Industrial Metaverse Lab – vom Internet der Dinge zum vernetzten cyberphysischen Metaversum
Das Industrial Metaverse Lab der HFT Stuttgart bietet Studierenden und Forschenden eine praxisnahe Forschungs- und Lernumgebung für das Internet der Dinge, digitale Zwillinge und immersive Technologien wie Virtual und Augmented Reality. Es versteht das Industrial Metaverse als konsequente Weiterentwicklung von IoT und Digital Twins hin zu vernetzten, interaktiven und räumlich erfahrbaren digitalen Ökosystemen.
Dabei beschränkt sich das Metaverse-Verständnis nicht auf industrielle Anwendungen. Vielmehr umfasst es auch angrenzende Entwicklungsfelder wie das Citiverse, das Construction Metaverse und Smart Buildings. Gemeinsame technologische Grundlage dieser Bereiche ist die Verknüpfung der physischen Welt mit digitalen Modellen über Sensoren, Aktoren, Datenplattformen, Visualisierung und Automatisierung, auch unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz.
Die inhaltliche Grundlage des Labs bilden die Forschungsarbeiten der Forschungsgruppe Digitalisierung und Informationsmanagement. Das Labor schafft damit einen Rahmen, in dem Studierende zentrale Technologien und Anwendungsszenarien des vernetzten digitalen Wandels nicht nur theoretisch verstehen, sondern konkret erproben können.
Technologisches Profil
Im Mittelpunkt des Labs stehen integrierte Anwendungen aus den Bereichen IoT, RFID, digitale Zwillinge, Echtzeitlokalisierung, Robotik, industrielle Assistenzsysteme sowie VR- und AR-gestützte Interaktion. Die technische Infrastruktur erlaubt es, Daten aus der realen Umgebung zu erfassen, in digitale Systeme zu überführen, dort auszuwerten und für unterschiedliche Nutzungskontexte anschaulich bereitzustellen.
Dadurch wird sichtbar, wie aus einzelnen Technologien zusammenhängende Metaverse-Umgebungen entstehen. Diese reichen von industriellen Produktions- und Logistikszenarien über intelligente Gebäude bis hin zu urbanen digitalen Zwillingen im Sinne des Citiverse.
Ausstattung des Labs
Verschiedene VR- und AR-Brillen sowie zugehörige Anwendungen ermöglichen einen direkten Zugang zu immersiven Arbeits- und Simulationsumgebungen. So können Studierende digitale Inhalte räumlich erleben und die Interaktion mit virtuellen Modellen, Prozessen und Umgebungen praktisch erproben. Die Verknüpfung von AR und Sensorik war im Projekt „SensAR – Sensorische Daten und Augmented Reality“ ein Kernfokus. Im Hinblick auf die genannten Metaverse-Anwendungen ermöglichen die XR-Brillen einen Human-in-the-Loop Ansatz. Für Cave-Anwendungen steht das XR+LAB an der HFT zur Verfügung.
Die Verbindung realer und virtueller Welten erfolgt erstens über die Identifikation mittels RFID-Technologie. Mit der RFID-Messkammer lassen sich RFID-Transponder unter idealen Bedingungen untersuchen, etwa hinsichtlich der benötigten Aktivierungsenergie, der Lesereichweite und des 360-Grad-Profils. Ergänzt wird dies durch eine Produktionsstrecke, auf der Kleinladungsträger über UHF- und HF-Transponder verfolgt, ausgelesen und beschrieben werden können. Für mobile und industrienahe RFID-Anwendungen steht zudem Handscanner zur Verfügung. Damit lassen sich typische Einsatzszenarien aus Lagerverwaltung, Fertigung und Transport praxisnah abbilden. Zweitens kann über Echtzeitlokalisierung mittels UWB der Raumbezug der Objekte erfasst werden. Drittens werden über weitere Sensoren – von der Temperaturerfassung bis zu bildgebenden Sensoren – zusätzliche Daten in die automatische Erfassung mit einbezogen. Für Anwendungen im Bereich Edge-Computing werden Prozessorboards und NVIDIA Jetson eingesetzt.
Die sensorischen Daten werden gefiltert, syntaktisch und semantisch aufbereitet und für die Datenverarbeitung zur Verfügung gestellt. Es werden vorwiegend GS1-, ISO- und ITU-Standards genutzt. KI-Server und Workstations stehen für die Datenanalyse aus dem Projekt „KNIGHT – Künstliche Intelligenz für die Lehre an der HFT“ bereit.
Für die Abbildung intelligente Kommissionier- und Produktionsunterstützung steht ein Assistenzsystem zur Verfügung. Studierende können Arbeits- und Montageschritte anhand visueller Anleitungen am Touchbildschirm durchführen und diese zugleich durch kameragestützte Prüfung überwachen lassen. Fehlerhafte Ausführungen werden unmittelbar durch audiovisuelle Rückmeldungen kenntlich gemacht. Montageprozesse können in einer VR-Umgebung von Studierenden durchgeführt werden.
Im Bereich Robotik stehen verschiedene kollaborative Systeme bereit. Der Aubo i10 unterstützt Anwendungen im Bereich der kollaborativen Robotik und wird u.a. zur Bestückung der RFID-Messkammer aus Moodle heraus genutzt. Das Robotik-Lernsystem Robotino 4 eröffnet einen niederschwelligen Zugang zu mobiler Robotik, Industrie 4.0 und logistiknahen Automatisierungsszenarien und wurde im Projekt DigiLab4U für Messung zur Lokalisierungsgenauigkeit von UWB-Systemen genutzt.
Nutzen für Studium und Forschung
Das Industrial Metaverse Lab verbindet Lehre, angewandte Forschung und Technologietransfer. Studierende lernen, wie physische Objekte, Prozesse und Räume digital modelliert, vernetzt, lokalisiert, visualisiert und automatisiert werden können. Forschende finden eine Infrastruktur vor, in der branchenübergreifend neue Anwendungen an der Schnittstelle von Industrie, Bauwesen, Smart Building und urbanen Systemen entwickelt, demonstriert und validiert werden können.
Das Lab eignet sich damit gleichermaßen als Experimentalraum für neue Lehrformate (siehe DigiLab4U, Smart Learning Platform 4.0), als Demonstrator für Forschungsprojekte zu digitalen Zwillingen (z.B. iCity 2: UDigiT4iCity, Smart Public Building) und als Plattform für interdisziplinäre Fragestellungen rund um das Metaverse als nächste Entwicklungsstufe datengetriebener, vernetzter Systeme.
Veröffentlichungen und Informationen zu den Forschungsaktivitäten finden sich unter: