E-Skin Tragbare Elektronik wird ergonomisch

Tragbare Elektronik soll sich wie eine zweite Haut anfühlen. Eine besondere Herausforderung dabei ist der Tragekomfort – dem haben sich nun Wissenschaftler der Universität des Saarlandes angenommen.

Anbieter zum Thema

PFLITSCH GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

ELMEKO GmbH + Co. KG

Universität des Saarlandes

Leibniz-Institut für neue Materialien(INM) gem.GmbH

Schon heute überwachen wir mit Fitnessuhren unsere Gesundheit. Einen Schritt weiter ist die tragbare Elektronik – Eingabegeräte, die der Anwender direkt auf der Haut trägt. Eine Herausforderung dabei ist die Biegsamkeit und der Tragekomfort dieser Folien. Wissenschaftler der Universität des Saarlandes untersuchen, wie biegsam spezielle Folien sein dürfen, damit die Haut verschiedene Reize wahrnimmt.

Wahrnehmung auf der Haut untersucht

„Auf der Haut getragene Eingabegeräte ermöglichen eine Vielzahl von wichtigen Anwendungen“, erklärt Informatik-Professor Jürgen Steimle von der Universität des Saarlandes. Beispielsweise könnten Sensoren an jeder Körperstelle den Gesundheitszustand überwachen, ohne dabei unangenehm für die tragende Person zu sein. Auch Prothesen könnten damit so verbessert werden, dass sie sich wie ein echtes Körperteil anfühlten. Zahlreiche Prototypen hätten die Machbarkeit schon bewiesen.

Einige davon, „Tactoo“, „Skin Marks“ und „I-Skin“, hat Steimles Forschergruppe selbst entwickelt. „Eine entscheidende Frage war jedoch noch nicht beantwortet: Wie verändern die pflasterartigen Ein- und Ausgabefolien die Wahrnehmung auf der Haut?“, erläutert Jürgen Steimle. Um diese Frage zu klären, haben die Informatiker der Saar-Uni mit Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Neue Materialien INM und dem Korea Advanced Institute of Science and Technology kooperiert.

Prototypen ohne Klebstoff entwickelt

Gemeinsam entwickelten sie mehrschichtige, pflasterartige Materialien auf Silikon-Basis, die ohne Klebstoffe sehr gut auf der Haut haften und wiederverwendbar sind. „Klebstoff kann unangenehm sein, in manchen Fällen sogar eine allergische Reaktion auslösen. Daher wollten wir dessen Anwendung umgehen“, erklärt Klaus Kruttwig, der am INM die Forschergruppe „Biointeraktionen“ leitet. Neben dem sogenanntem „Tattoo-Papier“, welches für viele bisherige Systeme eine gängige Lösung ist, testeten die Wissenschaftler zwei unterschiedliche Silikon-Folien-Pflaster auf der Haut von 16 Teilnehmern im Durchschnittsalter von 27 Jahren. Als vergleichbare Kenngröße diente dabei die unterschiedliche Biegesteifigkeit der drei Materialien.

„Normalerweise ermittelt man bei ähnlichen Messungen die Dicke und Elastizität. Wir haben uns hier jedoch für die Biegefestigkeit entschieden, weil wir so mit einer einzigen Kenngröße vergleichbare Aussagen treffen können“, erklärt Prof. Roland Bennewitz, Leiter des Programmbereichs Nanotribologie am INM.

Tragbare Elektronik angenehm machen

Um die durch das Tragen der Materialien veränderte Berührungsempfindlichkeit zu bestimmen, führten die Forscher insgesamt drei psychophysische Experimente durch. Dabei fanden sie heraus, dass die empfindlichste Stelle, die Fingerkuppe, durch das Aufbringen der Materialien am meisten an Empfindlichkeit verliert. An weniger sensiblen Hautstellen wie Unterarm oder Handfläche war jedoch keine signifikante Veränderung der Empfindlichkeit messbar. Eine mittlere Biegefestigkeit zu benutzen, versprach die beste Balance zwischen einer aktiven Wahrnehmung und mechanischer Robustheit. Aufbauend auf ihren Ergebnissen erstellten die Wissenschaftler eine Klassifikation für auf der Haut getragene interaktive Folien, entsprechend ihrer Dicke und ihrer Biegefestigkeit.

„Das beste Material für solche Anwendungen auszuwählen, war bisher eine schwierige Designfrage, da man so wenig über die taktile Wahrnehmung wusste“, erklärt Aditya Shekhar Nittala, Doktorand bei Professor Steimle und Erstautor der Publikation. „Unsere Arbeit hilft nun Designern, die beste Balance zwischen den Materialeigenschaften, der mechanischen Robustheit und der taktilen Wahrnehmung zu finden.“

Ihre Ergebnisse wurden auf der renommierten „Conference on Human Factors in Computing Systems“ ausgezeichnet.

Steuerelemente

Mit elektronischen Tattoos mobile Endgeräte intuitiv steuern

Wearables

Forscher entwickeln biegbare Mikrobatterien für elektronische Kleidung

(ID:46161785)