Magnetische E-Häute führen in neues Zeitalter der Sensortechnik

Bislang brauchte man für die Manipulation virtueller Objekte Geräte, die sich auf die optische Erkennung von sich bewegenden Körperteilen verlassen. Zu diesen Geräten zählten üblicherweise Kameras, deren Auflösung nicht gut genug ist, um feine Körperbewegungen zu rekonstruieren, sowie Brillen und Handschuhe, die sperrig und einschränkend sind. Vor dem Hintergrund dieser Probleme haben von der EU finanzierte Forscher sich der Entwicklung vielseitiger Erfassungsvorrichtungen gewidmet, die mit Magnetfeldern interagieren.

In den Anfangsphasen des Projekts wussten die Forscher, dass sie zwei wesentliche Funktionen in einem einzelnen Gerät kombinieren mussten, um die berührungslose Manipulation von virtuellen Objekten umzusetzen: die Möglichkeit, Objekte in der Nähe und die Richtung im Raum zu ermitteln. Doch obwohl die frühen tragbaren Elektronikgeräte des Teams die erste Funktion anhand von Magnetfeldsensoren erfüllen konnten, waren sie doch nicht in der Lage, die Raumrichtungen zu analysieren.

Nun haben die SMART-Forscher diese Hürde überwunden und erste ultradünne E-Häute entwickelt, die Körperbewegungen nachverfolgen können.

E-Haut-Vorrichtung verfolgt zum ersten Mal Körperbewegungen

Die E-Haut besteht im Wesentlichen aus einem zweidimensionalen Magnetfeldsensor auf ultradünnen Polyimidfolien. Diese nur 3,5 Mikrometer dicke, dehnbare, biegsame und druckbare Vorrichtung kann ganz einfach auf jedem Teil Ihrer Hand angebracht werden, nahezu unbemerkt für den Träger. Sie kann außerdem in weiche und formbare Materialien integriert werden, wie Textilien für tragbare Elektronik. Darüber hinaus können die Geräte Temperaturen von bis zu 344° C standhalten, was ihrer Belastungsgrenze entspricht. Dies ist besonders im Vergleich zu herkömmlichen Polymeren wie Mylar und dem deutlich dickeren PET und PEEK beachtlich, deren Belastungsgrenze bei weniger als der Hälfte dieser Temperatur liegt.

Der jüngste Erfolg des SMART-Projekts wurde kürzlich in einem Beitrag in der Zeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht. Darin beschreiben die Forscher, wie ihr Gerät durch Interaktion mit einem Magnetfeld in der Lage ist, virtuelle Objekte zu bewegen, die sich nicht in ihrer direkten Sichtlinie befinden, ohne sie zu berühren.

Dieses Konzept wiesen die Forscher nach, indem sie den 2D-Sensor an einem elastischen Armband befestigten, um eine virtuelle Tastatur zu erschaffen. Ein permanenter Magnet, der an der Fingerspitze einer Person befestigt wird, liefert den magnetischen Input. Wenn sich die Fingerspitze dem Armband in einem bestimmten codierten Winkel nähert (z. B. 90°), konvertiert der Sensor die Position des Magneten in ein zuvor definiertes Zeichen (z. B. die Zahl vier).

Sie zeigten außerdem, wie eine virtuelle Glühbirne mittels berührungsloser Manipulation und ausschließlich basierend auf der Interaktion mit Magnetfeldern gedimmt werden kann. Hier wurde die E-Haut an der Handinnenseite angebracht. Der Träger steuert die Beleuchtung durch Bewegungen seiner Hand in der Nähe eines permanenten Magneten, der als virtuelles Ziffernblatt dient. Winkel zwischen 0° und 180° wurden so codiert, dass sie den typischen Bewegungen entsprachen, die eine Hand bei der Bedienung eines echten Ziffernblatts macht. Durch Drehungen der Hand über dem virtuellen Ziffernblatt um nur wenige Grad nach links oder rechts wurde die virtuelle Glühbirne entweder gedimmt oder heller gemacht.

Die Mitglieder des Teams glauben, dass diese Technologie den Weg für zahlreiche Anwendungen ebnen wird – nicht nur in den Bereichen Sport und Computerspiele, sondern auch in der regenerativen Medizin und Sicherheitsbranche. Darüber hinaus wird vorausgesagt, dass weitere Verbesserungen flexibler Sensoren dafür sorgen werden, dass die Interaktion von E-Haut mit dem Magnetfeld der Erde künftig eine echte Möglichkeit sein wird.

Das SMART-Projekt (SMART steht für Shapeable Magnetoelectronics in Research and Technology; formbare Magnetelektronik in Forschung und Technik), das im vergangenen Jahr endete, zielte darauf ab, der EU einen Vorteil in der Entwicklung einer einzigartigen Klasse von Geräten mit wichtigen Funktionen zu verschaffen. Diese Materialien sind schnell und flexibel und wurden auch entwickelt, um auf ein Magnetfeld zu reagieren und zu antworten.

Weitere Informationen:
SMaRT-Website
Artikel, der in Science Advances veröffentlicht wurde