Projektpraktikum Human-Centered Neuroengineering for Cybathlon

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Nummer0000002282
ArtVorlesung
Umfang1 SWS
SemesterWintersemester 2019/20
UnterrichtsspracheEnglisch
Stellung in StudienplänenSiehe TUMonline
TermineSiehe TUMonline

Termine

Teilnahmekriterien & Anmeldung

Lernziele

Am Ende des Kurses sollten die Studenten in der Lage sein: - neuronale Signale (EEG, EMG) aufzunehmen und zu verarbeiten - Algorithmen des maschinellen Lernens auf neuronale Daten anwenden und weiterentwickeln - Sensorische Rückkopplung zu integrieren - Assistenzsysteme entwickeln, mit denen die Piloten im Zusammenhang mit dem Cybathlon-Wettbewerb activities of daily living (ADLs) durchführen können Nicht-technische Fähigkeiten werden ebenso erlernt: Die Studierenden sind in der Lage: - ein großes technisches Projekt zu organisieren und zu leiten. - in kleinen Gruppen zu arbeiten und die Fortschritte, die in der Gruppe erreicht werden, zu kommunizieren. - behinderte Menschen partizipatorisch in ihre Forschungs- und Entwicklungsarbeit einzubinden - Methoden des menschzentrierten Designprozesses anzuwenden und Neurotechnologien nach ethischen Gesichtspunkten zu reflektieren "

Beschreibung

Die Studierenden bilden Teams, um an wissenschaftlich-technisch-sozialen Problemstellungen im Zusammenhang mit der Arm-Prothetik Disziplin oder der Brain-Computer Interface Disziplin des Cybathlon Wettbewerbs zu arbeiten. In Zusammenarbeit mit dem ""Piloten"" (den Menschen mit Behinderung, welche die Technologien im Cybathlon Wettkampf nutzen werden) sollen gemäß des menschzentrierten Design-Prozesses sozio-technische Problemstellungen gefunden und iterativ bearbeitet werden. Im technischen Zentrum stehen dabei die Aufnahme, Verarbeitung und Klassifikation neuronaler Signale, die Fusion mit Kontextinformation und die sensorische Rückkopplung. Im menschzentrierten Zentrum steht die partizipatorische Einbindung der Piloten und eine wertesensible Herangehensweise. Das endültige Ziel ist, am Cybathlon Wettbewerb teilzunehmen und gleichzeitig an für die späteren Nutzer der Neurotechnologien wichtigen Forschungsfragen zu arbeiten. Cybathlon ist ein Wettbewerb, in welchem Menschen mit physischer Behinderung gegeneinander antreten und in möglichst kurzer Zeit verschiedene Aufgaben des alltäglichen Lebens mithilfe von technischen Assistenzsystemen durchführen. Der Kurs ist in 4 verschieden Phasen aufgeteilt: - Kick-off meeting: Die Studenten treffen die Vortragenden, legen den Zeitplan fest und formen Gruppen. Die Gruppenaufteilung hängt von den Vorkenntnissen der Teilnehmer ab. Die Studenten wählen einen Gruppenführer, der den Kontakt zu den Vortragenden hält. - Initialsierungsphase: Die Studenten lernen die Technologien (EEG, EMG, Prothese) und die Piloten kennen. Diese Phase wird von sozialen Veranstaltungen mit den Piloten begleitet. In dieser Phase sollen die Studierenden die Herausforderungen und Wünsche von amputierten und gelähmten Menschen kennenlernen und mit dem technischen Stand der Assistenztechnik vergleichen. - Iterative Entwicklungsphase: Die Studenten entwickeln und implementieren die Algorithmen. Diese Entwicklung verläuft Hand in Hand mit der Test- und Validationsphase - durch objektive Metriken und subjektives Feedback der Piloten. - Reflexionsphase: Die Studierenden schreiben einen Bericht über ihre Projektergebnisse. Darin reflexieren sie auch die Zusammenarbeit mit dem Piloten, z.B. welche Probleme aufkamen, welche Lösungen sie dafür fanden und was sie daraus gelernt haben. Qualifikation für Cybertum Wettbewerbe: Dieses praktische Projekt wendet sich an die Studierenden, die sich gerne über mehrere Monate hinweg mit den Aufgabe des Cybathlon Wettbewerbs und mit Human-Centered Engineering beschäftigen wollen."

Inhaltliche Voraussetzungen

" Die Studenten sollten Programmierkenntnisse haben. Vorwissen in Maschinellem Lernen und in Signalverarbeitung sind hilfreich. "

Lehr- und Lernmethoden

"Am Ende des Kurses sollten die Studenten in der Lage sein: - neuronale Signale (EEG, EMG) aufzunehmen und zu verarbeiten - Algorithmen des maschinellen Lernens auf neuronale Daten anwenden und weiterentwickeln - Sensorische Rückkopplung zu integrieren - Assistenzsysteme entwickeln, mit denen die Piloten im Zusammenhang mit dem Cybathlon-Wettbewerb activities of daily living (ADLs) durchführen können Nicht-technische Fähigkeiten werden ebenso erlernt: Die Studierenden sind in der Lage: - ein großes technisches Projekt zu organisieren und zu leiten. - in kleinen Gruppen zu arbeiten und die Fortschritte, die in der Gruppe erreicht werden, zu kommunizieren. - behinderte Menschen partizipatorisch in ihre Forschungs- und Entwicklungsarbeit einzubinden - Methoden des menschzentrierten Designprozesses anzuwenden und Neurotechnologien nach ethischen Gesichtspunkten zu reflektieren "

Studien-, Prüfungsleistung

"Die Prüfung besteht aus einem praktischen Teil (60%), einem schriftlichen Bericht (20%) und einer Präsentation (20%). Im praktischen Teil bearbeiten die Studierenden in Kleingruppen in Zusammenarbeit mit dem ""Piloten"" (den Mensch mit Behinderung, welcher die Technologien im Cybathlon Wettkampf nutzen wird) eine sozio-technische Problemstellung im Zusammenhang mit der Arm-Prothetik Disziplin oder der Brain-Computer Interface Disziplin des Cybathlon Wettbewerbs. Der schriftliche Bericht soll die Fähigkeiten der Studierenden aufzeigen, technische, wissenschaftliche und soziale Probleme in Bezug auf Armprothesen und Brain-Computer Interfaces zu analysieren und ihre eigenen Ergebnisse und Erfahrungswerte vorzustellen. Die Präsentation beurteilt die Fähigkeit, wichtige Ergebnisse zusammenzufassen und über den menschzentrierten Forschungsansatz zu reflektieren. "

Empfohlene Literatur

" Brain-Machine Interfaces: From Basic Science to Neuroprostheses and Neurorehabilitation. Mikhail A. Lebedev, Miguel A. L. Nicolelis. Physiological reviews 2017 - Teaching brain-machine interfaces as an alternative paradigm to neuroprosthetics control. Inaki Iturrate, Ricardo Chavarriaga, Luis Montesano, Javier Minguez, José del R Millán (2015), Scientific Reports - The Human Use of Human Beings. Norbert Wiener (1950) - Human-Machine Symbiosis: The Foundations of Human-centred Systems Design. Editor: Karamjit S. Gill (1996)"

Links