Tangibible Surfaces – Ein Wandel in unserer Interaktion

Im Mai 2017 fand der erste FabTalk im Rahmen des 3D-Kompetenzzentrums statt. Prof. Jürgen Steimle von der Saarland University stellte ausgewählte Forschungsschwerpunkte einem interessierten Fachpublikum vor. Schwerpunkt des Vortags waren Tangible Surfaces.  Neben Projekten wie Foldio, iSkin und interaktiven Tattoos konnten die Teilnehmer Einblicke in den Stand der Forschung bzgl. touch-enabled 3D-Drucken gewinnen.

Wir kommen aus einer Zeit, in der „Ubiquitous Computing“ bloß eine Idee war. Heute ist es ein fester Teil unserer Gegenwart. Touchscreens sind nun allgegenwärtig und erschaffen ein neues Zeitalter in der Interaktion mit Rechnern. Noch sind sie limitiert. Sie sind flach, fest und üblicherweise rechteckig.

Das ist der Moment in dem greifbare Oberflächen, sogenannte Tangible Surfaces, ins Bild kommen. Sie sind weich, verformbar und dehnbar. Mit digitalen personalisierten Herstellungsverfahren können wir uns nun voll auf die Ansprüche und Bedürfnisse des Nutzers einstellen.

Die einfachste Implementierung dieser Idee ist das interaktive Papier. Gebrauchsübliche Tintendrucker können leitfähige Tinte und spezielles Fotopapier benutzen, um benutzerdefinierte PCBs, Touchsensoren oder sogar Antennen zu drucken. Dieser Ansatz nutzt nur eine Lage Tinte für die gedruckten Schaltkreise und ist hierdurch gegenüber komplexeren mehrlagigen Schaltkreisen limitiert.

Zusätzlich ist es für Laien eine große Herausforderung, solche Schaltkreise manuell zu designen. Software zum intuitiven Schaltkreisdesign mit einem User Interface kann diesen Vorgang abstrahieren und so erleichtern. Automatisierte Planung der Schaltkreise wie auch Programmierung der Mikrocontroller nehmen Designern diese Schwierigkeiten ab.

Foldio ist eine derartige Applikation. Sie erlaubt es Kontrollelemente einem Model hinzuzufügen und zum Beispiel so Touch-Interaktion zu ermöglichen. Das zugehörige Model wird aus seiner 3D-Ansicht zu einem 2D-Model ausgefaltet und die Verdrahtung wird vorgenommen. All die Kontrollelemente die der Nutzer hinzufügt, werden bezüglich ihrer physischen Einschränkungen verarbeitet und für eine einfache Verdrahtung vorgelegt.

Über die Interaktion mit dem Gerät selbst hinaus beschäftigen sich Teile der Forschung mit menschlicher Haut als Inputoberfläche. Haut als ein Tangible Surface hat einen großen Vorteil, da wir haptisches Feedback schon durch unsere Sensorik besitzen. Ein erster Versuch mit iSkin nutzt ein robusten Touchsensor aus PDMS und cPDMS, um ein leitfähiges Material mit Flexibilität zu versehen. Bänder, Sticker und Erweiterungen für andere Geräte können so implementiert werden.

Einer wirklich nahtlosen Einbindung der Haut kommen wir durch die Anwendung von temporären Tattoos mit funktionaler Tinte näher. So können wir TFEL Bildschirme mit einer Dicke von nur 30 bis 50μm schaffen. Hierdurch sind ebenfalls Toucheingaben sowie druck- und beugungsempfindliche Sensoren möglich. Menschliche Merkmale – Landmarken des Körpers – wie die Höhen und Tiefen der Knöchel einer Faust können das Design der Interaction dieser Geräte leiten. Eine geballte Faust ermöglicht mehrere Touchbuttons und eine flache Hand kann einen Schieberegler darstellen.

Mit interaktiven 3D-Drucken wird ein Schritt von solchen Interaktionen zurückgegangen und leitfähiges Filament genutzt um existierende Objekte wie Touchscreens ohne weitere Änderungen zu verbessern. Ein pressbarer Stift kann so genutzt werden um die Intensität der Toucheingabe zu steuern, wodurch gleichzeitig die Dicke des Stiftes in der Applikation gesteuert wird.

Mit interaktiven 3D-Drucken kann man auch ein Teil der personalisierten Herstellung zum Nutzer bringen. Ein eingebettetes Objekt kann so die Form des Produkts ändern, um sich dem Nutzer anzupassen. Eine Heizstruktur in einem Armband wird aufgewärmt und erwärmt so die umliegende, dann formbare, Struktur wodurch die Anpassung vom Nutzer durchgeführt werden kann. Das größte Problem bleibt jedoch die Erstellung von abstrahierter Software, die das technische Design erleichtert und die schnelle Fertigung der vorgestellten Herangehensweisen ermöglicht.

Tangibible Surfaces – Ein Wandel in unserer Interaktion