Wearable Interfaces / Wearable Computing

© Sonja Finkenzeller

Wearable Interfaces (engl.: Tragbare Benutzeroberflächen) bzw. Wearable Computing (engl.: Tragbare Datenverarbeitung) beschäftigen sich mit der Entwicklung von tragbaren Computersystemen. Diese sind während ihrer Anwendung direkt am Benutzer befestigt und dienen dazu eine Tätigkeit in der realen Welt zu unterstützen bzw. erleichtern deren Ausführung. Somit sollten sie in der Lage sein permanent mit ihrer physikalischen Umgebung interagieren und ein lokations- oder besser situationsbezogenes Verhalten ausprägen zu können. Die Bestandteile vom Wearable Computing werden dabei miniaturisiert und in die Kleidung integriert, wodurch sich ein neues Verständnis der Funktionalität für den Menschen bietet. Dabei stellt es nicht nur einen mobilen Arbeitsplatz dar, sondern ist vielmehr ein unsichtbarer, persönlicher, intelligenter Assistent (PA), der dem Benutzer jeder Zeit zur Verfügung stehen kann. Durch die Berücksichtigung von Informationen aus der Umwelt, als auch von Informationen des Benutzers ist das System kontext-sensitiv.[1,5]

Anforderungen und Realisierung

Da Wearable Interfaces in Gebrauchsgegenstände oder Kleidung integriert werden sollen, wird eine besondere Benutzeroberfläche benötigt, die vor allem eine einfache Bedienbarkeit gewährleisten soll. Zudem muss es möglich sein, Funktionen in das Wearable Computing aufzunehmen, welche auf den Benutzer und die Umwelt individuell zugeschnitten sind.
Im Folgenden soll auf funktionale und nicht-funktionale Anforderungen, sowie mögliche Arten für die technische Realisierung eingegangen werden.

Funktionale Anforderungen
Steve Mann, ein Wegbereiter des Wearable Computing fasste die funktionalen Anforderungen dieser Systeme, welche erfüllt werden sollen, in sechs Attributen zusammen.[13]
Das "Unmonopolizing" stellt die Tatsache in den Vordergrund, dass der Benutzer nicht von der Außenwelt abgeschnitten wird. Stattdessen soll es dem Nutzer eines Wearable Interfaces möglich sein, sich anderen Dingen zuzuwenden, weshalb es beinahe schon zwingend ist, dass die Hände nicht ausschließlich zur Bedienung des Interfaces benötigt, sondern auch andere Eingabemöglichkeiten angeboten werden.
"Unrestrictive", beschreibt die Forderung, dass das System uneingeschränkt eingesetzt werden kann. Somit ist es nicht ortsgebunden oder von einer bestimmten Tätigkeit abhängig.
Ein gewisses eigenständiges Handeln des Systems ist ebenfalls wünschenswert. So soll es die Aufmerksamkeit des Benutzers erlangen können, wenn zum Beispiel neue Informationen vorliegen, welche zu dessen Tätigkeit passen. Doch diese Funktion, die mit dem Begriff "Observable" beschrieben wird, sollte an- und abschaltbar sein, damit der Nutzer das Wearable Interface seinen Wünschen individuell anpassen kann.
Der Nutzer sollte immer das Gefühl haben, dass das System unter seiner Kontrolle steht. "Controllable" steht deswegen für die geforderte Funktion, dass der Nutzer das System zu jedem beliebigen Zeitpunkt kontrollieren kann, zum Beispiel durch einen Abbruch oder Wiederholungen.
Die oben schon erwähnte Vorstellung, dass das Wearable Interface seine Umgebung und den Zustand des Benutzers erfassen kann, wird unter dem Begriff "Attentive" zusammengefasst.
Außerdem muss das System auch als Kommunikationsmittel nach außen dienen, was durch den letzten Punkt "Communicative" abgedeckt wird. Hier sollte die Versorgung mit aktuellen Informationen, oder aber auch die Kommunikation mit Hilfe von Videostreams ermöglicht werden, was durch eine immer flächendeckendere Existenz von WLAN oder UMTS gewährleistet werden könnte.

Nicht-Funktionale Anforderungen
Neben den funktionalen Anforderungen existieren auch noch die nicht-funktionalen Aspekte. Diese beschreiben Einschränkungen und Qualitätsmerkmale, welche vorhanden sein sollten. Da diese nicht direkt als Dienst vom System angeboten werden, muss sichergestellt sein, dass die nicht-funktionalen Anforderungen von den anbietenden Dienstleistern berücksichtigt werden.
Zum einen wäre da die Benutzerakzeptanz vom System. Diese ist abhängig von den Kosten, dem Aussehen des Systems und dem Aufwand dieses an- oder auszuziehen. So werden zum Beispiel Systeme die direkt in eine Jacke eingearbeitet sind eher akzeptiert, als Systeme bei denen zum Beispiel umständlich ein Gurt um die Hüfte geschnallt werden muss, da dies einen Nutzer vielleicht in der Bewegungsfreiheit einschränken könnte. Auch die Kosten die dem Benutzer durch das Wearable Computing anfallen sind ein wichtiger Faktor in der Entwicklung. Denn werden die Kosten zu hoch, wird sich das System nicht auf dem Markt etablieren können, wenn es vergleichbare billigere Produkte gibt. Allerdings ist zu befürchten, dass in den kommenden Jahren das innovative Design der Wearable Interfaces mit erhöhten Kosten verbunden sein wird, da sich die Technologie noch in der Entwicklungsphase befindet.
Als weiterer Aspekt kommen die Betriebssicherheit und die möglichen gesundheitlichen Folgen hinzu. Erst nach Langzeitstudien wird es möglich sein den Menschen die Angst vor möglichen Gesundheitsrisiken zu nehmen. Zur Betriebssicherheit zählen auch augenscheinlich banale Dinge, wie zum Beispiel die Waschbarkeit der Kleidung, wenn das System in ein Kleidungsstück eingearbeitet ist, oder dem Standhalten von Wettereinflüssen. Das erfordert wiederum eine eigene Forschungs- und Entwicklungsabteilung im Unternehmen, die sich ausschließlich mit diesen Aspekten beschäftigt.
Ein für Nutzer sehr wichtiger Aspekt ist zudem der Schutz der Privatsphäre und der Datenschutz. Durch Wearable Interfaces, die mit einem Ortungssystem ausgestattet sind, wäre es zum Beispiel möglich Bewegungsprofile einzelner Nutzer zu erstellen. Mit diesen und anderen persönlichen Daten, je nach Verwendungszweck des Systems, könnte Missbrauch betrieben werden. Deswegen muss geklärt werden, wem die Rechte an den Daten unterliegen, sprich dem Nutzer, dem Hersteller oder dem Betreiber des Systems.

Mögliche Arten der technischen Realisierung
Wearable Computing besteht aus mehreren funktional separierten Modulen, die am Körper verteilt platziert sind. Neben Ein- und Ausgabegeräten werden unter anderem verteilte CPUs (Central Processing Units) und Sensoren benötigt, die unauffällig in der Kleidung oder in Gebrauchsgegenständen integriert sind. Diese Verteilung kann damit gerechtfertigt werden, dass einzelne Sensoren, Ein- oder Ausgabegeräte an speziellen Körperpartien platziert werden müssen, um zu gewährleisten, dass sich das einzelne Element dort befindet, wo es tatsächlich benötigt wird. Zusätzlich bietet eine solche Aufteilung einen besseren Tragekomfort des Systems, denn das Gewicht sammelt sich nicht an einem bestimmten Punkt, sondern kann sich so über den gesamten Körper bzw. Kleidung verteilen.
Da der Einbau von Wearable Interfaces bzw. Wearable Computing in Kleidung immer mehr zum Standard wird, ist eine Miniaturisierung der Elektronikbauteile nötig. Nach dem heutigen Stand der Technik, bewegt sich die Größe von einzelnen Bauteilen, wie zum Beispiel CPUs, im Millimeter oder Zentimeter Bereich. Aus diesem Grund stellt das Problem der Miniaturisierung bei Wearable Computing Systemen heute kein wesentliches Hinderniss mehr da.
Ein größeres Problemfeld ist im Gegensatz dazu noch bei der Stromversorgung von Wearable Computing Systemen vorhanden. Der Einsatz von großen, leistungsstarken Batterien würde den Tragekomfort vermindern, da dadurch die Kleidung unhandlich werden würde. Deswegen wird an alternativen Energiequellen geforscht. Die Erzeugung von Strom durch das Atmen des Benutzers, durch Körperwärme oder den Fluss des Blutes, sind nur einige der heute aktuellen Forschungsgebiete. Viel versprechender klingt da schon die Stromerzeugung durch Armbewegungen, Tippen mit den Fingern oder das Laufen.[6,7] Eine andere alternative Energiequelle, wäre der Einsatz von Solarzellen, die auf der Kleidung angebracht werden könnten. Nachteil der Solarzellen ist allerdings, das diese mit der heute benutzen Technik nicht waschbar sind und somit vor einem Waschgang von der Kleidung entfernt werden müssen. Außerdem könnte auf diesem Wege nur genügend Strom erzeugt werden, wenn die Sonne ausreichend Energie liefert. Somit wäre bei dieser Art der Stromversorgung die mögliche Nutzungsdauer nicht absehbar, was ziemlich problematisch ist.
Bei den Ausgabegeräten gibt es nicht viele Möglichkeiten, da schließlich kein unhandlicher Bildschirm auf der Kleidung herumgetragen werden kann. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit ein Head Mounted Display (HMD) einzusetzen. Hier ist zwischen den so genannten See-Trough-, See-Around- und Immersive Anzeigen zu unterscheiden. Während die See-trough Anzeigen, wie der Name schon andeutet, eine Durchsicht durch das Computerbild auf die Umgebung ermöglichen, füllen See-around Anzeigen nur einen Teil des Blickfeldes aus. Immersive Lösungen decken dagegen das gesamte Blickfeld ab und sind somit für Wearable Computing kaum geeignet.[1] Eine andere Möglichkeit für die Ausgabe stellt der Sound dar. Die Audioausgabe hätte dabei den Vorteil, dass der Nutzer kein unkomfortables Head Mounted Display tragen müsste, sondern lediglich ein Lautsprecher oder Kopfhörer benötigt werden würde. Dennoch bietet die Audioausgabe nicht so viele Möglichkeiten wie ein HMD zur Visualisierung der Information.[8,9,10,14]
Schon mehr Möglichkeiten, wie bei den Ausgabegeräten, gibt es bei der Eingabe. Diese Benutzerschnittstelle sollte die Aufmerksamkeit des Nutzers allerdings nicht zu sehr binden, da die Wearable Interfaces lediglich eine Unterstützung einer Tätigkeit darstellen sollen. Deswegen ist es effektiver wenn Audio zur Eingabe verwendet wird oder mit Audiokommentaren über den Erfolg oder Misserfolg von ausgelösten Aktionen informiert werden kann. Zur Zeit basieren die meisten Eingabegeräte allerdings noch auf dem WIMP (Windows Icon Menue Pointer), der den GUIs von normalen Computern ähnlich ist, aber genau das führt zu einer Unstimmigkeit, denn der Benutzer eines Wearable Computing Systems sollte nicht anhalten müssen um das System zu bedienen.[12] Somit ist die normale Schreibtisch-Methapher, die sich bei jedem Desktop eines PCs findet, unbrauchbar geworden. Abhilfe können in Kleidungsstücke eingearbeitet Buttons für Play, Stopp etc. schaffen oder die Möglichkeit einer Spracheingabe. Diese Spracheingabe wurde in den letzten Jahren durch die Entwicklung von Spracherkennungssystemen ermöglicht und wird zum Beispiel mit der Einrichtung von persönlichen Voice Tags schon in manchen Handys angeboten. Durch die Sprache lassen sich somit die gewünschten Aktionen ausführen und wenn das System auch noch durch Sprachausgaben antwortet, dann wirkt es immer mehr wie ein PA (Personal Assistant), der in der Lage ist, dem Benutzer die neusten Informationen zukommen zu lassen. Des Weiteren könnte über eine gestengesteuerte Eingabe nachgedacht werden. Hierbei sollte allerdings beachtet werden, dass sich der Nutzer beim Ausführen der Gesten nicht lächerlich vorkommt, sondern dass diese so natürlich wie möglich wirken und auch nicht allzu schwer erlernbar sind.[8,9,14]
Abschließend kann gesagt werden, dass bei der Wahl der Ein- und Ausgabegeräte auf folgende vier Bedienbarkeitsaspekte geachtet werden sollte: Zum einen sollte die Sicht des Users nicht unnötig eingeschränkt werden; benötigtes Positionieren zur Auswahl einer Aktion sollte möglichst einfach realisiert werden können; die Komplexität der durchführbaren Aktionen sollte möglichst einfach sein (als Richtlinie kann man sich hierbei an der "7 +/- 2"-Regel orientieren, die etwas über die Merkfähigkeit des Menschen aussagt); und zum Schluss spielt die gewählte Größe des Bildschirms eine entscheidende Rolle.

Anwendungsgebiete

Zum Abschluss soll noch ein Überblick über verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, bei denen Wearable Interfaces bzw. Wearable Computing zum Einsatz kommen, gegeben werden.
Da die Kontexterkennung eine wichtige Rolle spielt und eine Ortung des Benutzers via GPS möglich ist, finden sich auch sehr viele Anwendungsbeispiele in diesem Bereich. So sind Navigationssysteme möglich, die automatisch den Standort ermitteln. Aufgrund von dieser Information lassen sich dann "Shopping Jackets" realisieren, die mit Hilfe von pinger data (Informationen über Geschäfte etc. in der Nähe des Nutzers), diesen beim Einkaufen unterstützen.[3] Auch für Kinder wäre eine Möglichkeit zur Überwachung durch die Eltern geschaffen, welche sich zum Beispiel auf den Schulweg konzentrieren könnte. Auch für Touristen wäre ein ideales Informationssystem geschaffen, mit dem in einer fremden Stadt auf die Sehenswürdigkeiten oder ähnliches aufmerksam gemacht werden könnte. Diese Informationen könnten entweder auf der Innenseite von Brillen, mit dem Prinzip des HMD, angezeigt oder es könnte mit Hilfe einer Soundausgabe auf bestimmte Dinge hinweisen werden.
Verbreiteter sind auch schon Wearable Interfaces im Bereich der Kommunikation oder der Musikwiedergabe. Knöpfe wie etwa für Play, Stopp sind dabei in das Kleidungsstück, z.B. auf dem Ärmel eingearbeitet. Mikrophone befinden sich meist am Kragen und Kopfhörer oder Ohrmuscheln dienen zur Wiedergabe. Dieses Interface stört den Benutzer des Systems nicht bei seiner eigentlichen Tätigkeit und ermöglicht dennoch ein bequemes Navigieren des Gerätes, welches in einer Jackentasche liegt und dort über eine Schnittstelle mit der Jacke kommuniziert.
Ein großes Einsatzgebiet bieten schon heute medizinische Bereiche. So lassen sich beim Benutzer im Alltag Armbanduhren finden, die unter anderem ständig den Puls messen und den Nutzer somit zusätzlich über seinen körperlichen Zustand informieren. Dies kann für gesundheitlich gefährdete Menschen einen erheblichen Mehrnutzen bringen. Andere Einsatzmöglichkeiten werden im Rettungswesen gesehen. Durch den Einsatz von Wearable Computing Systems wird ein effizienteres Arbeiten der Rettungskräfte erhofft, da diese ihre gesamte Aufmerksamkeit dem Patienten widmen sollten, aber dennoch komplexe Informationsaufgaben lösen müssen, wie zum Beispiel das Sammeln von Informationen über den Patienten. Diese Informationsaufgaben könnten durch Wearable Interfaces gelöst werden, die in Alltagsgegenständen eingearbeitet sind.[2] Eine weitere Anwendungsmöglichkeit im medizinischen Bereich findet sich in Krankenhäusern selbst. Hier wird an der Entwicklung von Bodys geforscht, welche die Verkabelung des Patienten ersetzen sollen. Für Babys gibt es hierbei schon Ganzkörperanzüge, die die Herzfrequenz und andere wichtige Daten messen können.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, das Wearable Interfaces bzw. Wearable Computing ein enormes Potential in möglichen Anwendungsgebieten aufweisen. Durch die andauernden Forschungsarbeiten werden die Miniaturisierung und die Displayqualität stetig verbessert, wodurch die benötigten Komponenten für die Systeme immer kleiner, leistungsfähiger und billiger werden. Zeitgleich verbessert sich die Mikrosensortechnologie, die irgendwann ein sehr hohes Maß an Kontextsensitivität ermöglichen wird. Doch gleichzeitig muss die Diskrepanz zwischen der Vision des Wearable Computing und der Realität des heutigen Standes der Technik noch überbrückt werden. Dazu braucht es die angesprochene Forschung in der Miniaturisierung, der Reduktion des Stromverbrauchs und die Verbesserung der Benutzerschnittstellen.[1]
Somit ist also noch fraglich, ob es irgendwann eine Zeit geben wird, in der alle Menschen mit einem Rechner in den Kleidern und einem HMD ausgestattet durch die Welt laufen werden. Aber dennoch gibt es viele Bereiche in denen der Einsatz von Wearable Computing sehr sinnvoll und rentabel sein wird, weswegen sich eine weitere Forschung in diesem Bereich durchaus lohnen kann.

Literaturverzeichnis