Touchscreen auf der Haut - HCI Saarland
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24 Ingenieurwissenschaften forschung 4 / 2016
Jürgen Steimle und Gordon Bolduan
Touchscreen auf der Haut
Integriert, leistungsstark und oft kaum sichtbar: Schon bald wird in nahezu jedem Objekt
ein Computer stecken. Informatiker arbeiten daran, die Schnittstellen für die Mensch-
Maschine-Interaktion zu verbessern. Der Trend geht zu buchstäblich flexiblen Lösungen.
S martwatches und Fitness-
Tracker sind „in“ und stylisch –
und sollen der Werbung nach den
auf dem Forschungsgebiet Mensch-
Maschine-Interaktion intelligente
Uhren wie die Apple Watch mit
steuert zum Beispiel die Heizung in
den eigenen vier Wänden. Dadurch
verändert sich auch die Gestalt der
Alltag ihrer Besitzer verbessern. Ob anderen Augen: „fat thumb prob- Thermostate, die in diesem Fall die
relaxed auf dem Sofa, hastig per lem“ lautet ihre Diagnose. Wer die Schnittstellen zum Anwender dar-
Fahrrad auf dem Weg zur Arbeit Smartwatch über Berührungen be- stellen. Anstatt wie bisher durch
oder beim abendlichen Workout im dienen will, dem steht nur ein klei- eine einfache und intuitive Dreh-
Gym – überall sind Smartwatches nes Display zur Verfügung, wobei bewegung gesteuert zu werden,
mit ihren intelligenten Zusatzpro- man den größten Teil noch mit den gleichen solche Thermostate nun
grammen gefragt. Sind es die neuen eigenen Fingern überdeckt. häufig einem unübersichtlichen
Uhren für das digitale Zeitalter? Was auf eine technisch nahe- Tastenfeld, das ohne Bedienungs-
Seit Sommer 2015 ist zum Bei- liegende Art und Weise realisiert anleitung nicht zu verstehen ist.
spiel die „Apple Watch“ auch in wurde, ist nicht automatisch das Die Gruppe „Mensch-Computer-
Deutschland erhältlich. Und wäh- Beste für den Menschen, so die Interaktion“ am Saarbrücker Exzel-
rend Geschäftsanalysten über das übergreifende Erkenntnis. Das lenzcluster „Multimodal Computing
wirtschaftliche Erfolgspotenzial für lässt sich ebenfalls außerhalb der and Interaction“ stellt sich der Her
das US-amerikanische Unterneh- Welt von Apple & Co. beobachten. ausforderung, neue Interaktionsfor-
men spekulieren, sehen Experten Moderne Informationstechnologie men zu entwickeln, die nicht nur
Ein Beispiel für hauchdünne gedruckte Elektronik: der „iSkin Music Sticker“, der mit seiner Flexibilität punktet.
Foto: Oliver Dietze
forschung 4 / 2016 25
den Restriktionen und etablierten die Idee, Haut als natürliches Me-
Konventionen der Technologien dium zu nutzen. Denn sie bietet
von heute folgen. Sie erforscht Lö- eine größere Oberfläche und ist sehr
sungen, die sich passgenau in die leicht für Eingaben zu erreichen.
Objekte und Gegenstände integrie- Deshalb befragten die Forscher
ren lassen, mit denen Menschen Personen, wie sie Aktionen auf
in der realen Welt arbeiten. Ihre der Haut ausführen würden, wenn
Werkzeuge dafür sind unter ande- diese als Eingabesensor für mobile
rem empirische Anwenderstudien Endgeräte dienen könnte. Überra-
und der Einsatz von neuen Tech- schenderweise beschränkten sich
nologien, die selbst noch erforscht die Antworten nicht auf das Berüh-
werden. Derzeit ist dies vor allem ren der Haut. Die Anwender wollten
gedruckte Elektronik. ihre Haut auch drücken, ziehen und
Darunter werden Bauelemente, sogar verdrehen. Dementsprechend
Komponenten und Anwendun- entwickelten die Forscher den Pro-
gen verstanden, die in Teilen oder totyp eines Sensors, genannt „iSkin“
vollständig gedruckt werden. Die – der erste elastische Sensor, der für
Verfahren ähneln Tintenstrahldru- Touch-Interaktion mit Computern
ckern: Anstelle von Drucktinte auf auf der Haut getragen werden kann.
Papier werden hier jedoch strom-
leitende Flüssigkeiten auf dünne,
flexible Folien – sogenannte Sub
strate – gedruckt. Damit können die
D ie Elastizität war dabei eine
große Herausforderung, da
man dafür Leiter braucht, die nicht
Saarbrücker Informatikerinnen und brechen, wenn sie gedehnt werden.
Informatiker elektronische Bauteile Die Informatiker arbeiteten dafür
mit ganz neuen Eigenschaften reali- mit Materialwissenschaftlern der
sieren, die sich sehr gut in Objekte US-amerikanischen Carnegie Mel-
und Gegenstände der realen Welt lon University zusammen. Diese
integrieren lassen. hatten ein Verfahren entwickelt,
Die neuen Bauteile sind bei- das verschiedene Arten von Silikon
spielsweise hauchdünn, verform- kombiniert, um elastische Leiter zu
bar oder gar dehnbar und haben realisieren. Silikon ist hautfreund-
dadurch mit heutigen Computern lich und kann daher problemlos mit
nur noch wenig gemein. Daher be- einem medizinischen Kleber auf der
treiben die Forscherinnen und For- Haut befestigt werden.
scher auf zwei Ebenen Grundlagen- Auf dieser Basis entwickelten die
forschung: Zum einen entwerfen sie Saarbrücker Forscher ein multimo-
auf Basis empirischer Untersuchun- dales Verfahren, mit dem sowohl
gen völlig neue Interaktionsformen leichte Berührung als auch stärke-
und setzen diese mit neuen Tech- rer Druck erfasst werden können.
nologien um. Zum anderen erfor- Drückt man auf eine vordefinierte
schen sie systematisch, wie man die Stelle auf dem Sensor, kann man
nahezu unsichtbaren Computer der so beispielsweise einen Anruf ent-
Zukunft auf effiziente und nutzer- gegennehmen oder die Lautstärke
freundliche Weise steuern kann. des Kopfhörers regulieren. Doch mit
So auch bei aktuellen For- dieser grundlegenden Funktionali-
schungsarbeiten zu „Interaktiver tät waren die Wissenschaftler noch
Haut“. Während der Diskussionen nicht zufrieden. Sie wollten einen
Grafik: fotolia / mast3r
über Apple Watch & Co. entstand Sensor schaffen, der den Menschen26 Ingenieurwissenschaften forschung 4 / 2016
in seinem ästhetischen Empfinden die menschliche Haut selbst, sodass eine elektrische Spannung an, gibt es
ernst nimmt. Er sollte daher gut sie sich sogar an kleinste Fältchen Licht ab. Bisher war es nur möglich,
aussehen und ein visuelles State- anschmiegen und komfortabel ge- Displays in Massen zu produzieren,
ment sein, mit dem sich der jewei- tragen werden können. nie für einen einzelnen Nutzer.
lige Träger identifizieren kann. So haben die Forscherinnen
Deshalb entwarf das Forscher-
team auch Verfahren, die es De-
signerinnen und Designern er-
E ine weitere große Frage: Wie
kann man es Laien auf einfache
Weise ermöglichen, eine Technologie
und Forscher Neuland betreten
und einen neuen Prozess ent-
wickelt. Der Anwender entwirft
möglichen, Linien, Formen und nach ihren Bedürfnissen anzupas- mit einem Grafikprogramm wie
Silhouetten nach eigenen Vorstel- sen, um so personalisierte Produkte Adobe Illustrator oder PowerPoint
lungen in iSkin-Sensoren zu ver- zu erstellen? Eine Antwort lieferte eine digitale Vorlage für das ge-
wandeln. Das Ergebnis: Die semi Simon Olberding, Doktorand in der wünschte Display. Mit zwei von
transparenten Steuerschnittstellen Gruppe, mit dem Prototyp des Pro- den Forschern entwickelten digi-
sehen auf der Haut wie kunstvolle jekts „PrintScreen“: Eine Postkarte talen Produktionsverfahren kann
Tattoos aus und gleichen nicht mehr zeigt ein historisches Automobil. er diese direkt drucken. Als Druck
herkömmlichen Bedienelementen. Drückt man auf einen Knopf, leuch- ergebnis erhält man Displays, die
Inzwischen wird die Technologie ten Hinterachse und Lenkradstange nur den Bruchteil eines Millimeters
auch im Rahmen eines ERC Starting in der gleichen Farbe auf. Möglich dick sind. Da sich mit den Verfahren
Grant-Projekts weiterentwickelt, machen dies zwei Segmente auf auch Materialien wie Papier, Kunst-
mit dem Steimles Forschung zu einem flexiblen Display, die genau stoffe, Leder, Keramik, Stein, Metall
interaktiver Haut von der Europäi- der Form der Autoteile entsprechen. und Holz bedrucken lassen, sind al-
schen Union gefördert wird. Neueste Olberding hat das Display auf einem lerlei zweidimensionale, aber auch
Ergebnisse der Gruppe erlauben es, handelsüblichen Tintenstrahldru- dreidimensionale Formen möglich.
Sensoren auf hauchdünnen Folien cker ausgedruckt. Es ist „elektro- Selbst berührungsempfindliche
zu realisieren. Diese sind dünner als lumineszent“, das heißt: Legt man Displays sind auf diese Weise druck-
Der berührungsempfindliche Sensor „iSkin“ ist aus mehreren Ebenen aufgebaut. Je nach Stärke der Berührung gibt er ein unter-
schiedliches Signal. So kann zwischen Optionen wie keiner Berührung, leichter Berührung und festem Druck unterschieden werden.
Schutzschicht
Empfangende
Elektrode
Trennschicht
Sendende
Elektrode
Grafik: Steimle / MMCI
Schutzschichtforschung 4 / 2016 27
berührungsempfindlichen Elek-
troden, bilden Reihen und Spal-
ten. Auf diese Weise ist maximaler
Schaden absehbar, selbst wenn nur
ein Draht durchtrennt wird.
Bei der Suche nach Alternativen
ließen sich die Forscherinnen und
Forscher von Vorbildern aus der
Natur inspirieren, darunter dem
menschlichen Nervensystem und
dem Wurzelgeflecht von Pilzen. So
wollen sie eine neue Art von Ma-
Foto: Steimle / MMCI
terial schaffen, das Anwender in
Schreibwarenläden kaufen können.
Es soll so preiswert sein, dass man es
für interaktive Anwendungen oder
auch einfach nur als Schreibunter-
Der „Cuttable Sensor“ lässt sich so zurechtschneiden, wie ihn sich ein Nutzer wünscht. lage nutzen kann. Dass diese Vision
Der Clou: Auch danach funktioniert er noch und reagiert auf Berührungen. schon bald real werden könnte, lässt
eine Prognose der „Organic and
bar und die Anwendungsmöglich- kreise sicher. „Stellen Sie sich vor, Printed Electronic Association“ ver-
keiten damit vielfältig: Displays ein Kind nimmt das von uns entwi- muten. Der internationale Indust-
dieser Art lassen sich in nahezu je- ckelte Sensorpapier und schneidet rieverband sagt voraus, dass flexible
den Alltagsgegenstand integrieren sich eine Blume in Form einer Blüte Elektronik für Endanwenderinnen
– nicht nur in Papierobjekte, son- samt Stiel und Blättern aus. Berührt und -anwender zwischen 2019 und
dern beispielsweise auch in Möbel es nun die Blüte, ertönt das Sum- 2022 verfügbar sein wird – in greif-
und Einrichtungsgegenstände, auf men einer Hummel“, beschreibt Ol- barer Zukunft also.
Taschen oder am Körper getragene berding eine mögliche Anwendung.
Gegenstände. So könnte man bei- Durch eine einfache App kann
spielsweise das Armband einer Uhr der gedruckte Sensor mit Sound-
dazu bringen aufzuleuchten, wenn effekten oder anderen digitalen
eine Kurznachricht eintrifft. Funktionen verknüpft werden.
Weitere Anwendungsmöglich-
W enn Anwender elektronische
Bauteile nicht nur digital,
sondern auch direkt, auf physi-
keiten liegen im Prototyping und
Modellbau: So könnten beispiels-
weise Architekturmodelle oder
Professor Dr. Jürgen Steimle
sche Art und Weise personalisieren Möbelstücke auf einfache Weise leitet die Forschungsgruppe „Mensch-
könnten, wäre das eine Innovation. interaktiv gemacht werden. Als Computer-Interaktion“ am Exzellenzcluster
Zusammen mit Forscherinnen und Basistechnologie dient wiederum „Multimodal Computing and Interaction“
der Universität des Saarlandes.
Forschern des US-amerikanischen gedruckte Elektronik. Doch sie al-
MIT Media Lab hat das Projektteam lein reicht nicht aus, um den Sen- Gordon Bolduan
ist für die Wissenschaftskommunikation am
einen berührungsempfindlichen sor unverwundbar gegen Schnitte, Exzellenzcluster und am Center for IT-Security,
Sensor entwickelt, dessen Form Beschädigungen und das Abtren- Privacy and Accountability (CISPA) an der
und Größe jeder mit einer Schere nen ganzer Bereiche zu machen. Universität des Saarlandes verantwortlich.
nach Belieben ändern kann. Dass Bisher ähnelte der Schaltplan ei- Adresse: Campus E1.7, 66123 Saarbrücken
dabei die Elektronik trotz Schnitten nes Multitouch-Sensors dem Karo DFG-Förderung im Rahmen der
und entfernter Bereiche weiterhin papier in Rechenheften. Die Drähte Exzellenzinitiative des Bundes und
funktioniert, stellt eine neuartige verlaufen vertikal und horizontal, der Länder.
Anordnung der gedruckten Schalt- an ihren Schnittpunkten sitzen die www.mmci.uni-saarland.deSie können auch lesen
