F1-Simulator gewährt Einblicke ins menschliche Gehirn

Formel 1 ist ein harter Sport: Die Kräfte, denen ein Fahrer während des Rennens ausgesetzt ist, sind enorm: Beschleunigung, Verzögerung oder die Fliehkräfte in den Kurven zerren mit dem Mehrfachen des Körpergewichts am Fahrer, vor allem an seinem Nacken. Ein Spieler, der am Computer eine Simulation wie F1 2010 spielt, kann das kaum nachvollziehen. Tübinger Forscher haben das mit Hilfe eines Roboterarms geändert.

Der Roboter als Ferrari

Cybermotion Simulator heißt das Gerät, mit dem ein Computerspieler in einem virtuellen Ferrari F2007 auf den Spuren von Weltmeister Kimi Räikkönen auf Punktejagd gehen kann. Der Simulator besteht aus einem Roboterarm und einem nachgebauten Rennwagencockpit mit Lenkrad, Pedalen und einem Bildschirm.

Der Roboterarm stammt von Kuka, dem Augsburger Hersteller von Industrierobotern. Diese Arme, die in der Industrie eingesetzt werden, können meist hunderte Kilo stemmen. Einen dieser Arme hat Kuka für den Einsatz in Freizeit- oder Themenparks modifiziert. Dieser Robocoaster wird im Cybermotion Simulator eingesetzt. Kuka baut aber nicht nur mächtige Industrieroboter: Das Unternehmen hat auch den Forschungsroboter Youbot entwickelt. Von Kuka stammen auch die Arme des Serviceroboters Justin.

Sechs Freiheitsgrade im Raum

Der Spieler schwebt mit dem Cockpit in 2 Meter Höhe über dem Boden. Während er den Formel-1-Boliden um die virtuelle Strecke bewegt, setzt der Roboterarm die dabei entstehenden Kräfte um. Die Verzögerung zwischen Lenkbewegung und der Umsetzung durch den Roboter beträgt weniger als eine Sekunde. Das System ermöglicht sechs Freiheitsgrade im Raum - sogar mit dem Kopf nach unten. Mit anderen Worten: Der Robocoaster kann auch einen Überschlag nachstellen.

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Kuka-Roboterarme wuchten schwere Gewichte - wie hier auf der Hannover Messe 2010. (Foto: wp)

Es sei sehr schwierig gewesen, die Algorithmen für die Bewegungssteuerung auf diese Plattform anzupassen, erklärte Paolo Robuffo Giordano vom Tübinger Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik. Das habe daran gelegen, dass der Robocoaster ein größeres Spektrum an Bewegungen ermögliche als andere Bewegungssimulatoren wie etwa ein Hexapod. Hinzu kommt, dass der Robocoaster normalerweise gar nicht auf Eingaben des Nutzers reagiert, sondern ein vorgegebenes Programm abspult.

Hirnforschung statt Freizeitspaß

Allerdings geht es den Tübinger Forschern nicht darum, ein besonders realistisches Computerspiel für einen Freizeitpark zu entwickeln. Sie wollen mit Hilfe des Aufbaus erforschen, wie das menschliche Gehirn Bewegung wahrnimmt, erklärte Giordano dem US-Wissenschaftsmagazin IEEE Spectrum. "Ein Bewegungssimulationssystem ist ein sehr wichtiges Instrument, um zu verstehen, wie Menschen das Gefühl von Bewegung erleben." Durch Experimente wie diese bekomme die Wissenschaft "bessere Einblicke in die kognitiven Prozesse des menschlichen Gehirns".

Diese Art von Simulatoren sind die Spezialität der Tübinger Forscher: Vor zwei Jahren haben sie den Cyberwalk vorgestellt: Das ist ein Simulator, mit dessen Hilfe Nutzer virtuelle Städte und Landschaften erkunden können. Der Simulator besteht aus einem omnidirektionalen Laufband, auf dem ein Nutzer steht, der mit einer Datenbrille ausgestattet ist. Darin wird eine virtuelle Umgebung eingespielt. Der Nutzer kann diese zu Fuß erkunden, ohne sich dabei von der Stelle zu bewegen.