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Sensor

Mit elektronischer Haut die virtuelle Realität steuern

| Redakteur: Katharina Juschkat

Um mit der virtuellen Realität zu interagieren, entwickeln Helmholtz-Forscher einen ultradünnen Magnetsensor,der sich auf der Haut tragen lässt. Mithilfe von Magnetfeldern kann man virtuelle wie reale Gegenstände berührungslos steuern.

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Hauchdünn liegt die Folie auf der Hand auf und hält auch Krümmungen stand: Mithilfe der Magnetsensoren lässt sich mit einfachen Handbewegungen z.B. die Lichtintensität einer virtuellen Glühbirne steuern.
Hauchdünn liegt die Folie auf der Hand auf und hält auch Krümmungen stand: Mithilfe der Magnetsensoren lässt sich mit einfachen Handbewegungen z.B. die Lichtintensität einer virtuellen Glühbirne steuern.
(Bild: D. Makarov)

Auf der Handinnenfläche schmiegt sich die elektronische Haut eng an und schaut auf den ersten Blick aus wie ein modernes Tattoo. Doch auf der hauchdünnen Folie liegen Magnetsensoren, die für das menschliche Auge kaum zu erkennen sind und dem Menschen einen magnetischen sechsten Sinn verleihen sollen. Damit sollen Menschen in Zukunft sowohl in der physischen als auch in der virtuellen Realität verschiedene Objekte steuern können, zum Beispiel Telefone oder Bedienungsanlagen.

Virtuelle Glühbirne berührungslos steuern

Hinter dem Forschungsprojekt steht Dr. Denys Makarov vom Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR). Erstmals konnte der Physiker gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern nun zeigen, dass die ultradünnen und fügsamen Magnetsensoren in Kombination mit einem Permanentmagneten Positionsänderungen eines Körpers im Raum wahrnehmen und verarbeiten können. „Unsere elektronische Haut zeichnet die Bewegungen beispielsweise einer Hand auf, indem sie ihre Position in Verbindung zu den externen Magnetfeldern des Permanentmagneten setzt“, erläutert Cañón Bermúdez, Erstautor der Studie. „Dadurch können wir ihre Rotationen nicht nur digitalisieren und in die virtuelle Welt übertragen, sondern dort sogar Objekte beeinflussen.“ So gelang es den Forschern, eine virtuelle Glühbirne auf einem Computerbildschirm berührungslos zu steuern.

Den Permanentmagneten verpackten sie dafür in eine ringförmige Struktur. Verschiedene Winkel ihres tragbaren Sensors zu dieser Quelle unterteilten sie dann in unterschiedliche Regionen, die wiederum mit der Lichtintensität der Glühbirne korrespondierten. Makarov erklärt einen Versuchsaufbau: „Indem wir die Winkel zwischen 0 und 180 Grad so codierten, dass sie einer typischen Handbewegung beim Dimmen einer Lampe entsprechen, haben wir einen virtuellen Helligkeitsregler kreiert – und ihn nur durch die Bewegung einer Hand über dem Permanentmagneten gesteuert.“ Auf ähnliche Weise konnten die Forscher auch eine virtuelle Wählscheibe bedienen. Nach Ansicht der Dresdner Physiker könnte sich auf dieser Grundlage eine Alternative zu den bislang verwendeten Verbindungsmethoden zwischen der physischen und der virtuellen Welt ergeben.

Besseres verbindungsstück zwischen Menshcn und Maschine

„Die aktuellen Systeme erfassen vor allem über optische Mittel sich bewegende Körper, um virtuelle Objekte zu manipulieren“, erklärt Makarov. „Dafür benötigt man zum einen zahlreiche Kameras sowie Beschleunigungsmesser und zum anderen eine schnelle Bilddatenverarbeitung. Dabei reicht aber meist die Auflösung nicht aus, um auch feine Bewegungen, etwa der Finger, zu rekonstruieren. Aufgrund ihrer Sperrigkeit hemmen übliche Handschuhe und Brillen außerdem die Erfahrungen in der virtuellen Realität.“ Die hautähnlichen Sensoren könnten ein besseres Verbindungsstück zwischen Mensch und Maschine sein. Die Polymer-Folien sind nur etwa drei Mikrometer dick, wodurch man sie leicht am Körper tragen kann. Zum Vergleich: ein menschliches Haar ist etwa 50 Mikrometer dick.

Wie die Wissenschaftler berichten, können die Sensoren zudem starken Krümmungen standhalten, ohne ihre Funktion einzubüßen. Sie könnten sich deshalb auch für den Einbau in weiche und verformbare Materialien eignen, also etwa Textilien, um tragbare Elektronik zu fertigen. Einen zusätzlichen Vorteil des neuen Ansatzes gegenüber den optischen Systemen sieht Makarov darin, dass keine direkte Sichtverbindung zwischen dem Objekt und den Sensoren benötigt wird. Daraus ergeben sich auch mögliche Anwendungen für die Sicherheitsindustrie. So könnten beispielsweise Knöpfe oder Regler in Räumen, die wegen einer Gefahrensituation nicht betreten werden dürfen, über die Sensoren auch aus der Ferne bedient werden.

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