Sensoraufkleber macht den Körper zum „Touch-Panel“

Opti­sch erin­nern sie an die was­ser­fes­ten Pflas­ter aus der Haus­apo­theke. Doch ver­wan­deln die Sen­sor­auf­kle­ber, die Infor­ma­ti­ker der Uni in Saar­brü­cken ent­wi­ckelt haben, den mensch­li­chen Kör­per zu einer Multi-Touch-Oberfläche. Mit den Sen­so­ren las­sen sich zum Bei­spiel mobile Geräte intui­tiv bedie­nen.

Sie ähneln hauch­dün­nen Pflas­tern, ihre Form ist frei wähl­bar und sie funk­tio­nie­ren an jeder Kör­per­stelle. Mit sol­chen Sen­so­ren auf der Haut las­sen sich Smart­phone, Smart­wat­ches und ande­res mehr intui­ti­ver und dis­kre­ter bedie­nen als das bis­her der Fall war. Infor­ma­ti­ker an der Uni­ver­si­tät des Saar­lan­des haben nun Sen­so­ren ent­wi­ckelt, die sogar Laien mit etwas Auf­wand her­stel­len kön­nen. Das Beson­dere: Die Sen­so­ren erlau­ben es erst­mals, Berüh­run­gen auf dem Kör­per sehr genau und von gleich meh­re­ren Fin­gern zu erfas­sen. Ihre Pro­to­ty­pen haben die For­scher erfolg­reich in vier unter­schied­li­chen Anwen­dun­gen getes­tet.

„Der mensch­li­che Kör­per bie­tet eine große Ober­flä­che an, auf die man schnell zugrei­fen kann. Das geht sogar ohne Blick­kon­takt“, erklärt Jür­gen Steimle, Pro­fes­sor für Infor­ma­tik an der Uni­ver­si­tät des Saar­lan­des, das Inter­esse der For­scher für diese buch­stäb­li­che Mensch-Maschine-Schnittstelle. Doch die Visio­nen der Wis­sen­schaft­ler schei­ter­ten bis­her daran, dass die dafür not­wen­di­gen Sen­so­ren die Berüh­run­gen weder prä­zise genug mes­sen, noch meh­rere Fin­ger­spit­zen gleich­zei­tig erfas­sen konn­ten. Den geeig­ne­ten spe­zi­el­len Typ von Sen­sor hat Jür­gen Steimle mit sei­ner For­scher­gruppe ent­wi­ckelt.

Sen­sor lässt sich mit gän­gi­gem Tin­ten­strah­ler aus­dru­cken
Der Sen­sor namens Multi-Touch Skin ähnelt im Auf­bau einem Touch­dis­play, wie man es von Smart­pho­nes kennt. Zwei Elek­tro­den­schich­ten, jeweils in Spal­ten und Zei­len ange­ord­net, bil­den über­ein­an­der posi­tio­niert eine Art Koor­di­na­ten­sys­tem, an des­sen Kreu­zungs­punk­ten stän­dig die elek­tri­sche Kapa­zi­tät gemes­sen wird. Diese ver­rin­gert sich an der Stelle, an der die Fin­ger den Sen­sor berüh­ren, da die Fin­ger elek­tri­sch lei­ten und so die Ladung abflie­ßen las­sen. Diese Ände­run­gen wer­den an allen Stel­len erfasst und dadurch auch die Berüh­run­gen durch meh­rere Fin­ger erkannt. Um das Opti­mum zwi­schen Leit­fä­hig­keit, mecha­ni­scher Robust­heit und Fle­xi­bi­li­tät her­aus­zu­fin­den, haben die For­scher ver­schie­dene Mate­ria­lien unter­sucht. Wer­den bei­spiels­weise die Kom­po­nen­ten Sil­ber als Lei­ter, der Kunst­stoff PVC als iso­lie­ren­des Mate­rial zwi­schen den Elek­tro­den und der Kunst­stoff PET als Sub­strat aus­ge­wählt, lässt sich der Sen­sor mit einem haus­halts­üb­li­chen Tin­ten­strahl­dru­cker in weni­ger als einer Minute dru­cken. „Damit wir die Sen­so­ren wirk­lich an allen Kör­per­stel­len nut­zen kön­nen, muss­ten wir sie von ihrer recht­ecki­gen Form befreien. Das war ein wich­ti­ger Aspekt“, erklärt Adi­tya Shek­har Nit­tala, der in der Gruppe von Jür­gen Steimle für seine Dok­tor­ar­beit forscht. Die Wis­sen­schaft­ler ent­wi­ckel­ten daher eine Soft­ware für Desi­gner, damit diese die Form des Sen­sors nach Belie­ben gestal­ten kön­nen. In dem Com­pu­ter­pro­gramm malt der Desi­gner zuerst die äußere Form des Sen­sors, dann umran­det er inner­halb der äuße­ren Form den Bereich, der berüh­rungs­emp­find­lich sein soll. Ein spe­zi­el­ler Algo­rith­mus berech­net dann für die­sen defi­nier­ten Bereich die mög­lichst flä­chen­de­ckende Bele­gung mit berüh­rungs­emp­find­li­chen Elek­tro­den. Anschlie­ßend wird der Sen­sor gedruckt.

Pflas­ter hin­ter dem Ohr regu­liert die Laut­stärke des Musik­play­ers
Wie hilf­reich diese neu gewon­nene Form­frei­heit ist, wird ins­be­son­dere bei einem der vier Test­pro­to­ty­pen deut­lich, die die Wis­sen­schaft­ler alle mit ihrer neu­ar­ti­gen Fabri­ka­ti­ons­me­thode her­ge­stellt haben: Da der Sen­sor in sei­ner Form einer Ohr­mu­schel ähnelt, klebt er bei der Ver­suchs­per­son direkt hin­ter dem rech­ten Ohr. Die Ver­suchs­per­son kann auf ihm nach oben oder nach unten strei­chen, um die Laut­stärke zu regu­lie­ren. Das Strei­chen nach rechts und links wech­selt das Musik­stück, wäh­rend das Berüh­ren mit dem fla­chen Fin­ger das Lied stoppt. Für die Saar­brü­cker Wis­sen­schaft­ler ist Multi-Touch Skin ein wei­te­rer Beweis, dass die For­schung zu Schnitt­stel­len auf der Haut loh­nens­wert ist. In Zukunft wol­len sie sich dar­auf kon­zen­trie­ren, noch fort­schritt­li­chere Design­pro­gramme für die Sen­so­ren bereit­zu­stel­len und Sen­so­ren zu ent­wi­ckeln, die gleich meh­rere Sin­nes­mo­da­li­tä­ten erfas­sen. Ihre Arbei­ten zu Multi-Touch Skin wur­den durch den Star­ting Grant „Inter­ak­tive Skin“ des Euro­päi­schen For­schungs­ra­tes (ERC) finan­ziert.

Quelle: Uni Saar­land