mike Schick: „Ein Blick hinter das Auge, Messsystem erfasst Gefäßstrukturen im zentralen Abschnitt des Augenhintergrundes"; Mechatronik, 10-11, 2010, 118. Jahrgang, ME110213 Verlag G.I.T. Informationsgesellschaft Technik GmbH, München.

Relevanz:
Gesundheit, Beschleunigte und sichere Diagnostik, Ressourcen-Effizienz

Randbedingungen:
Fachdisziplinübergreifend (Medizintechnik, technische Informatik, Elektronikentwicklung, Optik), Industriekooperation (Hochschule Niederrhein in Krefeld, Robin GmbH in Haan, Hellman Entwicklungsbüro in Solingen, RGB Elektronik in Solingen)

Projektzustand:
Abgeschlossen

Kurzbeschreibung (Zusammenfassung):
Gegenstand der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist die berührungslose und ohne künstliche Erweiterung der Pupille durchführbare digitale Fotographie der arteriellen und venösen Gefäße im zentralen Abschnitt des Augenhintergrundes und die Bereitstellung von Bildverarbeitungalgorithmen zur automatischen Vermessung der Gefäßdurchmesser. Aus den gewonnenen Fundusbildern können mit Hilfe spezieller Bildverarbeitungsalgorithmen neben weiteren, das Gefäßsystem beschreibenden Kenngrößen, insbesondere das Verhältnis der Durchmesser der in einem definierten Bildbereich beobachtbaren arteriellen und venösen Gefäße in Form eines retinalen Gefäß-Risiko-Indexes AVR (Arteriole to Venule Ratio) berechnet werden. Im Rahmen der umfangreichen amerikanischen Forschungsstudie Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) konnte gezeigt werden, dass der AVR mit einer erhöhten Rate an Hypertonie und Schlaganfällen korreliert. Dies lässt den unmittelbaren Schluss zu, dass man mit Hilfe einer Analyse der retinalen Gefäße Rückschlüsse auf den gesundheitlichen Zustand der Gefäße in anderen Organen wie z.B. Herz und Gehirn ziehen kann, und dass auf diese Weise das Auge gewissermaßen als nicht-invasives Diagnosefenster betrachtet werden kann. Das in Form einfacher Risiko-Kennzahlen (wie z.B. AVR und Kinking) dargestellte Ergebnis versetzt den Arzt in die Lage, frühzeitig erste Anzeichen von möglichen Gefäßerkrankungen zu erkennen und entsprechend zu handeln. Eine ausführliche Dokumentation der Mess- und Analyseergebnisse zur weiteren Auswertung der Gefäßabbildungen des Augenhintergrundes soll jederzeit möglich sein und dabei helfen, die Diagnose zu verfeinern. Die geplanten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten haben das übergeordnete Ziel, einen Beitrag zur Entwicklung neuartiger rechnergestützter Verfahren zur nicht-invasiven Diagnostik von Gefäßerkrankungen zu leisten. Gegenstand des Vorhabens ist letztendlich die Entwicklung und Bereitstellung eines einfachen mobilen nicht-invasiven Diagnosegerätes, das wie das Stethoskop zur Basisausstattung eines jeden allgemeinpraktizierenden Arztes gehören könnte.

Projektergebnis / Wirkung / Nachhaltigkeit:

• Autofokus Aufnahmetechnik im Übergangszustand zur Prototype-Entwicklung.
• Automatische Papilla-Erkennung validiert.
• Automatische Erkennung der Gefäßarten (Venolen, Arteriolen) in Arbeit.
• Fundus-Segmentierung (Region auf Interest) und Gefäßvermessung in Arbeit.

Herausforderungen bei der kommerziellen Umsetzung:
Die projekt- und damit situationsbezogene Erweiterung eines F&E-Teams gestaltet sich aufgrund von fehlenden verwaltungstechnischen Geschäftsprozessen oft als umständlich und schwerfällig. Dies erschwert die Zusammenarbeit mit kooperierenden Industriepartnern unglücklicherweise immer dann, wenn sich aufgrund des Projektfortschrittes neue Erkenntnisse im Hinblick auf eine unmittelbare Umsetzung der gefundenen Entwicklungsansätze in ein vermarktbares Produkt andeutet. Den oben genannten F&E-Projekten ist sowohl hinsichtlich der Entstehung, der Durchführung und Nachfolge als auch hinsichtlich der für die Lehre und Ausbildung wichtigen Umsetzung der Projekterfahrungen in geeignete Lehreinheiten wie z.B. Praktikumsaufgaben ein gewisser Zufallscharakter eigen. Kritische F&E-Vorhaben kommen nur schleppend zustande, weil die benötigten fach- und sachkundigen Mitarbeiter erst akquiriert werden müssen. Zu häufig müssen aus Kapazitätsgründen Nachfolgeprojekte abgesagt werden, so dass keine ausreichende Kontinuität und Nachhaltigkeit in der Zusammenarbeit mit den betreffenden Projektpartnern erzielt wird und so vielversprechende Lösungswege im Sande verlaufen. Obwohl als besonders dringlich angesehen, hat sich die Bildung von interdisziplinär arbeitenden Projektgruppen bislang als besonders schwierig erwiesen. Es existiert derzeit noch keine entsprechende gelebte Kultur. Es ist einfacher, sich hinter individualisierten Lehrveranstaltungen zu verstecken als sich den Herausforderungen und Möglichkeiten des interdisziplinären Arbeitens in Lehre und Forschung zu stellen. Überdies kommt hinzu, dass die Beteiligung von Studierenden an den Projekten aufgrund des aktuellen und z. T. stark verschulten Studienprogramms - wenn überhaupt - nur sehr schwierig ist und selten in der für ein Projekt erforderlichen zeitnahen Form gelingt. Analoges gilt für die Integration der betrieblichen Weiterbildung und Mitarbeiterqualifikation, wobei genau diese Möglichkeit von unseren Kooperationspartnern inzwischen regelmäβig nachgefragt wird und eine zukunftsorientierte, attraktive Ausbildungsoption an der Hochschule darstellt. Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass eine dynamische Struktur wie in Abb. 1 dargestellt die Überführung der vorhandenen Kompetenzen und Projekterfahrungen in eine kontinuierliche und nachhaltige Lösung sicherstellt und gleichzeitig die zeitnahe, praktische Verwirklichung einer praxisbezogenen Lehre und Forschung garantiert.

Projektgegenstand:
MGA – MicroGasAnalyzer, DARPA DARPA = Defense Advanced Research Projects Agency, www.darpa.mil Herstellung und Test eines miniaturisierten Gaschromatographen zur Vorort-Analyse komplexer Gasgemische

A. Bhushan, D. Yemane, E.B. Overton, J. Göttert, M.C. Murphy, "Fabrication and Preliminary Results for LIGA Fabricated Nickel Micro Gas Chromatograph Columns", Journal of MicroElectroMechanical Systems, v16, n 2 (2007), pp 383-393.

A. Bhushan, D. Yemane, S. McDaniel, J. Göttert, M.C. Murphy, E.B. Overton: "Hybrid integration of injector and detector functions for microchip gas chromatography"; Analyst (2010) 135: 2730-2736, DOI: 0.1039/C0AN00322K.

Relevanz:
Sicherheit, Gesundheit, Ressourcen-Effizienz

Randbedingungen:
Fachdisziplinübergreifendes F&E Projekt, gefördert von DARPA (USA, Defense Advanced Research Project Agency), mit Partnern aus Industrie (Honeywell Laboratories), Grossforschung (Sandia and Oak Ridge National Laboratories) und Universitäten (u.a. Louisiana State University, Michigan State University and University of Illinois at Urbana Champaign); aggressives Ziel der Prototype-Fertigung eines 1cm3 grossen GC Systems mit schneller Analyse (<10sec) von mindestens 8 verschiedenen Substanzen in einer komplexen Matrix typisch für militärische Anwendungen.

Projektzustand:
Abgeschlossen

Kurzbeschreibung (Zusammenfassung):
Aufbauend auf Arbeiten am Sandia National Laboratories (µ-chem Lab; http://www.sandia.gov/mstc/MsensorSensorMsystems/MicroChemLab.html) und Louisiana State University bzw. ASI Inc. (microFAST GC; www.analyticalspecialists.com/microfastgc.cfm) und in Zusammenarbeit mit hochkarätigen Partnern aus Industrie und Forschung sollten die technisch in den einzelnen Systemmodulen (Vorkonzentration, Probeninjektion, Trennsäule, Detektor(en), Systemintegration und Mikro-Nanotechnologie) möglichen Verbesserungen (Ergebnis eines von DARPA organisierten Experten-Workshops aus dem sich das MGA Programm mit seinen Zielsetzungen abgeleitet hat) in ein für militärische Anwendungen taugliches Demonstratorsystem umgesetzt werden. Das Projekt durchlief insgesamt vier Phasen, an deren jeweiligem Ende eine ‚Erfolgskontrolle', also das Erreichen vorher vereinbarter Leistungsdaten, durchgeführt wurde und ausschlaggebend für eine Projektverlängerung war. Durch die Erfolgskontrollen erfolgte auch eine notwendige Kurskorrektur mit Konsequenzen, z.B. wurden alte Partner nicht mehr in die nächste Phase übernommen und durch neue Partner mit speziell gesuchter Expertise ersetzt. Die F&E-Arbeiten in den einzelnen Systemmodulen haben in der Regel die angestrebten Projektziele erreicht, jedoch nur im Labor und nie im Gesamtsystem und unter realen „Feldbedingungen". Damit wurde einerseits bestätigt, dass die Untermodule tatsächlich die von den Experten prognostizierten Verbessungen erzielen können, dass dies aber nicht unter den realen Anwendungsbedingungen im integrierten Gesamtsystem realisierbar ist. Durch die eingeschränkte Verwendung der Fördergelder für das ursprüngliche Gesamtziel wurde auch die Chance verpasst, im Vergleich zur Ausgangssituation bessere Geräte zu entwickeln und diese erfolgreich im Markt im Sinne eines Zwischenproduktes einzuführen.

Projektergebnis / Wirkung / Nachhaltigkeit:

• Erfolgreiche Entwicklung einzelner System- bzw. Funktionsmodule.
• Erkenntnis, dass die Systemintegration, d.h. die intelligente und funktionstaugliche Kombination der Module von vorneherein in den Entwicklungsansatz einzubinden ist und i.d.R. auch Leistungs (Performance)-Verluste des Systemmodul bedeuten.
• Durch die enge Ausrichtung auf ein (zu) aggressives Projektziel wurden Chancen zur Entwicklung und Markteinführung attraktiver ‚Zwischenprodukte' verpasst.
• Der ständige Wechsel der beteiligten Partner war erfolgreich um die Funktionsmodule zu entwickeln und zu testen, aber hinderlich um das Gesamtziel zu erreichen.

Herausforderungen bei der kommerziellen Umsetzung:
Aufgrund der speziellen Projektstruktur und den politischen Randbedingungen eines solchen DARPA Projektes wurden die neuen Erkenntnisse und Verbesserungen einzelner Systemmodule nur in wissenschaftlichen Veröffentlichungen und internen Berichten gewürdigt und nicht in ein verbessertes Produkt kommerziell umgesetzt. Es fehlte die Flexibilität in der Projektstruktur, um Erkenntnisse aus den F&E Aktivitäten in ‚kommerzielle Zwischenprodukte' zu überführen und damit nachhaltige Verbesserungen z.B. in der Vorort-Analyse komplexer chemischer und thermischer Prozessanlagen zu ermöglichen.

ISA versteht sich im Rahmen der Innovations- und Clusterlandschaft des Landes Nordrhein-Westfalen als Partner für den effizienten und praxisnahen Technologietransfer zwischen den Hochschulen und der Industrie. Dies geschieht vorzugsweise durch Kollaboration mit Industriepartnern sowie durch eigene Spin-off Firmen. Explizites Ziel ist ein schneller und effizienter Technologietransfer und eine breite Anwendung der erarbeiteten Lösungen.

Die ISA-Experten sehen sich gefordert, mit beim Kunden vorhandenen Methoden und Verfahren gezielt Verbesserungen zu entwickeln und darauf aufbauend eigenständige Lösungen zu entwickeln, die die Partner unmittelbar in ihrer Produktion einsetzen können.

Einer der wesentlichen Vorteile von ISA ist die Flexibilität, sowohl als pragmatischer Entwickler als auch als grundlagenorientierter Forscher mit den Partnerunternehmen aktiv zusammenzuarbeiten. In der Praxis bedeutet dies, dass beide Partner kommunizieren und sich austauschen, wobei beide Seiten kontinuierlich Impulse und Anregungen einspeisen. Die inhärente Kommunikationsdynamik kontrolliert und regelt die gemeinsamen Arbeiten in jeder Phase, so dass Problemlösungen effizient und direkt umsetzbar entstehen.

Projektbeispiele der ISA-Mitglieder

• Wissensbasiertes Test- und Prüfsystem für das Richtwalzen von Kurbelwellen
• Test- und Prüfsystem für Brandmeldeeinrichtungen
• Test- und Prüfsysteme für Hochleistung-Auszeichnungsroboter
• Test- und Prüfsystem zur Wärmedurchgangskoeffizientenbestimmung von textilen Stoffen
• Test- und Diagnosesysteme zur Bestimmung der Endothelzelldichte von Hornhauttransplantation
• Test- und Diagnosesysteme zur berührungslosen in-vivo Endothelzelldichteanalyse
• Test- und Prüfsystem für Bahnschrankenantriebe
• Entwicklung eines innovativen Lasersensors mit besonders großem Messbereich zur hoch- dynamischen Erfassung von Geschwindigkeiten in Produktionsprozessen
• Messtechnische Untersuchung des Beschleunigungsverhaltens von Garnen unter Einsatz der Referenzstrahl-LDA- Technologie
• Entwicklung und Aufbau eines Spulentestsystems
• Entwicklung und Aufbau eines Messstandes zur berührungslosen Erfassung dynamischer Geschwindigkeits‐ und Längenprofile textiler Fäden während des Aufspulprozesses
• Entwicklung und Erprobung des FLOYD Seilsystems sowie des präzisen Aufwicklungsmechanismus für Seilspulenanwendungen im Weltraum
• Effiziente Überprüfung komplexer Funkmodule bzgl. Funktionalität (z.B: Sendeleistung, Bitfehlerraten) und EMV-Konformität (ausgesendete Störstrahlung)
• Bewertung und Optimierung von Funksystemen bei verteilten und hochdynamischen Teilnehmern/Sensoren, z.B. car-to-car sowie machine-to-machine communication, unter Berücksichtigung aktueller Übertragungsstandards (z.B: WLAN, LTE)
• Optimierung von Antennenstrukturen in Mehrantennensystemen/verteilten Antennen-systemen zur Versorgung mehrerer mobiler Teilnehmer oder Sensoren in oben genannten Funksystemen
• Center for BioModular Microsystems (CBM2): Ziel war die Entwicklung von Sensorplattformen (modulares Aufbaukonzept) für DNA-basierte Früherkennung von Krebs und anderen Krankheiten. Die entwickelten Chips arbeiteten im ‚continuous flow mode' und waren als ‚Einwegchips' konzipiert
• MicroGasAnalyzer (DARPA-MGA): Dieses Projekt befasste sich mit der Entwicklung mi-niaturisierter Gaschromatographen für die Vorort-Analyse von Umweltproben
• DARPA BioMagneticIC und Board of Regents, Louisiana, Post-Katrina Projekt: In beiden Projekten ging es um mikrofluidische Sensorsysteme für biomedizinische Anwendungen, bei denen ein modulares Konzept (microfluidic stack) mit nanotechnologischer Nachweismethodik (magnetische Beads, Nanodrähte) kombiniert wird

Ein sensorbasiertes Fahrrad-Assistenzsystem zur Erhöhung von Sicherheit und Komfort für mobile (ältere) Menschen.

Die Nutzung von Fahrrädern steigert die Mobilität und verbessert gleichzeitig die Gesundheit. Für Senioren/innen besonders attraktiv sind die modernen E-Bikes bzw. Pedelecs, was zu steigendem Absatz der E-Bikes führt als auch zur wachsenden Anzahl älterer Radfahrer im Straßenverkehr.

Ein sehr dichter Verkehr gepaart mit komplexen und unübersichtlichen Verkehrssituationen hat aber ein hohes Unfallrisiko für den Fahrradfahrer/-in zur Folge. Dieses Risiko wird dabei durch die nachlassenden kognitiven und körperlichen Fähigkeiten, unter denen Senioren/innen oft leiden, weiter erhöht. Möchte man also die guten Effekte des Fahrradfahrens auf Mobilität und Gesundheit der Senioren/innen behalten, ohne diese Vorteile durch ein gestiegenes Unfallrisiko zu erkaufen, werden daher Konzepte benötigt, die das Fahrradfahren insbesondere für ältere Fahrradfahrer/-innen sicherer machen. Solche Konzepte zu entwerfen, zu entwickeln und zu erproben, ist das Ziel des hier beschriebenen Projektes "FahrRad".

Eine zentrale Herausforderung ist hierbei insbesondere in komplexen Verkehrssituationen wichtige Informationen über die aktuelle Verkehrssituation kontextgerecht und zielgruppengerecht zu liefern. Dazu muss die aktuelle Verkehrssituation erfasst und mit Erfahrungswerten abgeglichen werden. Basierend auf diesen Ergebnissen werden konkrete Gefahrensituationen identifiziert aber auch potentiell gefährliche Bereich erkannt und an den Nutzer/-in weitergegeben. Gleichzeitig werden bei jeder Fahrt Informationen gesammelt und die Gefahrensituationen analysiert, um die daraus gewonnen Erkenntnisse anderen Fahrradfahrern zur Verfügung stellen zu können. Besonders wichtig ist bei dem Ansatz zudem die Schnittstelle zum Radfahrer: sie muss sicherstellen, dass die Hinweise schnell vom Nutzer/-in erfasst und verstanden werden, ohne ihn abzulenken.

Assistenzsysteme unter Nutzung verschiedenster Sensoren sind in Fahrzeugen bereits wichtige Bestandteile zur Erhöhung der Fahrtsicherheit und Komfort. Zur Erkennung der Umwelt, Warnung und Eingriff in das Fahr- und Bremsverhalten werden Radarsystem, LIDAR, Ultraschall und Kamerasysteme eingesetzt. Ein weiterer Bestandteil in Richtung "autonomes Fahren" wird die Kommunikation zwischen Fahrzeugen (Car-to-Car Communication) und mit der umgebenden Infrastruktur (Car-to-Infrastructure Communication) bei der zugewiesenen Frequenz von 5.9 GHz sein. Hiermit können z. B. sich an eine Kreuzung nähernde Fahrzeuge gegenseitig warnen und gefährliche Situation vermeiden.

Weitere wichtige Aufgabe ist die Übermittlung der Verkehrslage an den Nutzer/-in. Ziel ist es deshalb neben binären Informationen auch detailliertere und differenzierte Sinneseindrücke zu erzeugen, die trotzdem einfach und intuitiv vom Fahrer rezipiert werden können. Als ein weiterer Ansatz soll auch mit am Fahrrad montierten Signalgebern experimentiert werden, die im Falle einer Gefahr aktiviert werden, um den herannahenden bzw. kreuzenden Verkehr zu warnen.Die Integration von Radar-Sensoren in ein Fahrrad-Assistenzsystem stellt eine wesentliche Herausforderung an die Größe, den Energieverbrauch und Erkennung von Gefahrensituationen und Hindernissen bei jeder Wetter- und Lichtsituation dar.Für den Projekterfolg ist insbesondere die geschickte Kombination von Sensorik und den dazu gehörenden Algorithmen von Bedeutung, um bei niedrigen Kosten und Energieaufnahme eine ausreichend Detektionsleistung zu erzielen.

Ein weiterer zentraler innovativer Ansatz von FahrRad ist die Kombination der sensorischen Informationen mit Daten, die aus der Analyse von Unfallstatistiken und den Erfahrungen anderer Verkehrsteilnehmer gewonnen wurden. Jeder Nutzer von FahrRad nutzt somit Erfahrungswerte andere Teilnehmer und liefert gleichzeitig Daten, die vom FahrRad-System mit statistischen Unfallzahlen zu einem "Gefährdungsatlas" kombiniert werden. Dieser Gefährdungsatlas dient dabei nicht nur dazu den Nutzer vor potentiellen Gefahrenquellen (wie z.B. "Achtung: gefährliche Kreuzung") zu warnen, sondern kann ebenso genutzt werden, um die Fahrtroute entsprechend zu optimieren - also z.B. Routen zu bevorzugen, die gefährliche Stellen vermeiden. Gleichzeitig können die gewonnenen Daten von Verkehrsplanern genutzt werden, um potentielle Gefahrenpunkte im Verkehrsnetz zu identifizieren.

Laufzeit: 01.05.2017 – 30.04.2020  (Abgeschlossen)