Keep cool – Stresstraining im virtuellen Raum

Stress, so die Definition, ist eine Reaktion des Körpers auf Überforderungen, die das innere Gleichgewicht stören. Wohl jede und jeder hat Stress-Symptome an sich erlebt: Schweißausbruch, hoher Puls, Herzklopfen, Übelkeit, Unkonzentriertheit, ... – oft in Situationen, in denen man sie nicht gebrauchen kann. Das Berliner Forschungsbündnis „Keep Cool“ hat eine Virtuelle Realität entwickelt, in der durch Künstliche Intelligenz  Stress erzeugt wird, wie er bei körperlich, geistig oder emotional außergewöhnlich anstrengenden Herausforderungen auftritt. In dieser VR-Umgebung kann man trainieren, mit dem Stress umzugehen.
„Keep Cool“ ist ein Projekt im Forschungsverbund MR4B „Mixed Reality for Business“. Der erforscht und entwickelt Mixed-Reality-Anwendungen und KI-Instrumente für den Mittelstand in Berlin und Umgebung. In dieser Region gibt es eine hohe Technologiekompetenz, die sich im MR4B-Netzwerk bündelt und die regionale Wirtschaft bei der digitalen Transformation unterstützt. MR4B wird dabei vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt im Rahmen des WIR!-Programms „Wandel durch Innovation in der Region“ unterstützt. Das Verbundprojekt „Keep Cool“ zeigt, dass KI- und VR-Technologien virtuelle Lernumgebungen schaffen können, die sich echt anfühlen.

Zusammenspiel von VR, KI und Sensorik

Martin Steinicke ist Mitinitiator von MR4B und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsgruppe Creative Media an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin. Die HTW leitet das „Keep Cool“-Projekt und hat die Künstliche Intelligenz für den Stress-Simulator entwickelt, dessen Prototyp jetzt am Ende der Projekt-Laufzeit präsentiert wird. Die KI, so Steinicke, lenke das Zusammenspiel von Virtueller Realität und physiologischer Sensorik. Ohne sich tatsächlich in eine komplizierte oder sogar gefährliche Situation zu begeben, könnten mit diesem Stress-Simulator Resilienz und Stressbewältigung trainiert werden. 
Während der gesamten Zeit werden die Vitaldaten der Nutzerinnen und Nutzer gemessen, live an das KI-integrierte System gesendet und ausgewertet – übrigens sicher verschlüsselt, das sei aus Datenschutzgründen wichtig. Martin Steinicke betont, dass diese Herausforderung mit dem Projektpartner Serrala Group GmbH aus Berlin gemeistert wurde. Das Berliner Softwareunternehmen Breakpoint One, ein Spezialist für Datenvisualisierung und immersive, über Virtual Reality (VR) oder Augmented Reality (AR) erlebbare Welten, hat die virtuellen Umgebungen kreiert.

Vitaldaten werden als Grafik sichtbar

Für die Virtuelle Realität wurden zunächst zwei Szenarien entwickelt. Wenn sich die Nutzerinnen und Nutzer die VR-Brille aufsetzen, befinden sie sich entweder in einer Mine und müssen mit einem Tunnelbohrer Gestein abbauen. Oder in einem Hubschrauber, den sie zu Kontrollpunkten in einem Off-Shore-Windpark lenken müssen. „Wir haben uns für diese Szenarien entschieden, weil sie sehr weit weg sind von den Alltagserfahrungen der meisten Anwenderinnen und Anwender und allein darum schon Stresspotenzial besitzen“, erklärt Olaf Sacher, Geschäftsführer von Breakpoint One. Er und MR4B-Koordinatorin Claudia Ghrawi stellen sich für unseren Beitrag als Probanden zur Verfügung. Über einen Sensor am Zeigefinger werden sie mit dem Stressmodell verbunden. An die darin integrierte KI schickt der Sensor die Werte ihrer Körperfunktionen wie Herzfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur oder Hautfeuchte. Die KI macht sich daraus ein Bild des individuellen Stresslevels. Selina Wernike, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der HTW, beobachtet die Kurven am Monitor. Die beiden Probanden zeigen eine gewisse Aufgeregtheit. Die ist bei Olaf Sacher geringer. Das ist erklärlich für Selina Wernike: „Sein Unternehmen hat ja die virtuellen Lernumgebungen entwickelt, er ist also damit vertraut.“

Die KI macht Stress 

„Das Stresstraining soll nicht im angespannten Zustand beginnen, darum haben wir eine virtuelle Entspannungs-Lounge entwickelt“, erklärt Martin Steinicke, während sich die Probanden mit den Controllern durch einen Wald mit umherfliegenden Schmetterlingen und Vogelgezwitscher navigieren. Der Sensor an ihrem Finger misst ihre Daten, sie dienen als Referenzwerte zu den später unter Belastung gemessenen. „Für jeden Menschen entscheidet die KI individuell, so Steinicke, „wie hoch die Belastung sein muss, damit er in das Zielstresslevel der jeweiligen Anwendung gerät“. Claudia Ghrawi in der Mine erlebt gerade einen Steinschlag, und ihr Bohrer funktioniert nicht. Für Olaf Sacher im Hubschrauber verschlechtern sich die Sichtverhältnisse durch Insektenflug. Die KI erteilt der virtuellen Welt Anweisungen, um das Erleben der Probanden zielgerichtet zu beeinflussen.
„Wenn ein Stress-Level erreicht wird, mit dem der Mensch nicht mehr umgehen kann, nimmt die KI den Druck raus. So entsteht ein individuell angepasstes Trainingsprogramm“, sagt Selina Wernike. Sie kann an der Kurve von Claudia Ghrawi ablesen, dass ihr Bohrer wieder funktioniert. Ihr Stress-Level steigt nicht weiter.

Unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten für das Stressmodell

„Die dargestellten Szenarien in der Mine und im Hubschrauber sind geeignet, einen sich echt anfühlenden Stress zu erzeugen, beziehungsweise den Stress-Level zu verändern. Das haben sowohl unsere Berechnungen als auch eine ärztliche Evaluierung ergeben“, sagt Martin Steinicke und ergänzt, dass die Einsatzmöglichkeiten des Stressmodells quasi unbegrenzt sind.
Derzeit gibt es Gespräche mit einer Klinik, die mit dem Stressmodell eine klinische Studie durchführen will. Es soll beim Belastungstraining von Patientinnen und Patienten mit Post-Covid-Syndrom eingesetzt werden. Ebenso könnten Einsatzkräfte etwa bei der Feuerwehr ihre Stressbewältigung an dem Modell trainieren, bevor sie in den „wirklichen“ Einsatz gehen. Dazu gibt es einen engen Kontakt zum brandenburgischen WIR!-Bündnis „Feuerwehr der Zukunft“.