Es ist wieder Zeit für ein bisschen Kunst im oreillyblog. Nachdem wir im März bereits das Pixel-Invaders– und das /death/null-Projekt vorgestellt haben, ist heute der Gedankendreher an der Reihe. Was ist der Gedankendreher? Spontan würde ich die Installation als überdimensionierten Wireless-EEG-Arduino-Actionscript-Filzstift-Tortenboden-Plattenspieler bezeichnen.  Das versteht aber keiner so recht bzw. wirft eine Menge neuer Fragen auf. Erfinderin Ann-Katrin Krenz war deshalb so freundlich, uns mit einem ausführlichen Gastbeitrag inkl. Fotos zu versorgen. Entstanden ist der Gedankendreher an der Hochschule Darmstadt, wo Ann-Katrin momentan Digital Media / Interactive Design studiert, zu sehen war das Gerät bisher u.a. auf der see conference und der mediale.

Unser Gehirn ist ein unglaublich großes Netzwerk mit Millionen von Verbindungen. Lange Zeit wurde es unter Wissenschaftlern als „Black Box“ bezeichnet; keiner wusste, was in ihm vorgeht. In den letzten Jahrzehnten durchlief die Hirnforschung jedoch eine rasante Entwicklung. Immer mehr bildgebende Verfahren wurden entwickelt und somit der Aufbau des Gehirns enträtselt. Messverfahren wie das Elektroenzephalogramm (EEG) wurden immer günstiger, bis hin zu einem Gerät von NeuroSky, welches z.Z. für knapp 100$ erworben werden kann.

In dem Projekt „Gedankendreher“ wird diese Technologie genutzt, um Aufmerksamkeit und Entspannung in einer analogen Form zu visualisieren. Um dem Viereck des Bildschirms zu entfliehen, wurde eine mechanische Visualisierung mit Filzstiften gewählt.

Der Teilnehmer verbindet sich durch das NeuroSky MindWave mit der Installation – und schon beginnt die Apparatur zu zeichnen. Ein Riemenantrieb dreht eine große Scheibe. Gleichzeitig schlagen zwei bewegliche Arme äquivalent zu den gemessenen Gehirnströmen aus und zeichnen mit Hilfe zweier befestigter Filzstifte eine individuelle Kurve auf. So kann jeder Teilnehmer seine analog visualisierten Gehirnströme auf Papier mit nach Hause nehmen. Sogar die Farbe der Kurven ist frei wählbar.

EEG mit dem NeuroSky MindWave

Das MindWave Headset von NeuroSky ist ein EEG-Messgerät, das Gehirnwellen an der Stirn misst.  Das EEG erfasst analoge elektrische Signale (Gehirnwellenimpulse), die auf der Kopfhaut messbar sind, und digitalisiert sie. Diese elektrischen Signale entstehen durch die Interaktion von Neuronen beim Denken in unserem Gehirn. Da Höheres Denken, wie Emotionen, Gemütszustände, Konzentration usw. im vorderen Bereich des Gehirns angesiedelt sind, ist der Hauptsensor des MindWave auf der Stirn positioniert.
Das MindWave ermöglicht es, die unterschiedlichen Gehirnwellen (Alpha-, Beta-, Theta- etc.) auszulesen. Zusätzlich gibt es den eSense-Algorithmus, der die mentalen Zustände charakterisiert und zwei Werte zurückgibt – die Attention (Konzentration) und die Meditation (Entspannung). Diese Werte liegen zwischen 0 und 100. Ein niedrigerer Wert steht für ein reduziertes Niveau der Konzentration oder Entspannung und dementsprechend ein höherer Wert für ein erhöhtes Niveau.

In der interaktiven Installation werden diese beiden Werte von je einem der Arme auf der sich drehenden Zeichenfläche visualisiert. Der Wert 0 befindet sich in der Mitte und der Wert 100 am äußeren Rand der runden Zeichenfläche. Je höher der Wert ist, desto weiter ist der Ausschlag des entsprechenden Arms. Nach jedem Ausschlag bewegt sich der Arm wieder zum Null-Wert und zeichnet so eine Welle. Der Unterschied zwischen den Werten Konzentration und Entspannung spiegelt sich in der Schnelligkeit der Ausschläge wider. Wenn der Wert der Konzentration steigt, wird der Ausschlag größer, aber der Arm bewegt sich auch schneller und zeichnet somit eine gestauchte Welle (Frequenz wird erhöht). Im Gegensatz dazu bewegt sich der Arm der Entspannung bei einem höheren Wert langsamer und somit entsteht eine gestreckte Welle (Frequenz wird verringert).

Die Programmierung

Das Neurosky MindWave Headset ist über Bluetooth und einem USB-Plug-In mit einem MacBook verbunden. Die Anwendung „ThinkGear Connector“ liest die Daten aus und schickt sie weiter an eine ActionScript-Anwendung. Dort werden die eSense-Werte ausgelesen und die entsprechenden Winkel berechnet, die dann über eine serielle Schnittstelle an ein Arduino gesendet werden. Das Arduino bewegt dann die Servomotoren anhand dieser berechneten Werte / Winkel.

Der technische Aufbau

Inspiration für die Visualisierung der Gehirnströme war der Spirograph, am meisten Ähnlichkeit hat das Ausgabegerät der Installation allerdings mit einem klassischen Schallplattenspieler.
Durch Drehen der Zeichenfläche mit einem Riemenantrieb und das Hin- und Herbewegen der beiden Stifte über Arme wird eine komplexe Bewegung ermöglicht. Um die Zeichenfläche kontinuierlich und mit gleichbleibender Geschwindigkeit zu drehen, wird ein Riemenantrieb verwendet. Der Antrieb besteht aus einem Stepper Motor, an dem eine Riemenscheibe angebracht ist, und einem Gummiband als Riemen. Die beiden Zeichenarme werden von Servomotoren bewegt, weil diese eine gleichmäßige Bewegung erlauben und der Bewegungsradius festgelegt ist (Winkelgenauigkeit). Um eine relativ geradlinige Bewegung zu erreichen, beträgt die Armlänge 50 cm. Bevor die Installation zeichnen kann, müssen die Arme auf die Zeichenfläche (Durchmesser ca. 28cm) kalibriert werden.
Den Betrieb der drei Motoren besorgt ein Arduino Uno mit einem Adafruit Motor Shield.

Anstatt des Stepper Motors könnte man für den Antrieb auch einen DC Motor verwenden, um eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen. Der wäre aber deutlich teurer und schwerer zu organisieren – und der Gedankendreher funkioniert ja auch so ganz prächtig…

Zum Abschluss noch ein kurzes Video. Der Gedankendreher, gestestet von der Designerin persönlich: