Messen, wohin Piloten blicken

Wer schon einmal in einem Cockpit sass, weiss: Ein Flugzeug steuern ist geistig anspruchsvoll. Denn beim Fliegen m¨¹ssen Pilotinnen und Co-Piloten eine enorme Menge an visuellen, akustischen und r?umlichen Informationen verarbeiten. Fordernd ist, laufend die zahlreichen Instrumente im Cockpit zu ¨¹berwachen. Bei einem Man?ver gilt es, rasch die richtigen Anzeigen und das oft in einer bestimmten Reihenfolge zu beachten.

Dieses ?Scanning? der Flugsysteme verinnerlichen Pilotinnen bereits in der Ausbildung. Doch selbst f¨¹r erfahrene Instruktoren ist es schwierig zu beurteilen, ob ein Flugsch¨¹ler im entscheidenden Moment die richtigen Instrumente betrachtet. In einer Kooperation mit der Fluggesellschaft Swiss wendeten Forscher um ETH-Professor Martin Raubal nun erstmals Eye-Tracking-Technologien an, um nachzuvollziehen, wie Piloten die Automatik eines modernen Verkehrsflugzeugs ¨¹berwachen.

Sehen, was die Pilotin sieht

Eye Tracking erm?glicht es, die Augenbewegungen einer Person mittels kamerabasierter Blickmessger?te exakt zu erfassen. ?Da die Augenbewegungen eines Menschen R¨¹ckschl¨¹sse ¨¹ber seine Denkprozesse erlauben, kam Swiss mit der Idee auf uns zu, Eye-Tracking f¨¹r die Pilotenausbildung nutzbar zu machen?, sagt Martin Raubal, Professor f¨¹r Geoinformations-Engineering an der ETH Z¨¹rich.

Aus der Idee wurde eine mehrj?hrige Wirtschaftskooperation. Daran beteiligten sich neben der ETH Z¨¹rich auch die Nasa, Lufthansa Aviation Training sowie die University of Oregon. Das gemeinsame Ziel war, das Training im Flugsimulator zu verbessern und so die Sicherheit im Cockpit zu erh?hen. Raubals Team entwickelte eine Software namens ?iAssyst?, die Fluglehrer bei der Schulung angehender Piloten unterst¨¹tzt. Dar¨¹ber berichteten die Forschenden k¨¹rzlich in der Fachzeitschrift externe Seite Ergonomics.

Entlastung f¨¹r Instruktoren

?iAssyst? steht f¨¹r ?Instructor Assistant System?. Das Programm verkn¨¹pft Video, Audio-, und Simulator-Aufnahmen und stellt gleichzeitig das Blickmuster der Piloten dar. Um Letztere nicht zu st?ren, wurde im Cockpit eines A320-Flugsimulators eigens ein Eye-Tracking-System aus fest installierten Kameras und Infrarot-Sensoren installiert. ?Das Aufsetzen des Systems und die Kalibrierung f¨¹r jeden Flugsch¨¹ler sind zwar aufw?ndiger als bei Eye-Tracking-Brillen, aber wir erreichten damit bessere Resultate?, erkl?rt David Rudi, der die Anwendung w?hrend seines Doktorats am Geogaze-Lab der Professur f¨¹r Geoinformations-Engineering realisierte.

Ihre Software haben die ETH-Forschenden im engen Austausch mit Aviatik-Experten der Projektpartner konzipiert und sp?ter mithilfe von sieben aktiven Swiss-Instruktoren evaluiert. W?hrend eines Trainingsflugs sitzt der Instruktor im hinteren Teil des Cockpits. Dort bedient er den Simulator, agiert als Fluglotse und beobachtet gleichzeitig den Piloten genau. ?Das f¨¹hrt dazu, dass Instruktoren manchmal relevante Informationen verpassen oder falsch einsch?tzen, die f¨¹r die Auswertung des Trainings mit dem Piloten bedeutend sind?, sagt Rudi.

Die R¨¹ckmeldungen aus der Studie zeigten, dass die Instruktoren das Flugverhalten der Piloten mit iAssyst tats?chlich pr?ziser analysieren konnten. ?Das Werkzeug hilft uns, Schw?chen im systematischen Scannen zu erkennen und Wahrnehmungsl¨¹cken in bestimmten Flugphasen zu orten?, best?tigt Benedikt Wagner. Der Swiss-Pilot ist selber Instruktor und hat das Eye-Tracking-Projekt seitens Swiss betreut. Mit der Software k?nnten Ausbilder die Ursachen f¨¹r allf?llige Pilotenfehler besser einsch?tzen und das Training gezielt anpassen.

Auf individuelle Ziele fokussiert

Es ist das erste Mal, dass ein Forschungsprojekt die blickbasierten Interaktionen von Piloten in einem Flugsimulator analysiert. Als Teil der Kooperation war es f¨¹r Raubals Team wichtig, einen eigenst?ndigen wissenschaftlichen Nutzen zu generieren, da f¨¹r die ETH eine optimierte Pilotenausbildung per se als Ziel nicht reichte. ?Deshalb haben wir den Fokus auf die Entwicklung der Software gelegt?, res¨¹miert Rudi.

Der Swiss wiederum ging es im Projekt prim?r um das Scanning im Cockpit. Das konnten sie dank dem Eye-Tracking-System gemeinsam mit Aviatik-Psychologen der Nasa und der University of Oregon separat untersuchen. Die Erkenntnisse m¨¹ndeten in eine neue Richtlinie f¨¹r die visuelle ?berwachung der Flugautomatik. Lufthansa Aviation Training stellte dem Konsortium technisches Know-how und die Infrastruktur im Simulator zur Verf¨¹gung. Schliesslich hat das Bundesamt f¨¹r Zivilluftfahrt BAZL rund 40 Prozent der Projektkosten ¨¹bernommen.

Ein Werkzeug ¨C viele M?glichkeiten

Die naheliegende Anwendung von iAssyst sehen Raubal und Rudi im Evaluierungsgespr?ch nach einem Trainingsflug im Simulator. Langfristig k?nnte das Programm auch in echten Cockpits zum Einsatz kommen. Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg.

Die Luftfahrt ist jedoch nicht das einzige Forschungsgebiet, in dem Eye Tracking dazu beitragen kann, die Interaktion zwischen Benutzer und technischen System zu verbessern. Laut Raubal und Rudi ist eine Anwendung ihrer Software beispielsweise auch in der Medizinausbildung denkbar, wo ?rzte mithilfe von Simulatoren chirurgische Eingriffe am k¨¹nstlichen K?rper trainieren.