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Folie klopft und vibriert ortsgenau

Touchscreen mit Fingerspitzengefühl

| Redakteur: Christian Lüttmann

Bisher sind Touchscreens zweidimensional. Mit einer Technologie der Universität des Saarlandes sollen sie bald fühlbare virtuelle Buttons und wechselnde Oberflächenstrukturen erhalten. Möglich wird dies dank spezieller Folien, die sich gezielt verformen lassen.

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Der erste Touchscreen, der an die Fingerspitzen klopft: Die Ingenieure Sophie Nalbach und Steffen Hau testen den Prototyp.
Der erste Touchscreen, der an die Fingerspitzen klopft: Die Ingenieure Sophie Nalbach und Steffen Hau testen den Prototyp.
(Bild: Oliver Dietze, Uni Saarland)

Saarbrücken – Fährt der Smartphone-Nutzer mit der Fingerspitze über das Display, ist da an einer Stelle plötzlich ein Klopfen. Darunter entsteht wie von Zauberhand ein Button. Oder der Nutzer folgt dem Signal, das seinen Finger leitet, und er findet den Knopf auf diese Weise. Mit der neuen Technologie, die am Lehrstuhl für Intelligente Materialsysteme der Universität des Saarlandes und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik entwickelt wurde, können Buttons bei Bedarf überall auf dem Bildschirm entstehen und verschwinden. Durch Vibration, Klopfen oder Stöße an die Fingerkuppe kann das Display seinen Nutzer zu ihnen führen. Damit eröffnen sich bei Computerspielen, der Internetsuche und auch für Navigationsgeräte neue Möglichkeiten.

Folie sorgt für Auf und Ab auf dem Display

Eine auf den ersten Blick unspektakuläre Silikonfolie könnte die Basis für eine neue Generation von Displays sein. „Es handelt sich bei der Folie um ein so genanntes dielektrisches Elastomer“, sagt Professor Stefan Seelecke von der Universität des Saarlandes, dessen Arbeitsgruppe die Folien mitentwickelt hat.

Die Ingenieure drucken hierbei auf eine hauchfeine Kunststoff-Membran eine elektrisch leitfähige Schicht. Dadurch können sie eine elektrische Spannung anlegen: Die „Elektroaktivität“ der Folie erlaubt es, dass sie sich in der einen Richtung zusammenziehen und in die andere Richtung dehnen kann. „Aufgrund der elektrostatischen Anziehungskräfte drückt sich das Polymer zum Beispiel zusammen und dehnt sich nach außen hin aus“, erläutert Steffen Hau, promovierter Ingenieur aus Seeleckes Team.

Verändert der Forscher das elektrische Feld, vollführt die Folie verschiedenste Choreografien und gibt unterschiedliche Signale: vom hochfrequenten Vibrieren über spezifische Impulse wie bei einem Herzschlag bis hin zu stufenlosen Hub-Bewegungen. In ihrem Prototyp haben die Wissenschaftler die Folien mit einem Smartphone-Display kombiniert. Sie lassen so nicht nur virtuelle Buttons entstehen, sondern eröffnen dem Display zusätzliche Funktionen.

Wie funktioniert die Illusion einer fühlbaren 3D-Oberfläche auf dem Touchscreen. Das Video von Intelligent Material gibt einen Einblick:

Gezielte Regelung dank Positionssensor

Über regelnde Algorithmen wird aus dem Stück Kunststoff ein technisches Bauteil, das die Ingenieure gezielt ansteuern können. „Wir setzen dabei die Folie selbst als Positions-Sensor ein. Das Display hat damit zugleich sensorische Eigenschaften. Weitere Sensoren benötigen wir nicht“, sagt Hau. Die Forscher können jede einzelne Stellung der Folie exakt den entsprechenden Messwerten der elektrischen Kapazität zuordnen. „Dadurch wissen wir immer, wie sich das Polymer gerade verformt. Mit den Messwerten der elektrischen Kapazität können wir auf die jeweilige mechanische Auslenkung der Folie rückschließen. Indem wir die elektrische Spannung verändern, können wir die Folie präzise ansteuern“, erklärt der Ingenieur. In einer Regelungseinheit lassen sich die Bewegungsabläufe exakt vorausberechnen und programmieren.

„Da die Technologie ohne seltene Erden oder Kupfer auskommt, ist sie günstig in der Herstellung, verbraucht sehr wenig Energie und ist sehr leicht“, ergänzt Seelecke. Noch handelt es sich bei den elastisch verformbaren Kunststoff-Folien um Ergebnisse der anwendungsorientierten Forschung. Die Ingenieure suchen nun auf der Hannover Messe vom 1. bis 5. April 2019 Partner aus Industrie und Unternehmen, um ihr Verfahren in die Produktion zu bringen.

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