UH Moment: Mixed Reality legt die Messlatte für Weltraumarchitektur auf Mond und Mars höher

„Der Realismus der Simulation ist ziemlich überwältigend. Es fühlte sich großartig an und es fühlte sich real an.“

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Im dritten Stock des Architekturgebäudes der University of Houston, im Raumarchitekturlabor von Olga Bannova, ist Paolo Mangili an einen Gurt geschnallt, der an einem Kran hängt und etwa 60 cm über dem Boden schwebt, um Schwerelosigkeit zu simulieren. So etwas erleben Astronauten im Weltraum, auf dem Mond oder sogar auf dem Mars. Auch der wissenschaftliche Mitarbeiter ist dafür gekleidet und trägt ein Modell eines Raumanzugs für außerbordliche Aktivitäten sowie eine Mixed-Reality-Brille (MR). Er und ein Forscherkollege, Vittorio Netti, bauten den Anzug.

Während Mangili am Kran hängt, kann er einen virtuellen Weltraumspaziergang in einer simulierten Virtual-Reality-Umgebung (VR) unternehmen. Sobald er seine Füße wieder auf den Boden setzt, verändert sich seine simulierte Umgebung und durch seine Brille kann er die weite Landschaft des Mars sehen, mit einem bereits gelandeten Rover und einem Lebensraum, den Astronauten eines Tages ihr Zuhause nennen können. Anschließend kann er daran arbeiten, basteln, verschiedene Teile reparieren und sicherstellen, dass sie sicher sind. Je nachdem, was die Gruppe studiert, ist er möglicherweise auch auf dem Mond oder schwebt per Extended Reality (XR) sogar in die Internationale Raumstation.

Hier gibt es keine Metapher, aber wenn es um die Realität geht, gibt es viele. Das Bannova-Labor ist ein XR-Labor mit einer großen Familie, die MR, VR und Augmented Reality (AR) umfasst.

Bei XR dreht sich alles um ein Gefühl der Realität. Es verbindet physische und digitale Welten und vermischt natürliche und intuitive 3D-Interaktionen zwischen Mensch, Computer und Umwelt. Jeder, der einen Instagram- oder Snapchat-Filter oder eine virtuelle Brillenanpassungsanwendung verwendet hat, hat Mixed Reality verwendet. Es versetzt Sie im Grunde in die Computerwelt.

„Jede Umgebung kann in der virtuellen Realität nachgebildet werden. Ich habe die Erde vom Weltraum aus gesehen. Das war tatsächlich ein ziemliches Gefühl, weil der Realismus der Simulation ziemlich überwältigend ist. Es fühlte sich großartig an und es fühlte sich real an“, sagte Mangili.

Im Bannova-Labor wird XR verwendet, um Mixed Reality in die Gestaltung von Raumstrukturen zu integrieren und so die Raumgestaltung für Designer interaktiver und nachvollziehbarer zu machen.

„Die Optimierung der Mensch-System-Integration ist eine grundlegende Aufgabe des Hardware-Designprozesses für bemannte Raumfahrtmissionen“, berichtet Bannova in der Bibliothek der American Society of Civil Engineers, einem Artikel, der aus von der Firma Boeing gesponserten Studien aus den Jahren 2020–2021 hervorgegangen ist wird bis 2023 fortgesetzt. „Bei den derzeit verwendeten Entwurfsmethoden ist die Innovation seit einigen Jahrzehnten ins Stocken geraten. Die Standardmethode verwendet Computersimulation oder High-Fidelity-Mockups. Ein solcher Ansatz ist mit hohen Kosten und einer langen Implementierungszeit verbunden.“

Bannova kennt sich aus. Sie ist Direktorin des Sasakawa International Center of Space Architecture (SICSA) und seines MS-Space Architecture-Programms (das einzige auf der Welt) an der University of Houston. Und während fast jeder davon träumt, ins Weltall zu fliegen oder zum Mond zu fliegen, träumt Bannova davon, wo man dort übernachten wird, wenn man dort ankommt, oder welches Auto man fahren wird, um herumzukommen. Das alles erarbeiten ihre Studierenden virtuell.

„Diese Technologien sollten genutzt werden, um die Abhängigkeit vom physischen Prototyping von Assets zu verringern und zur Optimierung des Designprozesses beizutragen, wodurch die Forschungs- und Entwicklungszeit drastisch verkürzt und ein höheres Maß an Immersion erreicht wird“, sagte Bannova. „Es besteht jedoch eine Lücke im allgemeinen Verständnis darüber, wie diese neuen Technologien effektiv genutzt und für die Entwicklung von Weltraumhardware eingesetzt werden können.“

Es sieht nicht nach einer Lücke im Bannova-Labor aus.

Die vorgeschlagene Methodik wurde im Rahmen einer von Boeing gesponserten sechsmonatigen Forschungs- und Designstudie zur Mondoberflächenarchitektur entwickelt. Netti, Leiterin des XR-Labors, leitete die Arbeit, die von Lehrkräften und Studenten am SICSA durchgeführt wurde. Ziel der Studie war es, einen Entwurfsprozess zu definieren, der mögliche Szenarien für den Oberflächenbetrieb, die Entwicklung einer Bewertungsmethodik und eine Oberflächenanalyse für den konzeptionellen Entwurf eines Mondgeländefahrzeugs und eines kleinen Mondlebensraums umfasst.

Zufälligerweise nahm die Entwicklung kommerzieller immersiver Technologien in den letzten Jahren zu und wurde sogar erschwinglich, während die Raumfahrtindustrie Schwierigkeiten hatte, neue Bewertungstechniken zu implementieren, die den Menschen auf dem Laufenden halten.

Über zwei Jahre hinweg entwarf und baute Netti den sogenannten „Käfig“, in dem das XR-Setup untergebracht ist. Es ähnelt der NASA-Höhle mit einer Besonderheit.

„Die Greenscreens ermöglichen es uns, Kameras im Raum zu positionieren. Wenn ich auf den Bildschirm schaue und den Blickwinkel der Kamera betrachte, kann ich die Person sehen, die die Operation in der Virtual-Reality-Umgebung durchführt“, sagte Netti, die das Projekt leitet zeigen, wenn Mangili baumelt.

Vor einer Marslandung gibt es viel zu tun. Hardware muss getestet, Mondrover eingesetzt werden. Bannovas Studenten arbeiten an all dem. Zu den zukünftigen Aufgaben gehört die Demonstration und Erprobung des vorgeschlagenen Systems anhand verschiedener Arten von Lebensräumen, die sowohl für Mond- als auch für Marsoberflächen konzipiert sind.

„Unsere aktuelle Studie für Boeing besteht darin, die Methodik zu erweitern, um sie zum Testen von Designs in der Mikrogravitation anzuwenden, die sich von der partiellen Schwerkraftumgebung des Mondes unterscheidet“, sagte Bannova. Mikrogravitation wird manchmal auch Schwerelosigkeit oder der Zustand genannt, der innerhalb der Internationalen Raumstation herrscht.

Scheint ein einfacher Test zu sein. Bannovas Schüler sind dort bereits hineingeschwommen.