EU-Projekt „TWO!EARS“ abgeschlossen: Roboter hören wie der Mensch

Im Forschungsprojekt „TWO!EARS“ haben Wissenschaftler in einem internationalen Konsortium ein Testsystem entwickelt, das wesentliche Aspekte des menschlichen Hörens nachahmt. Bei bisherigen Modellen des Hörens wurden vorwiegend die Schallsignale an den beiden Ohren ausgewertet. Das im TWO!EARS-Projekt entwickelte System hingegen simuliert die viel komplexere auditive Wahrnehmung des Menschen, die ihrerseits mit dem gesamten Sinnesapparat verwoben ist. Dabei wertet es nicht nur akustische Signale aus, sondern zum Beispiel auch Informationen, die durch das Sehen oder durch Bewegung gewonnen werden, und auch bereits vorhandenes, angelerntes Wissen über die Welt. Das Testsystem wurde dabei in zwei Ausführungsarten umgesetzt: in Form einer virtuellen Umgebung und für den Einsatz in einem Roboter.

Ziel des EU-Projekts TWO!EARS unter der Leitung von Prof. Alexander Raake von der Technischen Universität Ilmenau war es, menschliches Hören maschinell nachzubilden. In drei Jahren entwickelten mehr als 30 Wissenschaftler aus sechs Ländern ein Testsystem, das Audiosignale ähnlich verarbeitet wie ein Mensch. Das betrifft nicht nur Empfindungen wie Lautstärke, Klangfarbe und räumliche Ausdehnung von Geräuschquellen, sondern auch deren momentane Bedeutung für den Zuhörer. Damit das System zum Beispiel in der Lage ist, sich in komplexen Umgebungen mit mehreren Schallquellen akustisch zu orientieren, bezogen die Forscher auch optische Informationen und die koordinative Eigenwahrnehmung in das System ein.

Professor Alexander Raake, Leiter des Fachgebiets Audiovisuelle Technik der TU Ilmenau, koordinierte das TWO!EARS-Projekt, das von der Europäischen Union mit drei Millionen Euro gefördert wurde. Seine Arbeitsgruppe befasste sich mit der Analyse der Qualität von räumlicher Schallwiedergabe durch Systeme wie der Wellenfeldsynthese, die dreidimensionale visuelle Projektionen mit dreidimensionalem Klang kombiniert.  Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden die Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik stark beeinflussen. So könnten die Algorithmen zum Beispiel dazu dienen, Hörgeräte in Umgebungen mit vielen Sprechern zu verbessern. Ebenso könnten Rettungsroboter entwickelt werden, die nach einer Naturkatastrophe Opfer in einer natürlichen Umgebung orten. Beim Aufspüren von Menschen kann neben bereits gebräuchlichen Instrumenten wie Ultraschall und Infrarot auch die menschliche auditive Wahrnehmung hilfreich sein, insbesondere, wenn es um eine menschähnliche Interaktion geht. So wäre es Robotern in einer komplexen Schallsituation möglich zu erfassen, dass jemand um Hilfe ruft.



Besonderen Wert legten alle Partner darauf, „Reproducible Research“, reproduzierbare Forschung, zu betreiben und die Ergebnisse des TWO!EARS-Projektes als „Open Science“-Erkenntnisse transparent zu veröffentlichen und für die Allgemeinheit frei zugänglich zu machen. Dies betrifft sowohl die Entwicklung der Software als auch die Bereitstellung des TWO!EARS-Systems und der TWO!EARS-Datenbank, die künftig auf einem Server der TU Ilmenau gehostet und weiter gepflegt werden.

Partner des TWO!EARS-Projekts waren die Technische Universität Ilmenau, die Technische Universität Berlin, die Ruhr-Universität Bochum, die Universität Rostock, die Technischen Universitäten Eindhoven und Kopenhagen, die Universität Sheffield, die Universität Pierre et Marie Curie Paris, das CNRS Toulouse und das US-amerikanische Rensselaer Polytechnic Institute in Troy bei New York. Das interdisziplinäre und hochkarätig besetzte Konsortium ermöglichte es, die komplexen Herausforderungen in der Schnittstelle von Akustik, Psychoakustik, Signalverarbeitung, maschinellem Lernen und Robotik zu bewältigen.

Anleitung zur Benutzung des „TWO!EARS“-Testsystems: www.twoears.eu.

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