Die Corona-Pandemie erfordert von Menschen das verstärkte Beachten von Hygieneregeln. Im Privaten ist dies einfacher als in öffentlichen Einrichtungen: zum Beispiel erfolgt eine Reinigung von Fahrkartenautomaten eher selten. Eine Möglichkeit das Problem zu umgehen ist die Bedienung von virtuellen Knöpfen mittels Handgesten. Das System wird kontaktfrei bedient und hygienische Probleme bleiben außen vor. Doch wie wäre es, wenn man beim Betätigen des virtuellen Knopfes diesen auch spürt?

Genau damit beschäftigt sich die Professur Arbeitswissenschaft und Innovationsmanagement. „Indem wir Nutzer spüren lassen, dass das System ihre Eingaben erkennt, können wir die Usability der Produkte wesentlich erhöhen.“ berichtet Prof. Angelika Bullinger-Hoffmann. In gleich zwei Projekten wurden Systeme entwickelt und evaluiert, welche den Nutzer haptische Rückmeldungen berührungslos spüren lassen.

Im Projekt HapTisch3D ermöglichen die innovativen Ultraschallmodule von Ultraleap die Interaktion von Nutzer:innen mit virtuellen Objekten und geben zudem ein spürbares haptisches Feedback. Die erzeugten haptischen Rückmeldungen lassen die Nutzer:innen Formen erfühlen und komplexe Rückmeldemuster erleben. Dadurch ergeben sich verschiedene Einsatzbereiche, angefangen von kleinen Spielen zur Unterhaltung über die Bedienung von Bankautomaten bis hin zu komplexen Eingaben in der Medizintechnik. Das Ergebnis des Projekts ist ein Demonstrator zur Technologiepräsentation vor Bürger:innen und Fachpublikum. In Anlehnung an die Chemnitzer Industriekultur verschmilzt in diesem das Ultraschallmodul mit einer alten Werkbank und illustriert somit den Wandel der Wertschöpfung in der Region. Das Konzept überzeugte auch die Jury des DIVR Science Awards, welche das Projekt auf die Shortlist für bahnbrechende Extended-Reality-Forschung aufnahm.

Das Projekt Taktiles Feedback 3D widmet sich der Erforschung von haptischen Rückmeldungen mittels Luftwirbel. Ein sogenannter Vortex-Impuls erzeugt dabei auf der Haut der Nutzer:innen ein Gefühl des sanften Antippens. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines kompakten Vortex-Generators, der einen möglichst großen Interaktionsbereich abdecken soll. Dieser kann mittels Handerkennung zielgerichtete Vortex-Impulse und Rückmeldemuster auf sich bewegende Hände abgeben. Nach der erfolgreichen Entwicklung des Demonstrators wird dieser derzeit in verschiedenen Szenarien, wie der Mensch-Roboter-Interaktion sowie der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion im automatisierten Fahren evaluiert.

Neben der Entwicklung der Technologie steht an der Professur Arbeitswissenschaft und Innovationsmanagement die nutzerzentrierte Gestaltung zukünftiger Produkte im Mittelpunkt. Dafür werden auf dem noch wenig beforschten Gebiet der Rückmeldungen für die berührungslose Interaktion grundlegende Studien durchgeführt. So werden anhand des Demonstrators HapTisch3D Zeitpunkte ermittelt, zu welchen eine Rückmeldung möglichst der Nutzererwartung entspricht und sich während der Bedienung möglichst natürlich anfühlt. Weiterhin werden Möglichkeiten untersucht, wie einzelne UI-Elemente gestaltet werden können, um die Tiefenwahrnehmung während der Gesteninteraktion auf einem zweidimensionalen Bildschirm zu unterstützen. Das durch den Vortex-Generator erzeugte taktile Feedback wurde im Rahmen des hochautomatisierten Fahrens in einem Fahrsimulatorversuch untersucht. So wurden die Vortex-Wirbel, neben anderen Feedbackmodalitäten, hinsichtlich der Eignung als Übernahmeaufforderung vom automatisierten Fahren zurück zum manuellen Fahren analysiert. Weiterhin wurden in mehreren Erhebungen verschiedene Einflussparameter auf die Wahrnehmbarkeit der Vortex-Wirbel untersucht. Da diese nur geringe Kräfte übertragen können, kann somit sichergestellt werden, dass der Nutzer die Rückmeldung in alltäglichen Situationen spürt.

Hintergrund: Projekte Haptisch3D und Taktiles Feedback 3D II
Die zwei Projekte wurden im Rahmen der Allianz 3Dsensation zur Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) vorgeschlagen. Hierbei wurde das Projekt HapTisch3D als Demonstratorprojekt mit den Projektpartnern Professur Produktionssysteme und -prozesse der TU Chemnitz und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik durchgeführt. Nach Ende des Projekts im Juni 2021 steht der fertiggestellte Demonstrator für den Wissenstransfer zur Verfügung. Das Projekt taktiles Feedback 3D II wurde von 01.04.2019 bis 31.07.2021 gefördert und von der Professur Arbeitswissenschaft und Innovationsmanagement konzeptionell und technisch umgesetzt.

Weitere Informationen erteilt Max Bernhagen, Telefon +49 371 531-35897, E-Mail max.bernhagen@mb.tu-chemnitz.de