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Alex Kipman (Brasilien)

Finalist für den Europäischen Erfinderpreis 2018

Alex Kipman (Brasilien)

Kategorie: Nicht-EPO-Staaten

Sektor: Mixed-Reality-Headsets

Unternehmen: Microsoft (Vereinigte Staaten)

Patent: EP3028121

Erfindung: Intelligente Mixed-Reality-Brille HoloLens

Für die Interaktion mit der realen Welt – und für die Interaktion untereinander – können wir schon bald eine neue Generation von Datenbrillen nutzen. Die von dem brasilianischen Softwareingenieur und Hardwareerfinder Alex Kipman entwickelten und von Microsoft vermarkteten HoloLens "mischen" die Realität mit hologrammähnlichen Überlagerungen. Sowohl Geschäftsleute als auch Patienten, die sich einer Operation unterziehen müssen, könnten davon profitieren, denn die Technologie ermöglicht beispielsweise "holografische Telefonkonferenzen", und sie findet Eingang in die computergestützte Chirurgie.

kipman-side-visualDurch unsere Tablets und Smartphones haben wir heute Zugriff auf eine riesige Fülle von Informationen. Die Kehrseite der Medaille ist, dass wir jeden Tag fast zehn Stunden damit zubringen, auf Computerbildschirme zu starren. Deshalb möchte Alex Kipman, Computerspezialist bei Microsoft, den menschlichen Blick wieder zurück auf die reale Welt richten, jedoch ohne dass wir auf auf die Dienste des Rechners verzichten müssen.

Die Mixed-Reality-Datenbrille des Erfinders, die von Microsoft den Namen "HoloLens" erhalten hat, kombiniert die Ansicht der realen Welt mit digital überlagerten Hologrammen. Die Träger der Brille können diese realitätsnahen Bilder - beispielsweise die dreidimensionale Darstellung einer anderen Person - anschauen und manipulieren, während sie gleichzeitig auch noch die reale Welt um sie herum wahrnehmen.

Mit großer Rechenleistung ausgestattet, erkennen die HoloLens die Umwelt durch die patentierten Sensoren des Erfinders. Die Nutzer bedienen das Gerät ganz ohne Tastatur, Spielkonsolen oder Touchscreens. Anstatt dessen sind die HoloLens dank integrierter Algorithmen für maschinelles Lernen in der Lage, Gesten zu interpretieren und Sprachbefehle zu verstehen. Die dadurch entstehende "Mixed Reality" bindet die Computer nun nahtlos in die alltäglichen Aktivitäten ein, sei es bei der Arbeit oder in der Freizeit.

Gesellschaftlicher Nutzen

Einige Branchenkenner glauben, dass Mixed-Reality-Geräte wie die intelligente Brille HoloLens an die Stelle von Smartphones treten könnten. Experten von Gartner gehen davon aus, dass schon im Jahr 2020 30 % aller internetzugriffe ohne Bildschirm erfolgen werden. Angetrieben wird die Technologie beispielsweise durch die Nachfrage nach assistierter Navigation, nach Spielen und Liveübersetzungen. Tatsächlich werden wohl bis 2020 bereits 100 Millionen Verbraucher die "Augmented Reality" - wie die "Mixed Reality" auch manchmal bezeichnet wird - für "Personal Shopping Assistance"-Anwendungen (comScore) nutzen.

Softwareentwickler sind gerade dabei, eine Fülle von Anwendungen für Kipmans Datenbrille in in der Mixed-Reality-Softwareumgebung von Windows 10 zu kreieren. So setzt der Konzern thyssenkrupp die Brille beispielsweise für die Wartung und in der Qualitätssicherung ein, und die berühmte amerikanische Cleveland Clinic bietet ein interaktives Lernprogramm in Anatomie damit an. Spanische Chirurgen setzten die HoloLens 2017 bei einer Operation zur Entfernung eines malignen Muskeltumors ein. So konnten sie während des Eingriffs Live-MRTs sehen und auf Radiografiedaten zugreifen.

Wirtschaftlicher Nutzen

Nach siebenjähriger Entwicklungsphase führte Microsoft die HoloLens 2015 erstmals als Prototyp ein. Sie arbeitet mit Kipmans patentierten Sensoren, die er für die Videospielsteuerung Kinect entwickelt hatte. Die HoloLens sind derzeit als "Development Edition", die für Softwareprogrammierer gedacht ist, für 2 556 EUR erhältlich. Die Enterprise-Version kostet 4 260 EUR.

Microsoft hat bisher rund 50 000 Stück seiner HoloLens verkauft. Im Vergleich zu den mehr als eine Million alleine im dritten Quartal 2017 verkauften "Virtual-Reality-Headsets" ist das natürlich relativ wenig. Aber das Unternehmen, das im Geschäftsjahr 2017 rund 73 Milliarden EUR einnahm, schafft sich seinen Markt für Mixed-Reality-Produkte ganz gezielt durch strategische Entwicklungspartnerschaften mit Unternehmen wie Lowe's, Boeing, Saab und Volvo.

Die Consulting Digi-Capital bezifferte den globalen Markt für Augmented-Reality-bzw. Mixed-Reality-Produkte 2016 auf 3,3 Mrd. EUR. Das Unternehmen geht davon aus, dass diese Zahl bis 2021 auf 92 Mrd. EUR angewachsen sein wird. Als Markttreiber sieht es die nächste Generation der mobilen Augmented-Reality-Geräte, zu der auch die HoloLens von Microsoft zählen. Wenn Microsoft erst einmal eine attraktive Mixed-Reality-Bibliothek aufgebaut hat, könnten Produkte wie die App Holoportation zur Ausrichtung von Telefonkonferenzen mit 3D-Effekt in die Liga der Bestseller aufsteigen, zu der beispielsweise die Commercial Suite von Office 365 mit über 100 Millionen Usern gehört.

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    HoloLens: intelligente Mixed-Reality-Brille

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Funktionsweise

Zur aktuellen Generation von Mixe-Reality-Brillen gehören beispielsweise "intelligente" Skibrillen, die Daten wie Höhenangaben, Temperatur oder Puls in das Sichtfeld des Trägers einblenden. Diese Geräte zeigen jedoch nur zweidimensionale Texte und Grafiken an und müssen überdies an ein Smartphone angeschlossen werden, das ihnen die Rechenleistung zur Verfügung stellt.

Bei den HoloLens hingegen handelt es sich um ein eigenständiges Gerät, das unabhängig von externen PCs, Tablets oder Smartphones funktioniert. Die gesamte erforderliche Rechenleistung ist in den eingebauten, an die jeweilige Aufgabe angepassten Prozessoren enthalten. Das sind die zentrale Recheneinheit (CPU), ein Grafikprozessor (GPU) sowie ein maßgeschneiderter Holografieprozessor (HPU),wobei letzterer eine absolute Branchenneuheit ist.

Die HoloLens "lesen" ihre Umgebung, und dabei erfassen diese Prozessoren in jeder Sekunde mehrere Terabyte an Daten. Die Daten werden von einer Trägheitsmesseinrichtung (IMU), einer Tiefenkamera, einer 2,4-Megapixel-Videokamera, vier Mikrofonen und einem Umgebungslichtsensor geliefert.

Wie der Name vermuten lässt, verdanken die HoloLens ihren innovativen Vorsprung den Wellenleiterlinsen, die dem menschlichen Gehirn vorgaukeln, bei den Photonen handele es sich um feste, dreidimensionale Gegenstände - es sind also Hologramme. Berechnet werden diese in der GPU, und für die Anzeige sorgen die "Lichtgeneratoren" des Geräts, zwei winzige Flüssigkristall-auf-Silizium-Projektoren, also miniaturisierte LCD-Displays mit aktiver Matrix, die Licht auf die beiden Linsen werfen.

Das Bild wird zwischen den beiden Linsen im Hinblick auf Klarheit und Tiefe angepasst und dann mit der realen Welt "verschmolzen", so dass vor den Augen des Trägers holografische Bilder entstehen. Diese scheinen wenige Zentimeter oder auch viele Meter entfernt zu sein, erscheinen also mit realistischer Tiefenschärfe.

Der Erfinder

Der in Curitiba in Brasilien geborene Alex Kipman entdeckte seine Leidenschaft für das Programmieren bereits im Alter von sechs Jahren beim Spielen von Videospielen. "In der Software ist man nur an die Grenzen seiner eigenen Fantasie gebunden", schwärmt Kipman. Mit Microsoft, wo er 2001 nach Erwerb eines Bachelorabschlusses in Softwareentwicklung am Rochester Institute of Technology anfing, hatte er ein globales Unternehmen gefunden, das seiner Fantasie ebenbürtig war und ihr eine Plattform bot.

Mit seinem Kinect-Bewegungssensor landete er einen ersten Riesenhit - dieser brach 2008 sämtliche Rekorde als das Gerät in der Unterhaltungselektronik, das sich am schnellsten verkaufte. Damit wurde Kipman zu einem Star der Tech-Community. Bisher ist er in mehr als 150 Patenten in den USA und in Asien als Haupterfinder genannt, ebenso in drei erteilten europäischen Patenten, darunter auch das Patent für die Technologie, auf der die HoloLens basieren.

Heute ist Kipman als "Technical Fellow" der Windows and Devices Group bei Microsoft noch immer stark in die Entwicklung neuer Technologie für die HoloLens und die damit im Zusammenhang stehende Windows Mixed-Reality-Softwareplattform eingebunden. Der gerade mal 40-Jährige wurde bereits mit dem "Popular Mechanics Breakthrough Award" ausgezeichnet (2009), und 2012 wurde er von der IPO-Education-Stiftung zum "Erfinder des Jahres" gekürt.

In seinem Privatleben zieht sich der bekennende Futurist Kipman gerne in die Einfachheit der Farm seiner Familie im brasilianischen Regenwald zurück. Dort, fernab von der modernen Welt, unternimmt er mit Frau und Tochter Outdoor-Aktivitäten in der realen Welt - ganz ohne digitale Geräte.

Wussten Sie das?

Die HoloLens übertragen ein schon sehr lange bewährtes technisches Konzept ins Zeitalter der tragbaren Computer. Bereits im 16. Jahrhundert wurde in Theatern eine Technik eingesetzt, bei der Bilder auf transparente Glasscheiben projiziert wurden, um optische Effekte zu erzielen. In den 1940er-Jahren wurde das Prinzip der Projektion von Text auf Glasscheiben für die sogenannten "Head-up-Displays" in Kampfflugzeugen eingesetzt. Wichtige Daten wie Höhe oder Geschwindigkeit konnten in das Sichtfeld des Piloten eingeblendet werden, damit dieser sich voll und ganz auf die Kampfhandlungen konzentrieren konnte, ohne abgelenkt zu werden. Nach demselben Prinzip arbeiten auch die seit Jahrzehnten gebräuchlichen Teleprompter, mit deren Hilfe einem Redner Text angezeigt wird, ohne dass das Publikum dies wahrnimmt.

Kipmans HoloLens katapultieren diese Technik ins 21. Jahrhundert. Sie lassen die holografischen Abbilder echter Menschen mit nie dagewesener Raffinesse aus dem Nichts auftauchen, beispielsweise in Telekonferenzen. Da die Mixed-Reality-Headsets auch keine Computerbildschirme oder Tastaturen mehr benötigen, könnten sie unser ganzes Leben revolutionär verändern und die Smartphones als die wichtigsten Kommunikationsmittel ablösen.   

Kipman sieht den "Tod" des Smartphones bereits in nicht allzu ferner Zukunft. Aktuelle Trends scheinen ihm Recht zu geben - man denke nur an die Spracherkennung durch digitale Helfer wie Cortana von Microsoft, Siri von Apple oder Alexa von Amazon. Eines Tages werden wir uns vielleicht mit Worten und Gesten mit holografischen "Geistern" unterhalten, und das Smartphone wird nur noch ein Gespenst der Vergangenheit sein.

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