Prof. Dr.-Ing. Thorsten A. Kern

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Prof. Dr.-Ing. Thorsten A. Kern

Technische Universität Hamburg
Institut für Mechatronik im Maschinenbau

Prof. Dr.-Ing. Thorsten A. Kern

Technische Universität Hamburg
Institut für Mechatronik im Maschinenbau

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Ließe sich ein Hologramm berühren, wie würde sich dieses anfühlen? Ähnlich der Lücke zwischen den ausgestreckten Zeigefingern Adams und Gottes im weltberühmten Fresko Michelangelos, trennt uns bis jetzt die fehlende haptische Erfahrung im Kontakt mit optischen Simulationen. Professor Kern von der Technischen Universität Hamburg setzt an diesem Punkt mit seiner Forschung zur Schnittstelle Mensch-Maschine an. Als Experte für Mechatronik im Maschinenbau verbindet Professor Kern sein Wissen über elektromechanische Systeme mit der praktischen Umsetzung in haptische und optische Simulationen. Die so hervorgerufene Erweiterung der Realität möchte Professor Kern zu einem spürbaren Erlebnis machen. Seine Forschungsergebnisse am Schnittpunkt Mensch-Maschine bilden damit einen idealen Anknüpfungspunkt für andere Disziplinen.

Haptik und Optik an der Schnittstelle Mensch-Maschine

Professor Kern widmet sich der Frage, wie der Mensch mit etwas in Interaktion treten kann, dass nicht existent ist, sich allerdings so anfühlt und aussieht. Im Fokus der Weiterentwicklung dieser Interaktion zwischen Mensch und Maschine stehen die Gebiete Haptik und Optik. Seine Forschungsergebnisse und Erfindungen finden ihre praktische Umsetzung in verschiedenen Anwendungsbereichen: So trieb Professor Kern beispielsweise die Basis heutiger Augmented-Reality-Anwendungen in der Automobilindustrie auf dem Feld der Head-up-Displays voran, das nützliche Informationen auf die Windschutzscheibe eines Automobils einspiegelt. Neben dem Nutzerkomfort bieten die innovativen Haptik-Konzepte auch die Erfahrung von unsichtbaren Prozessen. Exemplarisch steht dafür im Bereich der Medizintechnik eine Operationsnadel, die eine Vibration in einem speziellen Handschuh erzeugt, sobald sie Muskeln einer bestimmten Dichte berührt.

Interdisziplinäre Anwendung wirtschaftsnaher Forschung

Professor Kerns Expertise beruht auf dessen langjähriger Erfahrung, die er sowohl praktisch im Automobilsektor sammeln wie anwenden konnte, als auch durch seine intensive Forschung im Bereich der Medizintechnik. So verfügt Kern bereits über mehr als zehn Jahre Managementerfahrung im Industrieumfeld, erwarb indes über 20 Patente und revolutionierte durch das von ihm miterfundene Daimler Touchpad nicht nur die Steuerung eines Autos, sondern das gesamte Fahrerlebnis. Kerns Expertise ist interdisziplinär anwendbar und dementsprechend wertvoll für unterschiedlichste Wirtschaftszweige, die er gerne durch Gerätkonzipierung, Designentwicklung sowie durch moderne Validierungsverfahren unterstützt und begleitet.  Neben seinem Erfahrungsreichtum verfügt Kern über modern ausgestattete Labore, die von Nachwuchswissenschaftlern intensiv genutzt werden: Hier entwickelt die jüngste Wissenschaftlergeneration der TUHH unterschiedlichste Forschungskompetenzen, die sich prinzipiell an den Anforderungen der Industrie orientieren. Kerns Expertise im Innovations- und Produktmanagement öffnet Wege für Forschung und Entwicklung in die Wirtschaft und damit auch für innovative und kreative Ideen, die den Umgang mit z.B. Hologrammen aller Art neu denken.

Vorrangig dreht sich für Professor Kern alles um die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, die er nicht nur weiterentwickeln, sondern auch zu einem taktilen Erlebnis machen möchte. Kreativität und Leidenschaft für sein Thema sind dafür zwei Grundvoraussetzungen, die ihn einerseits auszeichnen und die er andererseits spielend leicht mit seiner Expertise für elektromechanische Systeme verbindet. Kerns Ideenreichtum eröffnet unterschiedlichen Branchen neue Wege: So plant er mehrere langfristige Kooperationen mit Unternehmen, die in der vielfältigen Spannweite von Gaming über Luftfahrt bis hin zur Medizintechnik angesiedelt sind.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

SmartGrid Simulations

Das Ziel, den Anteil an erneuerbaren Energien am gesamten Strommix bis 2050 auf 80 % ansteigen zu lassen, unterstützt das Institut für Mechatronik im Maschinenbau unter der Leitung von Professor Kern im Bereich intelligenter dezentraler Energiesysteme. Autarke Mikronetze mit Energieerzeugern wie beispielsweise Wind- und PV-Anlagen sollen mit den Hauptnetzen interagieren und zudem Systemdienstleistungen bereitstellen. Neben Kosteneinsparung für das Gesamtnetz bietet der Aufbau von Mikronetzen die maximale Ausnutzung erneuerbarer Energien bei gleichzeitiger Einhaltung der Netzstabilität.

Haptische Geräte

Die Schnittstelle Mensch-Maschine ist auf dem Gebiet der Haptik eine ebenso unterschätzte wie am wenigsten bewusste Interaktion. Aufgrund der Bedeutung des menschlichen Sinns der Haptik, forscht Professor Kern an den Möglichkeiten der mechanischen Interaktion mit der Umwelt. Dabei entwickelt das Institut Unterstützung für haptische Systeme, bietet Messfähigkeit für Berührungs-Interaktionen an und untersucht Entwurfsgrenzen für haptische Systeme.

Optische Projektionssysteme

Das System der Bilderzeugung im Bereich virtuelle Realität, Augmented-Reality Anwendungen sowie sogenannten „Head-up-Displays“ (HUD) bietet für die Forschung ein interessantes Feld im Bereich Design und Umsetzung der Produkte. Gerade durch die verstärkte Nutzung von Wellenleiter-basierten Pupil-Eyebox-Expandern steht die Forschung vor der Herausforderung, äußere Störfaktoren (z.B. Sonnenlicht) in ihren Auswirkungen auf Technik und Anwendung zu untersuchen. Das Team unter der Leitung von Professor Kern legt dabei den Fokus auf die Quantifizierung von Leistungsdaten von Projektionssystemen, Anwendung finden HUDs in Luftfahrt, der Automobilbranche sowie Augmented-Reality Wearables.

Elektrische Sensorensysteme

Drei Herausforderungen bestimmen die Messung jedweder Größe:

  1. Identifikation des Materials und Geometrie, die möglichst effizient den zu messenden Wert (mechanisch, chemisch, optisch) in einen elektrischen Wert umwandelt (z.B. Widerstand oder Ladung)
  2. Entwicklung einer Sensor-Elektronik zur Messung der Werte
  3. Kombination mehrerer Sensorinformationen, um die zu messende Information herauszufiltern

Das Team unter der Leitung von Professor Kern legt seinen Fokus auf Punkt 2 und 3.

Elektrische Maschinen und Aktoren

Das Institut für Mechatronik im Maschinenbau (iMEK) unter der Leitung von Professor Kern bietet fundierte Analyse von Antriebs- und Aktorensystemen. Beispiele hierfür sind die Messung und Auswertung von Leistungs-Transferfunktionen auf Schiffen oder die Simulation von mechanischen Lasten bei hohen Frequenzen zur Analyse von Frequenzumrichtern und Treiberstufen.

Zukunftsvision

Die aktive haptische und die passive taktile Wahrnehmung von künstlichen Ereignissen, die für den menschlichen Körper bis jetzt nicht fühlbar sind, ist ein Ziel der Forschung Professor Kerns. Der Entwurf technischer Systeme muss sich an den physiologischen Parametern orientieren, so dass eine Übersetzung subjektiver Wahrnehmung in überprüfbare Entwurfskriterien erfolgen muss. Dafür die Grundlagen zu legen und zielgerichtete Entwicklung überhaupt erst zu ermöglichen ist Professor Kerns Vision.

Darunter zählen beispielsweise Effekte für das 5D-Kino oder die physische Wahrnehmung von Magnetfeldern und Hologrammen. Die optische Darstellung von Objekten als Augmented- Reality bietet großes Potenzial für interdisziplinäre Weiterentwicklungen.

Schwerpunkte

  • Mechatronik (elektrische Mechanik)
  • Telemanipulation
  • Simulation der Haptik (auch im Rahmen der Virtual Reality)
  • Entwicklung von mechanisch-elektrischen Systemen
  • Mechanisch-elektrische Systeme entwickeln (auslegen, technisch ausführen, umsetzen, testen)
  • Täuschung vom haptischen/optischen Sinn und innovative Optikkonzepte
  • Energiegewinnung durch Sensorik
  • Entwicklung elektrischer Sensorsysteme

Kooperationen

  • Deutsche Gesellschaft für Biomedizintechnik (DGBMT)
  • DIN NA 023-00-04 GA und ISO/TC159/SC4/WG9
  • EuroHaptics Society (EHS)
  • Gesellschaft für Maritime Technik (GMT)
  • Lichttechische Gesellschaft (LiTG)

Interessiert an

Professor Kern hat großes Interesse an innovationsorientierten Verbundprojekten sowie anspruchsvoller Auftragsforschung und Projektentwicklung im Bereich von Innovationen für die Forschungsfelder Haptik und Optik. Externe Kompetenzfelder der Softwareentwicklung, Daten/Erfahrungswerte der Industrie sowie optische Sensorik/Messtechnik bieten dabei ideale Kooperationsmöglichkeiten.

Digital Leadership

Ein Gespräch über das Silicon Valley Mindset, Innovation durch Kooperation...

Wissen entdecken, Expertise finden &

gemeinsam Ideen verwirklichen