Head-Mounted Displays - Conditions for safe and healthy use

Description:

Many tasks are so complex that they cannot be overcome without assistance. Such complex tasks consist approximately of extensive patterns or require diverse knowledge. New technologies such as head mounted displays (HMDs) offer innovative ways of support. HMDs are display devices that are attached to the head of the user and the main advantage lies in the usability of both hands free during the retrieval of information. The research project follows a holistic research approach and focuses on one side on the fit between technology and task and on the other hand on the effects of several hours of utilizing HMDs on users.

Previous results from the project show that the assessment of using head-mounted displays as job assistance should always be holistic: criteria of the task , individual characteristics of the people, characteristics of the environment and characteristics of HMDs must be considered. If it was determined in a taskanalysis, that the use of HMDs would be useful, an appropriate HMD must be selected in the next step. However, individual characteristics of people affect the suitability of HMDs for task support and the selection of a suitable HMDs. The use of HMDs thus has an impact on the entire system.

In a series of laboratory studies it was shown that impairment of the visual system was not detected even after several hours of working with HMDs. The high weight of some types of HMDs can be perceived as unpleasant and in conjunction with the head holder to restricted head movements and increased activity of the neck muscles. The measured increase in mental stress when wearing HMDs can be counteracted with regular breaks. Furthermore, we recommend a familiarization phase during the learning process with the new technology. The work rate in the tested graphical assembley tasks was lower with HMD compared to a wall monitor or tablet PC. This might be based on still missing habituation to this new technology but it can be also based on fundamental problems of information representation and - processing on a small, very close to the eye display.

Project results:

Workshops:
Within the project several workshops on the topic "Data glasses - current status of research and implementation, as well as future development directions" were carried out. The documentation of these workshops will take place on own pages.

4th expert workshop on 29 September 2014:
Workshop Program (PDF, 686KB) (in German)

3rd expert workshop on 3 June 2013:
Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen (in German)

2nd expert workshop on 20 June 2011:
Report "Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen" (in German)

1st expert workshop 8 December 2009

Publications:

B. Kirchhoff, J. Terhoeven (2016) Assistent Datenbrille. In: Computer und Arbeit, Issue 10/2016, pp. 15-18

Theis, S.; Pfendler, C.; Alexander, T.; Mertens, A.; Brandl, C.; Schlick, C.M. (2016). Head-Mounted Displays - Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes: Physische Beanspruchung beim Einsatz von HMDs. Federal Institute for Occupational Safety and Health, Dortmund/Berlin/Dresden
BAuA-Report "Head-Mounted Displays - Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes: Physische Beanspruchung beim Einsatz von HMDs" (in German)

Wille, M. (2016) Head-Mounted Displays - Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes: Psychische Beanspruchung beim Einsatz von HMDs. Federal Institute for Occupational Safety and Health, Dortmund/Berlin/Dresden
BAuA-Report "Head-Mounted Displays - Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes: Psychische Beanspruchung beim Einsatz von HMDs" (in German)

Grauel, B.; Terhoeven, J.; Wischniewski, S. (2015). Beanspruchungsoptimaler Einsatz von Head-Mounted Displays als Arbeitsassistenz. Technische Sicherheit, 5 (1/2), pp. 39-42

Terhoven, J.; Grauel, B.; Wille, M.; Wischniewski, S. (2015). Head Mounted Displays als Arbeitshilfen der Zukunft: Gestaltung eines beanspruchungsoptimalen Einsatzes. In: Schenk, M. (Hrsg.): Digitales Engineering zum Planen, Testen und Betreiben technischer Systeme. 18. IFF-Wissenschaftstage. Magdeburg, 24./25. Juni 2015. Magdeburg: Fraunhofer IFF, pp. 125-129.

Grauel, B.; Terhoeven, J.; Wischniewski, S.; Kluge, A. (2014). Erfassung akzeptanzrelevanter Merkmale von Datenbrillen mittels Repertory Grid Technik. Zeitschrift für Arbeitswissenschaft, 68 (4), pp. 250-256.

Grauel, B.; Adolph, L.; Wischniewski, S.; Terhoeven, J. (2014). Head-Mounted Displays als Arbeitshilfen: Erwartungen der möglichen Nutzer. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V., Gestaltung der Arbeitswelt der Zukunft, 60. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. Dortmund: GfA-Press, pp. 37-39.

Grauel, B.; Adolph, L.; Kluge, A. (2014). Head-Mounted Displays zur Unterstützung der örtlich getrennten Störungsdiagnose - passt die Technologie zur Aufgabe?. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V., Gestaltung der Arbeitswelt der Zukunft, 60. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. Dortmund: GfA-Press, pp. 691-693.

Mertens, A.; Brandl, C.; Theis, S.; Alexander, T.; Bützler, J.; Schlick, C.M. (2014). Analyse der Kopfhaltung beim Einsatz von Head-Mounted Displays mittels des Ovako Working Posture Analysing Systems (OWAS). In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V., Gestaltung der Arbeitswelt der Zukunft, 60. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. Dortmund: GfA-Press, pp. 70-72.

Theis, S.; Alexander, T.; Mertens, A.; Schlick, C.; Wille, M. (2014). Physiologische Auswirkungen der Langzeitnutzung von Head-Mounted Displays im industriellen Kontext. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V., Gestaltung der Arbeitswelt der Zukunft, 60. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. Dortmund: GfA-Press, pp. 106-108.

Theis, S.; Alexander, T.; Mertens, A.; Wille, M.; Schlick, C. (2014). Younger beginners, older retirees: Head-Mounted Displays and Demographic Change. Applied Human Factors and Ergonomics (AHFE), 19-23 June 2014 in Cracow, Poland, accepted.

Wille, M.; Scholl, P.M.; Wischniewski, S.; Laerhoven, K.V. (2014). Comparing google glass with tablet-pc as guidance system for assembling tasks. In: Wearable and Implantable Body Sensor Networks Workshops (BSN Workshops), 2014 11th International Conference on (pp. 38-41). IEEE.

Wille, M.; Wischniewski, S.; Adolph, L.; Theis, S.; Grauel, B.; Alexander, T. (2014). Prolonged work with head mounted displays. In: Proceedings of the 2014 ACM International Symposium on Wearable Computers: Adjunct Program (pp. 221-224). ACM.

Grauel, B.; Kluge, A.; Adolph, L. (2013). Unterstützung makrokognitiver Prozesse in Instandhaltungsteam mit Head-Mounted Displays. 2. Interdisziplinärer Workshop Kognitive Systeme: Mensch, Teams, Systeme und Automaten, Duisburg.

Theis, S.; Alexander, T.; Mayer, M.; Wille, M. (2013). Considering ergonomic aspects of head-mounted displays for applications in industrial manufacturing. In: Duffy, V.G. (Ed.), Digital Human Modeling and Applications in Health, Safety, Ergonomics, and Risk Management (DHM/HCII) 2013, Part II, Lecture Notes in Computer Science 8026. Berlin: Springer, pp. 282-291.

Mertens, A.; Brandl, C. (2013). Head-Mounted Displays - Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes; Ergonomische Analyse der Auswirkung des längerfristigen Einsatzes von HMDs, In: Schlick, C.; Institut für Arbeitswissenschaft (IAW) der RWTH Aachen (Eds.) IAW SPECTRUM, Aachen, 8, 1, pp. 1-3. ISSN 2193-7222.

Theis, S.; Alexander, T.; Mayer, M.; Schlick, C.M.; Wille, M. (2013). Analyse ergonomischer Aspekte beim Einsatz von Head-Mounted Displays in der arbeitswissenschaftlichen Praxis. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaften e.V., Bericht zum 59. Arbeitswissenschaftlichen Kongress. Dortmund: GfA-Press, pp. 405-409.

Theis, S.; Alexander, T.; Wille, M. (2013). Voruntersuchung zur Bewertung des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes von Head-Mounted Displays. In: Zeitschrift für Arbeitswissenschaften, 67. Jahrgang, 03/13, pp. 159-169. ISSN 0340-2444.

Wille, M.; Grauel, B.; Adolph, L. (2013). Strain caused by head mounted displays. In: De Waard, D.; Brookhuis, K.; Wiczorek, R.; Di Nocera, F.; Barham, P.; Weikert, C.; Kluge, A.; Gerbino, W.; Toffetti, A., (Eds.) Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Europe Chapter 2013 Annual Conference.

Wille, M.; Grauel, B.; Adolph, L. (2013). Beanspruchung bei Head-Mounted Displays im Langzeiteinsatz. In: Brandenburg, E., Doria, L., Gross, A.; Günzler, T.; Smieszek, H. (Eds.). (2014). Grundlagen und Anwendungen der Mensch-Maschine-Interaktion: 10. Berliner Werkstatt Mensch-Maschine-Systeme 10.-12. Oktober 2013; Proceedings. Universitätsverlag der TU Berlin, pp. 608-618.

Wille, M. (2013). Head-Mounted Displays - Beanspruchung im Langzeiteinsatz. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaften e.V., Bericht zum 59. Arbeitswissenschaftlichen Kongress. Dortmund: GfA-Press, pp. 401-405.

Grauel, B.; Kluge, A.; Adolph, L. (2012). Analyse vorausgehender Bedingungen für die Unterstützung makrokognitiver Prozesse in Teams in der industriellen Instandhaltung. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaften e.V., Bericht zum 58. Arbeitswissenschaftlichen Kongress. Dortmund: GfA-Press, pp. 123-126.

Grauel, B.; Adolph, L.; Kluge, A. (2012). Unterstützung makrokognitiver Prozesse in Instandhaltungsteam mit Head-Mounted Displays: Eine Fallstudie. In: Grandt, M. (Ed.) Fortschrittliche Anzeigesysteme für die Fahrzeug- und Prozessführung: 54. Fachausschusssitzung Anthropotechnik der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt Lilienthal-Oberth e.V. 30. und 31. Oktober 2012, Koblenz. Bonn: DGLR, pp. 61-77.

Grauel, B.; Wille, M.; Adolph, L. (2012). Vorausgehende Bedingungen für den Einsatz von Head-Mounted Displays zur Unterstützung komplexer Aufgaben. In: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (Eds.) Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen. Dortmund/Berlin/Dresden, pp. 46-52. ISBN 978-3-88261-146-5.
Report "Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen" (in German)

Wille, M.; Grauel, B.; Adolph, L. (2012). Head-Mounted Displays - Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes. In: Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (Eds.) Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen. Dortmund/Berlin/Dresden, S. 6-11. ISBN 978-3-88261-146-5.
Report "Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftiger Entwicklungsrichtungen" (in German)

Grauel, B.; Kluge, A.; Adolph, L. (2011). Unterstützung makrokognitiver Prozess in Teams durch Head-Mounted Displays: Methoden der Eignungsermittlung und Gestaltung. 1. Interdisziplinärer Workshop Kognitive Systeme: Mensch, Teams, Systeme und Automaten, Duisburg.

Grauel, B.; Kluge, A.; Adolph, L. (2011). Unterstützung makrokognitiver Prozesse in Teams durch Head Mounted Displays: Methoden der Eignungsermittlung und Gestaltung. In: Grandt, M. (Eds.) Ergonomie im interdisziplinären Gestaltungsprozess : 53. Fachausschusssitzung Anthropotechnik der Deutschen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt Lilienthal-Oberth e.V. 27. und 28. Oktober 2011, Neu-Isenburg. Bonn : DGLR, pp. 71-79. ISBN: 978-3-932182-75-8.

Wille, M.; Grauel, B.; Adolph, L. (2011). Methodische Vorgehensweise zur Beanspruchungsermittlung bei Head-Mounted Displays. In: Reflexionen und Visionen der Mensch-Maschine-Interaktion - Aus der Vergangenheit lernen, Zukunft gestalten. 9. Berliner Werkstatt Mensch-Maschine-Systeme. Düsseldorf: VDI Verlag, Fortschrittsberichte, Band 33, pp. 84-85. ISBN 978-3-18-303322-5.

Völker, K.; Adolph, L.; Pacharra, M.; Windel, A. (2010): Datenbrillen - Aktueller Stand von Forschung und Umsetzung sowie zukünftige Entwicklungsrichtungen. In: Neue Arbeits-und Lebenswelten gestalten. Bericht zum 56. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft. Dortmund: GfA-Press, pp. 61-65.