Z E I T U N G

Roboterratten als Vorreiter technischer Innovation

Um mit geschlossenen Augen die Umgebung mit den Fingerspizten zu ertasten, dazu bedarf es schon einiger Erfahrung. Während der Sehsinn Informationen über weiter entfernte Objekte liefert, ist der Tastsinn für die Erkundung naheliegender Objekte unersetzlich. Vor allem nachtaktive Tiere verlassen sich weit stärker auf diesen physischen Sinn als auf ihre Augen. Ratten oder Spitzmäuse bewegen ihre Tasthaare in schnellen Bewegungen kontrolliert vor und zurück und ertasten damit ihre Umgebung. Sie erkennen Objekte, bestimmen ihre Form und Oberfläche und verfolgen ihre Beute. Bisher wurde der Tastsinn bei der Entwicklung von intelligenten, lebensähnlichen Maschinen jedoch weitgehend links liegen gelassen. Die gängigen Systeme setzen nur begrenzt Tastsensoren ein, und das für einfachste Aufgaben wie die Wahrnehmung eines physikalischen Kontaktes. Die Biologie dagegen zeigt einen weitreichenden Einsatz des Tastsinnes im Tierreich auf.

Im Projekt BIOTACT liefert die Natur Inspirationen aus der Verbindung der Themengebiete „whisker morphology“ und neuronaler Verarbeitung von Impulsen. Dabei helfen zwei Spezialisten: die norwegische Ratte und die Etrusker-Spitzmaus. Diese Spitzmaus – das kleinste bekannte Säugetier – jagt Beute, die fast so groß ist wie sie selbst, und muss dabei sehr schnell und präzise angreifen. Dabei verlässt sie sich auf ihren Tastsinn. „Die sensomotorischen Leistungen der Etrusker-Spitzmaus sind erstaunlich. Durch moderne Mikroskopietechniken erwarten wir uns neue Erkenntnisse über ihre Hirnfunktion“, sagt Professor Brecht, der Leiter des Berliner Forschungsteams. Er forscht am BCCN und an der Humboldt-Universität.

Neun Arbeitsgruppen aus sieben Ländern bringt das mit 7,3 Millionen Euro geförderte Projekt zusammen, um wissenschaftliche Erkenntnisse über den Tastsinn von Tieren auf künstliche Systeme zu übertragen.

BIOTACT wir von Prof. Tony Prescott von der Universität Sheffield koordiniert. Basierend auf dem Tastsinn verschiedener Tierarten wird sein Forschungsteam zwei Roboter konstruieren, die mit einem ähnlichen physischen Sinnessystem ausgestattet sind. Darunter ist ein Roboter mit Tasthaaren, der bewegte Objekte ausfindig machen, identifizieren und verfolgen kann. „Unser Projekt wird einen Meilenstein im Verständnis des aktiven Tastsinns und der Verwendung von tasthaarartigen Sensoren in intelligenten Maschinen setzen. Indem wir von der Natur lernen und Technologien entwickeln, die diesen physischen Sinn verwenden, werden unsere Wissenschaftler die Fähigkeiten zukünftiger Maschinen enorm verbessern“, sagt Prof. Prescott.

In Zukunft könnte diese Technologie Rettungsrobotern oder Minensuchmaschinen ermöglichen, auch bei Dunkelheit durch unwegsames Gelände zu navigieren und Objekte zu ertasten.

Mehr Infos: BIOTACT (BIOmimetic Technology for vibrissal ACtive Touch): www.biotact.org

Spionage mittels Reflexionsauswertung

Reflexionen in den Augen einer harmlosen Bildschirmbetrachterin sind nicht länger sicher. Über Reflexionen in spiegelnden Flächen wie Teekannen, Kaffeetassen, Brillengläsern oder eben im Auge der Betrachterin können Daten eines beliebigen Bildschirms ausspioniert werden. Das haben Informatiker vom Lehrstuhl für Informationssicherheit und Kryptographie der Universität des Saarlandes untersucht. Die Forschungsergebnisse wurden auf der CeBIT 2008 vorgestellt. Mit einer speziell angepassten Teleskopausstattung konnten die Saarbrücker Wissenschaftler noch in einer Entfernung von über zehn Metern Informationen rekonstruieren, die in verschiedenen Gegenständen gespiegelt waren. Das Forscherteam geht davon aus, dass man mit professionelleren Geräten mühelos aus größerer Entfernung, etwa vom Fenster eines Nachbargebäudes aus, geheime Daten auf diese Weise ablesen könnte.

Findige Kriminelle könnten die Saarländer Erkenntnis nutzen, um Industriespionage zu betreiben, Bankdaten zu erschnüffeln oder Politiker und Prominente zu beschatten. Den Informatikern im Team von Prof. Backes ging es natürlich nicht darum, sondern sie wollen Sicherheitslücken frühzeitig aufdecken und auf mögliche Gefahren hinweisen. In früheren Studien hatten bereits andere Forscher herausgefunden, dass Daten aus den Abstrahlungen des Kabels eines LCD-Bildschirms abgelesen werden können oder über die elektro-magnetische Abstrahlung eines Röhrenbildschirms. Die Saarbrücker Informatiker dagegen konzentrierten sich darauf, wie die bloße optische Abstrahlung eines LCD-Monitors genutzt werden kann, um von einem Bildschirm, der vom Betrachter abgewandt ist, Informationen abzulesen.

Sie fanden heraus, dass sich die Daten eines LCD-Bildschirms auch auf gekrümmten Oberflächen wie Teekannen oder Tassen erkennbar spiegeln. Diese verzerrten Spiegelbilder können über größere Entfernungen von Teleskopen erfasst, fotografiert und mit entsprechender Software entzerrt werden. Die besten Ergebnisse erhielten die Forscher mit den Brillengläsern der PC-Nutzer und mit einer Teekanne, die auf dem Schreibtisch neben dem Bildschirm stand. Immer noch entzifferbare Daten lieferten die Reflexionen der Augen von Personen, die direkt am Bildschirm saßen. Hier waren allerdings die schnellen Bewegungen des Auges vor allem bei größeren Entfernungen ein Hindernis. Nach Meinung der Wissenschaftler könnte dies jedoch schon bald durch besseres Equipment und verfeinerte Algorithmen ausgeglichen werden.

Insbesondere die guten Spiegelungen in den Brillengläsern der PC-Benutzer stellen ein großes Sicherheitsproblem dar. Wie wir in einer alten Zeitungsausgabe mal erhoben haben, nutzen besonders viele Informatikerinnen Sehhilfen. Nicht Wenige davon Brillen. Die Reflexionen auf der Brille können nicht vermieden werden, ohne den Benutzer stark einzuschränken, gleichzeitig können so jedoch auf eine Entfernung von zehn Metern noch Texte mit einer 12-Punkt-Schrift problemlos entziffert werden. Auch auf den verschwommenen Bildern, die man über die Reflexion im Auge erhält, kann man noch Überschriften und (mit einigen Kenntnissen über den Kontext) auch Webseiten und Diagramme ablesen. Für das Fotografieren einzelner Webseiten über das Teleskop reichten Belichtungszeiten von einer Sekunde. Lediglich bei den sich schnell bewegenden Augen mussten die Bilder in Zehntelsekunden aufgenommen werden. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass man beim Thema Informationssicherheit nicht vorsichtig genug sein kann. Es ist von einer großen Phantasie der kriminellen Gegner auszugehen. Wer sich der beschriebenen Gefahren bewusst ist, kann sich nur schützen, indem er beim Umgang mit sensiblen Daten Rollläden oder Vorhänge schließt und nach versteckten Teleskopen Ausschau hält.

Das Forschungsteam von Prof. Michael Backes an der Universität des Saarlandes wird seine Forschungsergebnisse auf der größten internationalen Konferenz für Sicherheitsthemen, dem „IEEE Symposium on Security and Privacy“ in Oakland/USA im Mai 2008 vorstellen.

Fragen?

• www.infsec.cs.uni-sb.de/projects/reflections
• www.informatik-saarland.d

Weiterlesen: „Compromising Reflections: How to read Computer Monitors around a Corner“
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Plasma

Ein Plasmabildschirm erzeugt das verschiedenfarbige Licht mit Hilfe von Leuchtstoffen. Durch Gasentladungen erzeugtes „Plasma“ bildet die Farben.
Im Prinzip viele tausend winzig kleine „Neonröhren“, die das Bild erzeugen… Wobei hier nicht reines Neon eingesetzt wird, sondern ein Gemisch aus Neon und Xenon.

OLED (Organic Light Emitting Device)

OLED steht für „Organische Leuchtdiode“. Das sind dünne Glasscheiben oder Plastikfolien, die mittels Ink-Jet-Technik (Druckprinzip wie bei einem Tintenstrahlducker) mit organischen Verbindungen bedruckt werden. Diese vielen Tausend Einzel-LEDs werden dann im Prinzip wie bei einer Lichtorgel angesteuert und erzeugen das Bild…

LCD (liquid crystal display)

Als Flüssigkristall bezeichnet man eine Substanz, die einerseits flüssig ist, andererseits aber auch Eigenschaften aufweisen wie ein Kristall (etwa bei der Lichtbrechung).

TFTs (thin film transistor)

TFTs basieren auf Flüssigkristallen zwischen zwei Glasscheiben, die von hinten beleuchtet werden. Diese können ihre Ausrichtung verändern und in Abhängigkeit davon Licht durchlassen oder blockieren. Wieviel Licht die LCDs letztendlich durchlassen und welche Farben entstehen, wird durch einen Farbfilter und zwei Ausrichtungsfilter bestimmt. TFT, PVA oder MVA heißen die Techniken, die diese LCDs steuern…

Oder etwas technischer: Das Funktionsprinzip von TFT-Monitoren beruht darauf, dass die Flüssigkristalle auf einer Glasoberfläche elektronisch ausgerichtet werden. Abhängig von deren Ausrichtung werden die Bildpunkte des Panels vom Licht der Hintergrundbeleuchtung angestrahlt. Polarisationsfilter, Farbfilterfolien und die Ausrichtungsschichten (Alignment Layer) steuern, wie viel Licht auftrifft und welche Farben sich am Display zeigen. In TFTs werden fast ausschließlich MVA-Panels (Multi domain Vertical Alignment) verwendet. Bei MVA-Panels werden nur Teilbereiche der Farbzelle horizontal zum Substrat ausgerichtet. Solche Displays sind aufwändiger in der Herstellung, erlauben aber kürzere Reaktionszeiten und größere Sichtwinkel.

Anders funktioniert das von Samsung und Dell eingesetzte PVA-Panel. Die PVA-Technik (Patterned multiple domains Vertical Alignment) ermöglicht durch die Kompaktheit der Flüssigkristallmoleküle einen großen Betrachtungswinkel von maximal 170 Grad. Die kurzen Ausrichtungswege ermöglichen eine kurze Reaktionszeit. Da die Moleküle nebeneinander angeordnet sind, sind die Pixel sehr lichtdurchlässig. Das bringt eine hohe Kontrastrate mit sich.

Quellen

• Grundlagen: mein Kollege Systemadministrator
• „Multi domain Vertical Alignment“-Erklärung mit Grafiken
• LCDbildschirmerklärung mit Grafiken
• TFT-Technologie

Touch screen (engl.): „Touch“ = Berührung und „Screen“ = Bildschirm

Sie sind überall – naja, fast überall. Wer von Euch einen PDA (personal digital assistant) hat, ein Navi oder schon mal Fahrkarten am DB-Automaten kaufen war, kennt sie. Diese Bildschirme, auf denen sich wunderbar Fingerabdrücke nehmen lassen ;-)

Im Ernst, wer weiß schon, wie genau das Ganze funktioniert? Ich hab da mal recherchiert…

Eine der technisch möglichen Arten von Touchscreens besteht aus einer dünnen, durchsichtigen, mehrlagigen Folie, die mit sehr dünnen Drähten in x- und y-Richtung in einem als Raster durchzogen ist. Die Drähte in x-Richtung sind mittels einer Folie durch einen Abstand von den Drähten in y-Richtung getrennt.

Wenn man auf einen Kreuzungspunkt des Gitters drückt, verändert sich die Kapazität (= Maß für die Fähigkeit eines Körpers oder Systems, elektrische Ladung zu speichern) dieser Drähte oder Leitungen. Die Kapazitätsänderung wird gemessen und ausgewertet – so werden die Koordinaten festgestellt, an denen der Druck ausgeübt wird.

Eine einfache kurze Erklärung von drei unterschiedlichen Touchscreentechniken findet Ihr im Web: http://www.physikfuerkids.de/wiewas/touch/

Eine mögliche Anwendung im Bereich interaktiver Kunst hab ich mal als Referatsthema vorgestellt http://www.oelinger.de/maria/interact/avolve1.htm
(Achtung, ist sehr antiquiert ;-)

Leider hab ich keine vernünftigen Grafiken gefunden. Wer welche hat, immer her damit in die Kommentare.