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Dienstag, 28.08.2018

Reise in die Mäuseleber

Von Nadine Franke (Text und Video)

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Informatiker Sander Münster legt mit seiner App Fotos des historischen Zwingers über das reale Bauwerk.
Informatiker Sander Münster legt mit seiner App Fotos des historischen Zwingers über das reale Bauwerk.

© ronaldbonss.com

In einem vierseitigen Projektionsraum, dem Cave, können die Systembiologen der TU Dresden die Leber einer Maus begehen und die Gallenkanäle untersuchen, während die Leberprobe noch unter dem Mikroskop liegt. Fotos: Ronald Bonß
In einem vierseitigen Projektionsraum, dem Cave, können die Systembiologen der TU Dresden die Leber einer Maus begehen und die Gallenkanäle untersuchen, während die Leberprobe noch unter dem Mikroskop liegt. Fotos: Ronald Bonß

© ronaldbonss.com

Die Möglichkeiten der Augmented Reality (AR) sind längst nicht ausgereizt. Die Forschung befasst sich mit immer neuen Möglichkeiten, wie sie die reale Welt mit digitalen Inhalten überlagern kann, um für die Anwender einen Mehrwert oder eine Erleichterung zu schaffen. Auch in Dresden arbeiten Wissenschaftler an der AR-Technologie. Erweiterte und virtuelle Realitäten sind nicht nur für Informatiker interessant. Denn mit AR werden die Neuronen anders gefördert, und sie ermöglicht kognitive Sprünge. Und manchmal gibt es neue Blicke auf Bekanntes. Die SZ hat sich vier Projekte näher angesehen:

Systembiologen können live in einer 3-D-Probe arbeiten

Im Zentrum für Systembiologie in Dresden erforschen Ivo Sbalzarini und sein Team, wie die AR- und Virtual Reality (VR)-Technik in der Biologie und der Medizin genutzt werden kann. Sie arbeiten in einem Projekt der Technischen Universität Dresden (TU) und zweier Dresdner Max-Planck-Institute mit einem vierseitigen Projektionsraum, der Cave. Dort können sie, ähnlich einem MRT-Bild, dichte Daten aufeinander aufbauen, um eine begehbare Bildgebung zu erreichen. Derzeit experimentieren sie mit Fruchtfliegen und Fadenwürmern. Auch die Gallengänge einer Mäuseleber hat Sbalzarini unter ein 3-D-Mikroskop gelegt. Das spiegelt die Daten in die Cave. „So konnten Biologen in der Cave neue Erkenntnisse über die Entwicklung eines Fruchtfliegenembryos ziehen“, sagt Sbalzarini.

Entwickelt hat das Programm Ulrik Günther. Diese Technik ist bislang weltweit einzigartig und nicht nur für Biologen interessant. Die Mediziner der TU haben bereits ihr Interesse angemeldet. „Es soll möglich sein, mit den richtigen Werkzeugen das vergrößerte Gewebe direkt in der Cave zu schneiden“, sagt Günther. So müsste der Chirurg mit seinem Patienten nicht einmal mehr im gleichen Raum sein, um mit Laserwerkzeugen zu operieren. Diese Werkzeuge und Mikroskope wären mit AR-Technik möglich. „Mit AR könnte in der Gentechnik durch bloßes Antippen ein Gen geschnitten werden“, sagt Sbalzarini. Bislang reicht nur noch nicht die Datengeschwindigkeit für die Umsetzung aus.

Produktentwicklung findet künftig an virtuellen Objekten statt

Auch die Fakultät für Maschinenwesen der TU setzt sich mit den vielfältigen Anwendungsbereichen der AR-Technologie auseinander. Dabei ist sie nicht nur zum Überlagern der Realität gut. „Auch das Gegenteil ist möglich. Die Realität kann auch so überblendet werden, dass angezeigt werden kann, wie ein Stuhl aussieht, wenn der Gesprächspartner gerade nicht drauf sitzen würde“, sagt Ralph Stelzer, Dekan der Fakultät für Maschinenwesen.

In der Realität kommt das kaum zur Anwendung. Wichtiger sind die virtuellen Überblendungen. Die werden nicht einmal bemerkt, wenn alles richtig gemacht wird, erklärt Stelzer. An der Fakultät erforschen Mitarbeiter wie Wolfgang Steger und Martin Gebert, wie Produkte entwickelt werden können mithilfe von Objekten, die real nicht existieren. So könnte ein Ingenieur eine Brille aufsetzen und sich an einer Autokarosserie verschiedene Modelle für den Außenspiegel einblenden lassen. Oder die Brille zeigt an, welche Schraube gedreht werden muss, um das Problem zu beheben.

Das Projekt von Steger und Gebert geht einen Schritt weiter, indem auch das Produkt nur virtuell existieren muss, um es mit AR-Daten zu überlagern. Dabei verschmelzen AR- und VR-Technik. Am Beispiel einer Turbine wurde ein Programm zur Visualisierung geschrieben, um mit einer Brille die möglichen AR-Einblendungen zu erhalten. „Ein großes Problem ist noch das Tracking. Die Brille muss mitkriegen, wo sie ist“, erklärt Gebert. Die AR-Überdeckung muss an der richtigen Stelle sein, um zu funktionieren. Derzeit tüftelt das Team daran, die Anzeigen vom Computerbildschirm auf die Brille zu bekommen.

Besucher können das historische Dresden beim Spaziergang erleben

An der Informatikfakultät gibt es längst nicht nur ein AR-Projekt. Aber besonders das Projekt von Sander Münster, Vertretungsprofessor für Didaktik der Informatik an der TU, ist für Dresdner und Touristen interessant. Gemeinsam mit der Universität Würzburg und dem Schlösserland Sachsen entwickeln sie eine App für Spaziergänge durch Dresden. Die App soll auf die Kamera des Endgeräts zugreifen und das Bild, was sie erfasst, mit Informationen und historischen Fotografien des Gebäudes überlagern. „Dafür stellt uns die Sächsische Landes- und Universitätsbibliothek ihre Fotosammlung zur Verfügung“, sagt Münster. So sollen Tausende Fotos auch der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Die App wird derzeit noch an einem 3-D-Modell der Stadt entwickelt. Später soll sich der Nutzer beispielsweise anzeigen lassen können, wie der Zwinger vor der Bombardierung Dresdens aussah. Aber auch dieses Projekt steht vor dem allgemeinen Problem der AR-Technik. „Die App muss lernen, durch GPS-Daten den richtigen Standort zu ermitteln, um die Informationen anzuzeigen“, erklärt Münster.

An der HTW zeigt sich AR auch mal mit weniger Technik

Nicht nur an der TU, sondern auch an der Hochschule für Wissenschaft und Technik in Dresden (HTW) wird erforscht, wie AR- und VR-Technologien immer weiter miteinander verschmelzen. Es gibt an der HTW auch ein VR-Labor für die Forschung. Doch Georg Freitag, Professor der Informatik- und Mathematikfakultät, hat sich mit der Fakultät Design überlegt, dass die verwendete Technik wie Smartphonekamera oder AR-Brille nur stört.

„Wir haben uns die Frage gestellt, wie Kommunikation nicht nur analog stattfinden kann“, sagt Freitag. Dafür wurde das Konzept des „Runden Tisches“ weiterentwickelt. Mit einer Projektion auf dem Tisch werden die Informationen für die Gesprächspartner angezeigt. Bei einer Wortmeldung kann ein schwarzer Puck berührt werden. Über dem Tisch befindet sich für die Darstellung ein Videoprojektor. Natürlich kann nicht vollständig auf technische Mittel verzichtet werden, doch die Hände bleiben frei und der Nutzer wird nicht von der Realität abgeschirmt. Das ist Freitag wichtig. „Der Schritt zurück hat uns wieder neue Möglichkeiten gebracht.“ Er findet, es solle nicht immer die Technik zwischen den Menschen stehen.

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