Digitaler Zwilling - Ausstellungsgestaltung

Das Internet der Dinge ist ein Begriff, der aktuell und auch zukünftig mit zunehmender Häufigkeit fallen wird. Aus diesem Grund war das Eintauchen in die Vielseitigkeit des IoT unser erster Schritt.

Der digitale Zwilling ist die virtuelle Repräsentanz eines real existierenden Produkts, Services oder Prozesses.

Aus einem Pool interessanter IoT Themen entschieden wir, ein Exponat für den digitalen Zwilling zu entwickeln. Der digitale Zwilling ist ein zunehmend bedeutendes Thema in Industrie und Alltag, jedoch bisher relativ unbekannt. In einer zweiten Recherchephase informierten wir uns tiefgehend mit dem Thema und eigneten uns Wissen als Grundlage für die Vermittlung an.

Rapid Prototype

In einem ersten, schnellen Prototyp sollte die Idee und der grundsätzliche Aufbau des Exponats klar skizziert werden. Aus Kappa bauten wir ein Windrad und den drehbaren Tischaufsatz. Der Kappa-Screen ließ sich auf die vier Stationen schieben. Auf Wireframes aus Papier definierten wir die Kerninformationen der jeweiligen Station. Der Maßstab lag bei etwa der Hälfte der tatsächlich geplanten Größe.

Die ersten prototypischen Screens aus Papier waren besonders hilfreich für den weiteren Prozess. Es war wichtig, die Kernaussagen und einen geeigneten Aufbau herauszuarbeiten. In einer durchgeführten User Befragung bestätigte sich, dass die Drehung des Touchscreens einen interessanten Interaktionspunkt bildet.

Letztlich entschieden wir uns aufgrund der Komplexität der Tischkonstruktion gegen das Konzept und suchten in verschiedenen Iterationen ein ähnliches und umsetzbares Konzept.

Ideation

Die Umsetzbarkeit des Projektes rückte verstärkt in den Fokus. Aus diesem Grund sammelten wir Ideen zur Tischkonstruktion und werteten diese aus. Wir fertigten unterschiedliche Skizzen und entschieden schließlich, einen würfelförmigen Tisch auf MDF zu bauen, auf welchem mittig ein dynamisches Windrad stehen soll und in dem ein Screen eingelassen wird. Zwischen den beiden Zwillingen soll eine Verbindung mithilfe von LEDs visualisiert werden. Die Interaktion des Nutzers ist über den eingelassenen Touchscreen möglich. Das physische Modell (ab Station 2 auch das digitale) dreht sich nach jeder “Weiter”-Eingabe des Nutzers auf eine der vier Ecken des Tisches und kündigt einen neuen Inhalt an.

Unser Ziel war es, ein Exponat zu gestalten, welches für den Nutzer aufregend und interessant ist. Wir fragten uns deshalb, welche weiteren Sinne wir ansprechen und reizen können, um ein positiveres Erlebnis zu schaffen. Wir entschieden uns schließlich für den Gehörsinn und kamen auf die Idee, Windgeräusche über Lautsprecher abspielen zu lassen. Vor jedem neuen Screen wird der Ton abgespielt, woraufhin sich das Windrad dreht und ein neuer Inhalt erscheint. Im Laufe des Prozesses entschieden wir uns, statt Lautsprecher Lüfter zu verwenden, da das Geräusch deutlich angenehmer klingt.

Prototyp

Der physische Zwilling

Für den physischen Part musste der grundsätzliche Aufbau des Exponats gebaut werden: Tisch, Aufsatz, sowie ein Windradmodell.
Die Tischkonstruktion wurde so geplant, dass der Touchscreen für eine durchschnittliche Körpergröße auf angenehmer Höhe liegt. Wir suchten ein Material für den Tisch, welches stabil, in der Verarbeitung einfach und in Schwarz erhältlich ist und wählten schließlich MDF. Aus fünf Platten schraubten wir einen würfelförmigen Tisch mit den Maßen 100cm x 90 cm.
Wir entschieden uns dafür, das Modell des Windrades selbst in SolidWorks aufzubauen. So war es uns möglich, physischen und virtuellen Part identisch darzustellen. Das Modell druckten wir daraus mehrfach 3D, bis wir durch kleine Anpassungen die passenden Maße gefunden haben. Das größte Problem im Aufbau des Modells war das Proportionsverhältnis: Da die Motoren viel aushalten müssen, sind sie relativ groß. Es galt ein Gleichgewicht in den Proportionen des Modells zu finden.

Der digitale Zwilling

Im unserem Konzept kann der Besucher über einen Touchscreen mit dem Digitalen Zwilling interagieren. Die digitalen Darstellungsformen eines Objekts sind jedoch vielfältig. Wir probierten im Laufe des Prozesses unterschiedliche Ideen und Visualisierungen eines Windrades aus: 2D Grafik, Zeichnung, 3D-Modell, etc.
Letztlich entschieden wir uns für ein CAD Modell, so wie es in der Industrie bereits im Zusammenhang mit dem Digital Twin verwendet und gebraucht wird.

Da wir das Modell des Windrades in der Anwendung drehen und animieren wollten, entschieden wir uns für eine Umsetzung als React App mit der Library Three.js. Diese Bibliothek wird für Animationen von dreidimensionalen Modell in einem Webbrowser genutzt. Vorteile der React App sind außerdem, dass das Modell live gerendert wird und die Daten in Echtzeit aktualisiert werden. Die Kommunikation des Arduinos, welcher die Motoren steuert, läuft mit Websocket. Über eine serielle Schnittschnelle werden Daten weitergeleitet. Insgesamt lässt sich der Inhalt mit dieser Umsetzung durch die einfache Übersetzbarkeit dynamisch anpassen.

Arbeitsweise

Aufgrund der guten Zusammenarbeitsmöglichkeit und der Versionskontrolle haben wir die technische Umsetzung (Prototypencode mit App, Screens und Arduinosteuerung) über GitHub verwaltet, wo auch die Dokumentation abrufbar ist: GitHub