Wissenschaft und Technologie im Rampenlicht: Extended-Reality-Technologien

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Warum es wichtig ist

Extended Reality (XR)-Technologien kombinieren Elemente der realen Welt und der digitalen Welt, um neue Arten der Interaktivität und Wahrnehmung zu schaffen. XR bietet neue Möglichkeiten, auf Informationen zuzugreifen und sie für Schulungen, Bildung, Unterhaltung und Zusammenarbeit zu nutzen. Aber XR könnte auch mehr Daten anfällig für Cyberangriffe und Datenschutzbedrohungen machen und neue Möglichkeiten der Online-Belästigung schaffen.

Technologie

Was ist das? Extended Reality (XR) ist der allgemeine Begriff für eine Reihe von Technologien, die die digitale Welt und die reale Welt überbrücken oder integrieren. Dazu gehören Augmented-Reality- (AR), Mixed-Reality- (MR) und Virtual-Reality-Technologien (VR), die alle ein unterschiedliches Maß an sensorischer Immersion und Interaktion zwischen der realen Welt und digitalen Inhalten bieten. Augmented Reality überlagert Darstellungen der realen Umgebung mit digitalen Inhalten mittels Smartphones, Tablets oder Augmented-Reality-Brillen. Bei MR erkennt ein dediziertes Headset seine Umgebung und ermöglicht die Interaktion zwischen digitalen Inhalten und der realen Welt in mehreren Dimensionen. Die virtuelle Realität verdeckt die reale Welt vollständig und lässt die Benutzer mithilfe von Head-Mounted-Displays in digitale Umgebungen eintauchen (siehe Abb. 1).

XR-Technologien können für die Zusammenarbeit am Arbeitsplatz, Training, Ausbildung, therapeutische Behandlungen sowie Data Mining und Analyse verwendet werden. XR ermöglicht auch die Erstellung von Online-Universen oder „Metaversen“, in denen Benutzer miteinander interagieren können.

Abbildung 1. Das erweiterte Realitätskontinuum.

Wie es funktioniert? XR-Geräte senden digitale Informationen, die lokal angezeigt und gespeichert oder über ein Netzwerk geteilt und übertragen werden können, an die menschlichen Sinne. Sie können auch Sensoren verwenden, um Informationen zu sammeln und Befehle anzunehmen. Diese Geräte schaffen personalisierte Erfahrungen, indem sie Echtzeitreaktionen auf virtuelle Reize ermöglichen. Jede erfordert unterstützende Technologien, die je nach Art der Erfahrung und realen Anwendung variieren. Beispielsweise können Gerätetechniker ein Headset mit holografischer Anzeige tragen, das mit Videokameras und Abstands- und Positionierungssensoren konfiguriert ist. Das XR-kompatible Headset könnte sie dann durch eine Inspektion oder Reparatur führen.

In der Medizin erscheint die Radiographie als Werkzeug zur Ausbildung von Chirurgen, indem sie die Interaktion mit dreidimensionalen Bildern anatomischer Strukturen ermöglicht (siehe Abb. 2). Darüber hinaus können Spezialisten mithilfe von XR möglicherweise Organe oder Körpersysteme virtuell dreidimensional untersuchen, anstatt die eingeschränkteren Beurteilungen vorzunehmen, die durch Flachbildschirme ermöglicht werden. Realistische Röntgendarstellungen könnten Anbietern helfen, die Komplexität jedes Patienten besser zu verstehen und medizinische Verfahren sicherer und effizienter zu machen.

Figur 2. Chirurgen tragen MR-Headsets, um ein individuelles 3D-Modell der Anatomie eines Patienten zu untersuchen. Sensoren verfolgen Handgesten und Augenbewegungen und hören auf verbale Befehle, um das Modell und die digitale Umgebung zu steuern.

Eine weitere vielversprechende Anwendung im Gesundheitswesen ist die Virtual-Reality-basierte Psychotherapie bei Suchterkrankungen, bei der Therapeuten mit Patienten in einer digitalen Welt arbeiten. Beispielsweise könnten Therapeuten die Herzfrequenz und andere Reaktionen der Patienten auf simulierte Situationen überwachen, ohne die Patienten einem realen Ereignis in einer unkontrollierten Umgebung auszusetzen. Dies könnte Therapeuten und Patienten Informationen liefern, um die Behandlung anzupassen.

Als Teil der Zusammenarbeit und Schulung am Arbeitsplatz kann XR den Arbeitnehmern helfen, effizienter und qualifizierter zu werden, zu geringeren Kosten und mit geringerem Risiko. Beispielsweise werden XR-Systeme derzeit verwendet, um Arbeiter virtuell zu schulen, bevor sie tatsächlich komplexe Systeme wie Kernkraftwerke bedienen. In der Baubranche können Architekten, Ingenieure und Projektmanager in einer virtuellen Umgebung zusammenarbeiten, um Projekte zu planen und zu überwachen. XR-Systeme könnten auch verwendet werden, um K-12-Administratoren dabei zu helfen, Sicherheitsverfahren zu verbessern und die physische und betriebliche Sicherheit ihrer Schulen und Schüler besser zu schützen.

Wie ausgereift ist es? Die weit verbreitete Nutzung von XR war begrenzt, obwohl es sie schon seit Jahrzehnten gibt. Ab Januar 2022 sind mehrere XR-Hardwaresysteme und Softwareentwicklungsplattformen auf dem Markt erhältlich, und der Markt wächst schnell. Beispielsweise schätzt ein globaler Marktforschungsberater, dass die jährlichen Lieferungen von AR/VR-Headsets von 9,7 Millionen im Jahr 2021 auf 32,8 Millionen im Jahr 2025 steigen werden. Zu den Gründen für das erwartete Wachstum gehört die kontinuierliche Entwicklung immer anspruchsvollerer Geräte (z. B. Smartphones). der Bedarf an qualifizierteren und produktiveren Arbeitskräften und die jüngsten Störungen der Arbeitsplatzdynamik, die durch soziale Distanzierung im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie verursacht wurden.

Die Implementierung von XR in Wirtschaft und Verwaltung bleibt jedoch begrenzt. Viele der oben beschriebenen Anwendungen sind eher Pilotprogramme als ausgereifte Anwendungen von XR. Die vollständige Bereitstellung dieser Anwendungen würde eine Anpassung für eine breitere Nutzung in verschiedenen Umgebungen und die weit verbreitete Verfügbarkeit von Schlüsseltechnologien wie künstliche Intelligenz und 5G erfordern. Künstliche Intelligenz könnte Benutzern durch die Interpretation großer Datenmengen personalisierte und hochinteraktive XR-Erlebnisse bieten. Der Ausbau des 5G-Netzes kann eine zuverlässigere Hochgeschwindigkeitskommunikation bieten, um vielfältigere und komplexere XR-Technologien zu ermöglichen.

Chancen

  • Zugriff. XR könnte abgelegenen Gemeinden oder Menschen mit wenigen oder keinen Transportmöglichkeiten einen besseren Zugang zu Arbeitsplätzen, medizinischer Versorgung und anderen Möglichkeiten bieten.
  • Zusammenarbeit. XR könnte Datenaustausch und digitale Arbeitsbereiche bereitstellen, die kollaboratives Design, Planung und Entscheidungsfindung unterstützen.
  • Datenanalyse. Die Datenanalyse in XR-Umgebungen könnte neue Arten der Wissensgenerierung oder Entscheidungsfindung ermöglichen.
  • Therapeutische Behandlungen. Immersive Umgebungen können in der Therapie zur Behandlung von Sucht, Angstzuständen, Autismus und anderen Erkrankungen eingesetzt werden.
  • Aus-und Weiterbildung. Teure oder gefährliche Verfahren können in XR-Umgebungen kostengünstig und sicher gelehrt werden.

Herausforderungen

  • Cybersicherheit und Datenschutz. XR wird vielfältigere und komplexere Daten erfordern, die neue Ziele für Cyberangriffe und Ausbeutung bieten.
  • Technologien ermöglichen. Einige der Technologien, die XR benötigt, um sein volles Potenzial auszuschöpfen, sind noch nicht ausgereift, darunter künstliche Intelligenz und 5G. Darüber hinaus sind diese Technologien möglicherweise nicht für alle Benutzer erschwinglich oder zugänglich.
  • Auswirkungen auf Benutzer. XR-Umgebungen können neuen Raum für negative soziale Interaktionen schaffen, die online bereits üblich sind. Beispielsweise haben einige Benutzer sexuelle Belästigung und Mobbing in diesen Umgebungen gemeldet. Darüber hinaus erleben einige Benutzer beim Surfen in immersivem XR Reisekrankheit und Orientierungslosigkeit, und die Auswirkungen einer langfristigen XR-Immersion auf die kognitive Funktion sind unbekannt.

Politischer Kontext und Probleme

  • Welche Anreize oder Hindernisse bestehen für die XR-Branche, sich um gemeinsame Standards für die Software- und Inhaltsentwicklung zu vereinen, die sich unter anderem mit Ethik und Schwachstellen befassen?
  • Welche Hindernisse und Herausforderungen, wie z. B. 5G-Reife und verbesserte Benutzererfahrung, bestehen für die angemessene breite Einführung von XR im privaten und öffentlichen Sektor, einschließlich Gesundheitswesen, Bildung und Armee?
  • Welche neuen Cybersicherheits-, Datenschutz-, Belästigungs- und anderen Bedrohungen sind für XR-Technologien anfällig oder könnten unangemessen verwendet werden, und welche neuen oder verbesserten Schutzmaßnahmen könnten infolgedessen erforderlich sein?
  • Welche Schritte könnten unternommen werden, um die Erschwinglichkeit und Zugänglichkeit von XR und seinen Basistechnologien, insbesondere 5G-Netzen, zu verbessern?

Weitere Informationen erhalten Sie von Brian Bothwell unter (202) 512-6888 oder [email protected]