Elektrohydraulische, tragbare Geräte erzeugen einzigartige haptische Empfindungen

Die menschliche Haut nimmt eine Vielzahl an Empfindungen wahr, z. B. sanften Druck, schnelles Klopfen oder das Pochen eines Herzschlags. Mobiltelefone, Gamecontroller oder Smartwatches hingegen vibrieren oft nur, um die Aufmerksamkeit des Benutzers oder der Benutzerin zu erregen. Leider fühlen sich diese plötzlichen, schnellen Vibrationen anders an als die meisten alltäglichen Berührungen. Außerdem werden die Vibrationen schnell unangenehm. Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS) in Stuttgart gingen einen komplett neuen Weg und entwickelten ein kutanes, elektrohydraulisches (CUTE) und tragbares Gerät, das die haptischen Empfindungen bisheriger Produkte erheblich erweitert.

Diese tragbaren sogenannten CUTE-Geräte erzeugen eine bemerkenswerte Bandbreite taktiler Empfindungen: Druck auf die Haut, langsame und beruhigende Berührungen sowie Vibrationen mit einer Vielzahl von Frequenzen von niedrig bis hoch. Dieser neue Ansatz für tragbare Geräte mit haptischem Feedback bietet eine beispiellose Kontrolle über die taktilen Empfindungen, die dem Benutzer oder der Benutzerin vermittelt werden.

CUTE-Geräte sind kompakt und komfortabel und vermitteln der Haut ein breitgefächertes und angenehmes haptisches Feedback.

Die CUTE-Geräte wurden von einem interdisziplinären Team an MPI-IS-Forschenden der Abteilung für Haptische Intelligenz unter der Leitung von Katherine J. Kuchenbecker und der Abteilung für Robotik-Materialien unter der Leitung von Christoph Keplinger entwickelt. Die Erfindung des Teams basiert auf künstlichen Muskeln, die hydraulisch verstärkt, selbstheilend und elektrostatisch sind – so genannte HASELs. Diese Muskeln schaffen die einzigartige Voraussetzung dafür, dass das tragbare Gerät mit dem Tastsinn der Nutzenden kommuniziert. Wenn eine Spannung angelegt wird, dehnt sich der weiche künstliche Muskel in der Mitte des Geräts proportional zur Spannung aus. Diese Ausdehnung ermöglicht es dem Gerät, den Kontakt zur Haut herzustellen und zu unterbrechen, als ob eine Person das Handgelenk des Nutzers kurz berühren würde. Durch die sich im Laufe der Zeit ändernde Spannung verändert sich das haptische Feedback, wodurch verschiedene Arten von Empfindungen – je nach dem gewünschten haptischen Erlebnis – wahrgenommen werden. Die CUTE-Geräte sind kompakt, leise, sicher und energieeffizient und bleiben während des Betriebs kühl. Ein Video veranschaulicht ihre beeindruckenden Fähigkeiten.

CUTE-Geräte sind anpassungsfähig und generieren ausdrucksstarke taktile Empfindungen.

Zukünftige Anwendungen der CUTE-Technologie sind unter anderem tragbare Geräte, die bei der Orientierung helfen, zusätzliche Sinneseindrücke in der erweiterten oder virtuellen Realität vermitteln oder das Audio- und visuelle Feedback in lauten oder visuell anspruchsvollen Umgebungen verbessern.

Potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für CUTE-Geräte.

Ein CUTE-Gerät kann unterschiedliche Empfindungen vermitteln. Sie reichen von beruhigend bis aufregend, wie z.B. das Streicheln oder Kitzeln der Haut oder das Gefühl eines schlagenden Herzens.  Sogar das An- und Ausschalten eines Motors kann dargestellt werden. Bemerkenswert ist, dass in einer Studie die Probanden fast alle taktilen Signale als angenehm empfanden: Lediglich eine hochfrequente Dauervibration, wie sie von vielen modernen Geräten erzeugt wird, wurde in der Nutzerstudie als unangenehm wahrgenommen. Darüber hinaus konnten die Nutzer verschiedene Hautsignale mit nahezu perfekter Genauigkeit identifizieren, was einen weiteren Vorteil der CUTE-Geräte gegenüber den üblicherweise verwendeten elektromagnetischen Antrieben unterstreicht.

„Unsere CUTE-Geräte zeigen, dass es möglich ist, leichte, tragbare Systeme zu entwickeln, die eine angenehme und ausdrucksstarke taktile Kommunikation ermöglichen. Zukünftige Entwicklungen könnten es ermöglichen, diese Technologie auf größere Bereiche des Körpers anzuwenden, komplexere Empfindungen zu erzeugen und sogar die menschliche Wahrnehmung von haptischen Signalen zu untersuchen, die bisher schwer zu erzeugen waren“, sagt Natalia Sanchez, Doktorandin am MPI-IS und Erstautorin der Publikation.

Referenz: Natalia Sanchez-Tamayo, Zachary Yoder, Philipp Rothemund, Giulia Ballardini, Christoph Keplinger* & Katherine J. Kuchenbecker*. Cutaneous Electrohydraulic (CUTE) Wearable Devices for Pleasant Broad-Bandwidth Haptic Cues. Advanced Science, 2402461.
https://doi.org/10.1002/advs.202402461
 

https://doi.org/10.1002/advs.202402461
*Ko-korrespondierende/-r Autor/in

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