Simulationshypothese
SimulationenBereich 14 von 18

Trainingssimulatoren

Simulationen mit einem Menschen in der Schleife: Cockpits, Operationssäle, Leitstände und Brücken.

Das sind Simulationen mit einem Menschen als Bediener im Regelkreis. Es geht nicht darum, die Welt vorherzusagen. Es ist Übung: Menschen sollen seltene, teure und gefährliche Situationen proben, bevor sie ihnen wirklich begegnen.

Fahrzeuge

Full-Flight-Simulatoren

Ein nachgebautes Cockpit auf einer Bewegungsplattform mit dem Flugmodell, den Systemen und den Störungen des Flugzeugs, so gut, dass Piloten darin die Berechtigung für neue Muster erwerben.

Frage, die sie beantwortet: Kann die Besatzung einen Triebwerksausfall beim Start bewältigen?

Lässt aus: Bewegungsplattformen nähern Beschleunigung an; anhaltende Beschleunigung lässt sich nicht nachbilden.

Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob der eigene Rechner eines Simulators, EchtzeitSeit: 1929 Edwin Links pneumatischer PilotentrainerIm Simulationen-Baum: Link Trainer

EchtzeitMaterieebene: Körper

Fahr- und Schienensimulatoren

Ein Auto- oder Zugführerstand mit projizierter Welt, für Forschung und Lehre.

Frage, die sie beantwortet: Wie verändern Müdigkeit, Ablenkung oder eine neue Anzeige, wie Menschen fahren?

Lässt aus: Fahrer wissen, dass die Umgebung nicht echt ist, sodass die Risikobereitschaft nicht ganz der auf der Straße entspricht.

Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob ein eigener Simulatorrechner, EchtzeitSeit: 1970 spätestens 1970, frühe Fahrsimulatoren an Universitäten für die Verkehrssicherheitsforschung

EchtzeitMaterieebene: Körper

Schiffsbrücken-Simulatoren

Eine komplette Schiffsbrücke mit realistischem Fahrverhalten, Wetter und Hafenverkehr.

Frage, die sie beantwortet: Kann der Lotse dieses Schiff bei Seitenwind in einen engen Hafen bringen?

Lässt aus: Seltene mechanische Ausfälle und echte Seebedingungen lassen sich schwer vollständig nachbilden.

Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob ein eigener Simulatorrechner, EchtzeitSeit: 1972 spätestens 1972, frühe Schiffsbrücken-Vollsimulatoren für die Offiziersausbildung

EchtzeitMaterieebene: Körper

Raumfahrt und Missionskontrolle

Raumfahrzeug- und Missionskontroll-Simulatoren, die jede Phase eines Flugs durchspielen, mit absichtlich eingebauten Ausfällen.

Frage, die sie beantwortet: Können die Besatzung und das Bodenteam damit umgehen, was schiefgeht?

Lässt aus: Es werden nur Ausfälle eingespeist, die die Entwickler erwartet haben. Echte Missionen bringen andere hervor.

Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob Simulatorcomputer der Missionskontrolle, in EchtzeitSeit: 1959 frühe NASA-Simulatoren schulten die ersten Astronauten und Bodenteams

EchtzeitRegeln und ZuständeMaterieebene: Körper

Simulatoren für schwere Maschinen

Kräne, Bagger und Muldenkipper mit realistischen Steuerungen und Lasten, um Bediener fern von einer echten Baustelle auszubilden.

Frage, die sie beantwortet: Kann der Bediener diese Last oder dieses Gelände sicher handhaben?

Lässt aus: Echte Bodenbedingungen und Maschinenverschleiß sind schwerer nachzubilden, als das Modell annimmt.

Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob der eigene Computer des Simulators, EchtzeitSeit: 1990 spätestens 1990, frühe Kran- und Bergbaugerätesimulatoren für die Bedienerausbildung

EchtzeitMaterieebene: Körper

Tauch- und Tauchbootsimulatoren

Unterwasserbedingungen, Auftrieb und Fahrzeugführung für Taucher und Piloten bemannter Tauchboote.

Frage, die sie beantwortet: Kann der Taucher oder Pilot einen Notfall in der Tiefe bewältigen?

Lässt aus: Echter Wasserdruck und Kälte auf dem Körper lassen sich in einem Simulator an Land nicht nachbilden.

Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob der eigene Computer des Simulators, EchtzeitSeit: 1978 spätestens 1978, frühe Trainingssimulatoren für Tauchbootpiloten

EchtzeitDifferentialgleichungenMaterieebene: Körper

Medizin

Chirurgische Simulatoren

Virtuelles Gewebe und Instrumente mit Kraftrückmeldung, um Eingriffe zu üben.

Frage, die sie beantwortet: Ist dieser Auszubildende bereit, einen echten Patienten zu operieren?

Lässt aus: Virtuelles Gewebe blutet, reißt und riecht nicht wie das echte.

Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob ein Desktop-Rechner mit Haptik-Hardware, EchtzeitSeit: 1993 spätestens 1993, frühe Virtual-Reality-Simulatoren für laparoskopische Chirurgie

EchtzeitKontinuumsfelderMaterieebene: Felder

Patientensimulatoren

Übungspuppen, die atmen, bluten, sprechen und auf Medikamente reagieren, für Notfall- und Teamtraining.

Frage, die sie beantwortet: Erkennt das Team das Problem und handelt rechtzeitig?

Lässt aus: Die Physiologie ist auf das Szenario geskriptet; ungeskriptete Komplikationen entstehen nicht von selbst.

Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob ein eingebetteter Computer in der Puppe, EchtzeitSeit: 1969 die erste Anästhesie-Übungspuppe, gebaut in Los Angeles

Zahnmedizinsimulatoren

Virtuelle Zähne und Zahnfleisch mit Kraftrückmeldung, um Bohren, Füllungen und Extraktionen zu üben.

Frage, die sie beantwortet: Ist die Hand dieses Auszubildenden ruhig und sorgfältig genug für den Mund eines echten Patienten?

Lässt aus: Virtuelles Zahn- und Zahnfleischgewebe fühlt sich noch gleichförmiger an als der Mund eines echten Patienten.

Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob eine Workstation an einer Zahnmedizinschule, EchtzeitSeit: 1997 spätestens 1997, frühe haptische Zahnmedizin-Trainingssimulatoren

EchtzeitKontinuumsfelderMaterieebene: Felder

Geburtssimulatoren

Eine Geburtspuppe mit Modellbaby zum Üben normaler Entbindungen und seltener Notfälle wie einer Schulterdystokie.

Frage, die sie beantwortet: Erkennt das Team einen Geburtsnotfall und bewältigt ihn schnell genug?

Lässt aus: Der feste Satz an Komplikationen der Puppe deckt nicht jeden echten Geburtsnotfall ab.

Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob ein eingebetteter Controller in der Puppe, EchtzeitSeit: 1996 spätestens 1996, frühe computerisierte Geburtspuppen für die Geburtshilfe-Ausbildung

Narkosesimulatoren

Atmung, Herz und Medikamentenreaktion eines virtuellen Patienten, gesteuert von einem Auszubildenden, der Narkosemittel gibt.

Frage, die sie beantwortet: Dosiert die oder der Auszubildende richtig und erkennt eine Komplikation, bevor sie gefährlich wird?

Lässt aus: Die Medikamentenreaktionen des Modells sind typische; echte Patienten reagieren unterschiedlicher.

Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob der Desktop-Rechner eines Trainingszentrums, EchtzeitSeit: 1967 Sim One, eine frühe Narkose-Übungspuppe mit simulierter Physiologie

DifferentialgleichungenEchtzeitMaterieebene: Körper

Training für Rettungssanitäter und Triage bei Massenanfällen

Simulierte Verletzte mit verschiedenen Verletzungen, genutzt, um zu üben, Patienten unter Zeitdruck nach Dringlichkeit zu sortieren.

Frage, die sie beantwortet: Sortiert die oder der Auszubildende Patienten richtig, wenn es mehr Verletzte als helfende Hände gibt?

Lässt aus: Schauspieler und Puppen können das Chaos eines echten Massenanfalls von Verletzten nicht vollständig vermitteln.

Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob die einfache Ausrüstung einer Trainingsübung, kaum RechenaufwandSeit: 1988 spätestens 1988, frühe computergestützte Triage-Übungen bei Massenanfall von Verletzten

Virtuelle menschliche Patienten

Animierte Figuren reagieren auf die Fragen eines Auszubildenden mit geskripteten oder erzeugten Dialogen, um klinische Fertigkeiten zu üben.

Frage, die sie beantwortet: Wie gut kann ein Auszubildender einen Patienten befragen, der nicht echt ist?

Lässt aus: Die Dialogbreite ist begrenzt, und nonverbale Signale sind oberflächlich.

Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Echtzeit-Rendering und DialogSeit: 2007 Virtual patients for clinical therapist skills training (2007) Quelle

Regeln und ZuständeEchtzeitMaterieebene: Körper

Agenten-Krankenhäuser

Ein simuliertes Krankenhaus, in dem Ärzte, Pflegekräfte und Patienten aus Sprachmodellen den Behandlungsprozess durchführen und mit Erfahrung besser werden.

Frage, die sie beantwortet: Können Agenten in einem virtuellen Krankenhaus Behandlung üben und besser werden?

Lässt aus: Patienten und Krankheiten werden erzeugt, deshalb ist der Realismus der Verläufe unbewiesen.

Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob Viele Modellaufrufe pro simuliertem FallSeit: 2024 Agent Hospital: a simulacrum of hospital with evolvable medical agents (2024) Quelle

Katheter- und endovaskuläre Simulatoren

Ein haptisches Gerät ahmt einen Katheter nach, dazu ein virtuelles Röntgenbild der Gefäße, damit Auszubildende Herz- oder Gefäßeingriffe üben können.

Frage, die sie beantwortet: Kann ein Auszubildender den Katheter einführen, ohne das Gefäß zu beschädigen?

Lässt aus: Das Gefühl für Gewebe ist angenähert, und ungewöhnliche Anatomie ist begrenzt.

Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob Echtzeitphysik und Haptik auf einer Workstation.Seit: 2000 Dawson und Kollegen, Entwurf eines computerbasierten Simulators für die Ausbildung in interventioneller Kardiologie. Quelle

EchtzeitKontinuumsfelderMaterieebene: Körper

Strukturierte klinische Prüfungen

Die Auszubildenden gehen durch eine Reihe von Stationen, an denen geschulte Schauspieler Patienten spielen, und werden nach einer Checkliste bewertet.

Frage, die sie beantwortet: Kann diese Auszubildende oder dieser Auszubildende eine Anamnese erheben und einen Patienten nach Standard untersuchen?

Lässt aus: Ein Schauspieler kann keine echten körperlichen Zeichen wie ein Herzgeräusch oder eine vergrößerte Leber hervorbringen.

Läuft auf: keinem Computer. Keine Berechnung, eine Rollenspielübung mit Menschen.Seit: 1975 Harden und Kollegen, Beurteilung der klinischen Kompetenz mit einer objektiven strukturierten Prüfung. Quelle

Regeln und ZuständeMaterieebene: Regeln

Ultraschall-Trainingssimulatoren

Eine Puppe und eine Sonde, dazu ein Computer, der für jede Position das Ultraschallbild zeigt, gezogen aus gespeicherten Aufnahmen echter Patienten.

Frage, die sie beantwortet: Kann ein Auszubildender lernen, Ultraschallansichten zu finden und zu lesen, ohne einen Patienten?

Lässt aus: Eine begrenzte Bibliothek gespeicherter Fälle kann weder die Vielfalt echter Körper noch das Gefühl zeigen, die Sonde anzudrücken.

Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Echtzeit auf einer Workstation.Seit: 2004 Maul und Kollegen, Erfahrungen mit SonoTrainer und vergleichende Übersicht über andere Ultraschallsimulatoren. Quelle

EchtzeitRegeln und ZuständeMaterieebene: Körper

Simulatoren für Roboterchirurgie

Eine virtuelle Kopie der Konsole eines Chirurgieroboters, an der Auszubildende üben, Instrumente zu bewegen, zu schneiden und zu nähen, in simuliertem Gewebe, mit Bewertung ihres Könnens.

Frage, die sie beantwortet: Kann ein Chirurg mit dem Roboter sicher operieren, wie die Übung an virtuellem Gewebe zeigt?

Lässt aus: Virtuelles Gewebe ist einfacher als das echte, deshalb werden Blutungen und Komplikationen nicht gut trainiert.

Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Echtzeit auf einer Workstation.Seit: 2009 Kenney und Kollegen, Studie zur Augenschein-, Inhalts- und Konstruktvalidität des Roboter-VR-Simulators dV-Trainer. Quelle

Augenchirurgiesimulatoren

Ein Modellauge, betrachtet durch ein echtes Mikroskop mit virtuellen Instrumenten darin, um Schritte wie das Entfernen eines Katarakts zu üben, mit Rückmeldung zu Fehlern.

Frage, die sie beantwortet: Kann ein Auszubildender feine Augenchirurgie lernen, bevor er einen Patienten berührt?

Lässt aus: Das Gewebe des Auges wird grob modelliert, deshalb werden seltene Komplikationen nicht geübt.

Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Echtzeit auf einer Workstation.Seit: 2009 Feudner und Kollegen, randomisierte Studie, die zeigt, dass Virtual-Reality-Training die Leistung bei der Kapsulorhexis im Nasslabor verbessert. Quelle

Endoskopiesimulatoren

Ein echtes Endoskop wird in ein Darmmodell eingeführt, das eine computergezeichnete Ansicht der Schleimhaut zeigt und auf Drehen und Schieben reagiert.

Frage, die sie beantwortet: Kann ein Auszubildender lernen, ein Endoskop zu lenken und Krankheit zu erkennen, ohne einen Patienten?

Lässt aus: Die Dehnung des Darms und das Unbehagen des Patienten werden schlecht nachgebildet, deshalb fehlt das Gefühl echter Eingriffe.

Läuft auf: etwa 109 FLOPS grob Echtzeit auf einer Workstation.Seit: 1992 Beer-Gabel und Kollegen, computergestütztes Training in der Endoskopie, vom Simulator zur Lernstation. Quelle

EchtzeitRegeln und ZuständeMaterieebene: Körper

Von Sprachmodellen simulierte Schüler

Sprachmodell-Figuren spielen verwirrte oder überforderte Lernende, damit angehende Lehrkräfte üben können, zu erklären und Rückmeldung zu geben.

Frage, die sie beantwortet: Können angehende Lehrkräfte üben, auf Lernende zu reagieren, bevor sie echten begegnen?

Lässt aus: Die Studierenden des Modells sind höflicher und beständiger als echte und machen Fehler, die echte nicht machen würden.

Läuft auf: etwa 1014 FLOPS grob ein paar Modellaufrufe pro Gesprächsrunde.Seit: 2023 Markel und Kollegen, GPTeach, interaktives Training von Lehrassistenten mit GPT-basierten Schülern. Quelle

Gelernte EmulatorenEchtzeitMaterieebene: Regeln

Kontrolle und Krise

Leitstandsimulatoren

Exakte Kopien der Leitwarten von Kraftwerken, Chemieanlagen und Netzen, angetrieben von einem Modell des Prozesses.

Frage, die sie beantwortet: Können die Bediener die Anlage nach einer Störung sicher wieder hochfahren?

Lässt aus: Das Modell kann nicht jedes Ventil und jeden Ausfall enthalten, den das Original hat.

Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob der eigene Spezialcomputer des Simulators, EchtzeitSeit: 1958 spätestens 1958, frühe Vollsimulatoren für Betreiber von Kernkraftwerken

EchtzeitDifferentialgleichungenMaterieebene: Populationen

Notfallübungen

Eine gestellte Katastrophe, durchgespielt von den Menschen, die darauf reagieren würden, am Tisch oder quer durch eine echte Stadt.

Frage, die sie beantwortet: Wo bricht der Plan zusammen?

Lässt aus: Die Teilnehmer wissen, dass es eine Übung ist, deshalb werden echte Panik und Verwirrung unterschätzt.

Läuft auf: keinem Computer. Papier und Menschen; manchmal ein einfacher Computer, um Ereignisse zu verfolgenSeit: 1954 spätestens 1954, Planübungen des Zivilschutzes proben die Katastrophenreaktion

Regeln und ZuständeMaterieebene: Regeln

Unternehmensplanspiele

Teams führen über mehrere Runden ein simuliertes Unternehmen oder einen Markt. Es wird an Wirtschaftshochschulen gelehrt.

Frage, die sie beantwortet: Kann das Team den Markt lesen und das Unternehmen hindurchsteuern?

Lässt aus: Vereinfachte Marktregeln können die Ausnutzung des Modells belohnen, nicht unbedingt gutes Management.

Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob ein bescheidener Computer; das meiste an der Übung ist DiskussionSeit: 1956 die American Management Association führte das Top Management Decision Game durch, ein frühes computergestütztes Planspiel

SystemdynamikRegeln und ZuständeMaterieebene: Populationen

Flugsicherungssimulatoren

Ein simulierter Himmel voller Flugzeuge, mit Radarschirmen und Funksprüchen, zum Training und Testen von Lotsen.

Frage, die sie beantwortet: Kann der Lotse genug Flugzeuge sicher getrennt halten, wenn der Verkehr dichter wird?

Lässt aus: Simulierte Piloten folgen Anweisungen vorhersehbarer als echte unter Druck.

Läuft auf: etwa 1012 FLOPS grob der Server eines Flugsicherungsdienstleisters, EchtzeitSeit: 1966 spätestens 1966, frühe computergesteuerte Trainingssimulatoren für die Flugsicherung

EchtzeitDiskrete EreignisseMaterieebene: Körper

Simulationen zum Training von Verhandlung und Diplomatie

Angehende Diplomaten, Mediatorinnen oder Führungskräfte spielen einen Streit gegen Ausbilder oder untereinander und üben, die Gegenseite zu lesen und zu einer Einigung zu kommen.

Frage, die sie beantwortet: Hat die oder der Auszubildende ein tragfähiges Geschäft gefunden, und wo ging der Ansatz schief?

Lässt aus: Rollenspieler lenken meist bereitwilliger ein als echte Gegenüber unter echtem innenpolitischem Druck.

Läuft auf: etwa 1010 FLOPS grob Wenig Rechenleistung; vor allem Menschen, Regeln und der Schreibtisch eines PunktrichtersSeit: 1963 spätestens 1963, frühe simulierte Verhandlungsübungen für die diplomatische Ausbildung

Simulatoren für die Einsatzleitung bei Notfällen

Eine zeitlich begrenzte Live-Übung, bei der Einsatzleiter und Stäbe über echte Funkgeräte und Bildschirme eskalierende, ungeskriptete Meldungen zu einem sich entfaltenden Notfall erhalten.

Frage, die sie beantwortet: Kann das Führungsteam in Echtzeit gute Entscheidungen treffen, nicht nur im Rückblick?

Lässt aus: So realistisch es auch ist, alle Beteiligten wissen trotzdem, dass niemand wirklich verletzt wird.

Läuft auf: etwa 1011 FLOPS grob der Server eines Trainingszentrums, EchtzeitSeit: 1974 spätestens 1974, frühe funktionale Katastrophenschutzübungen mit echtem Funkverkehr

EchtzeitRegeln und ZuständeMaterieebene: Körper

Konfliktproben mit Sprachmodellen

Ein Gegenüber aus einem Sprachmodell spielt einen schwierigen Menschen, damit eine Auszubildende oder ein Auszubildender einen Konflikt üben und Rückmeldung bekommen kann.

Frage, die sie beantwortet: Wie lässt sich ein schwieriges Gespräch gefahrlos üben?

Lässt aus: Die Antworten des Gegenübers sind nicht die einer echten Person.

Läuft auf: etwa 1013 FLOPS grob Modellaufrufe pro SitzungSeit: 2023 Rehearsal: simulating conflict to teach conflict resolution (2023) Quelle

Gelernte EmulatorenMaterieebene: Regeln

Übungen für Massenanfälle von Verletzten

Schauspieler oder Puppen stehen für viele Opfer, und Krankenhäuser, Rettungswagen und Teams durchlaufen eine inszenierte Katastrophe, um Triage und Kapazität zu testen.

Frage, die sie beantwortet: Käme ein Krankenhaus zurecht, wenn Dutzende Schwerverletzte auf einmal eintreffen?

Lässt aus: Das Personal weiß, dass es eine Übung ist, deshalb fehlen Angst, Erschöpfung und Chaos eines echten Ereignisses.

Läuft auf: keinem Computer. Keine Berechnung; ein Tag mit Personal, Schauspielern und Beobachtern.Seit: 1989 Simon und Kollegen, simulierte Bewertung eines Massenanfalls von Verletzten am Beilinson-Krankenhaus. Quelle