Digitale Fabrikation von deformierbaren Bildschirmen und berührungsempfindlichen Sensoren

Jürgen Steimle

Digitale Fabrikation von deformierbaren Bildschirmen und
berührungsempfindlichen Sensoren

Grafische Nutzerschnittstellen zeichnen sich durch eine hohe Anpassbarkeit in ihren grafischen Inhalten aus. Diese können digital gestaltet und programmiert und so auf die jeweiligen Inhalte, den Nutzer und den spezifischen Anwendungskontext angepasst werden. Im Gegensatz dazu gibt es auf der Ebene der Bildschirme, die diese grafi schen Inhalte anzeigen, nahezu keine Anpassbarkeit: Bildschirme sind fast ausnahmslos rechteckig, fl ach und starr, vergleichsweise dick und nur in einigen vordefi nierten Größen erhältlich.

In dem Maße, in dem grafi sche Nutzerschnittstellen immer häufiger in die physische Umgebung eingebettet werden, wird diese Einschränkung zunehmend problematisch. Nutzerschnittstellen für das Internet of Things oder für Wearable computing müssen in Größe und Form dem physischen Nutzungskontext anpassbar sein und benötigen darüber hinaus weitere neue Eigenschaften. Beispielsweise sollten auf dem Körper getragene Bildschirme nicht nur der Körpergröße des Nutzers entsprechen, sondern auch sehr leicht, dünn und verformbar sein.

Wir schlagen Digitale Fabrikation als ein grundsätzlich neues Verfahren vor, um eingebettete Nutzerschnittstellen zu erstellen. Digitale Fabrikationsmethoden wie 3D-Druck und Laserstrahlschneiden werden bereits erfolgreich kommerziell eingesetzt, um Objekte mit hochgradig individuellen Formen in industrieller Fertigungsqualität herzustellen.

Unsere Verfahren ermöglichen es, über die reine statische Objektform hinausgehend, auch interaktive Ein- und Ausgabekomponenten mittels digitaler Fabrikation herzustellen. Dies ermöglicht es, neue Typen von eingebetteten und am Körper tragbaren Nutzerschnittstellen einfach, schnell und kostengünstig in kleinen Stückzahlen herzustellen.

Gedruckte deformierbare Touch-Bildschirme

Mit PrintScreen haben wir das erste Verfahren für die Digitale Fabrikation von individuell entworfenen Bildschirmen vorgestellt: Anstatt einen massengefertigten Bildschirm zu kaufen, können lichtemittierende und berührungsempfindliche Bildschirme mit unseren Verfahren nun grafisch erstellt werden, ganz ähnlich wie herkömmliche Vektorgrafiken. Durch einen nachfolgenden Druckschritt, ähnlich dem klassischen Dokumentendruck, werden die Bildschirme dann fabriziert. Das ermöglicht es, hochgradig individuelle Lösungen auch in kleiner Stückzahl zu produzieren, beispielsweise für Prototypen und Kleinserienfertigungen, für Produkte, die an die individuelle Körpergröße des Nutzers angepasst sind, oder für interaktive Druckprodukte. Die Bildschirme sind mit ca. 0,1 mm sehr dünn und können verformt, aufgerollt sowie gefaltet werden. Sie können darüber hinaus auf verschiedene Materialien gedruckt werden, z. B. Folie, Papier, Holz, Keramik oder Leder. Zur Fertigung wird nur kostengünstige handelsübliche Ausstattung benötigt.

In weiterer Forschung haben wir mit PrintSense ein Verfahren entwickelt, um Sensoroberflächen zu drucken, die über reine Berührungs-Eingabe hinaus weitere Modalitäten erfassen, unter anderem Handgesten in der Nähe der Oberfläche sowie die Deformation des Sensors. Damit lassen sich multimodale interaktive Displayoberflächen realisieren.

Personalisierte berührungsempfindliche Oberflächen für Nutzerschnittstellen auf der Haut

Sensoroberflächen für Anwendungen auf der menschlichen Haut müssen für eine gute Anwendbarkeit nicht nur dünn, verformbar und in ihrer Größe anpassbar, sondern darüber hinaus auch dehnbar sein. Mit iSkin haben wir die erste dehnbare Sensoroberfläche für Nutzerschnittstellen auf der menschlichen Haut vorgestellt. Diese wird ebenfalls grafisch entworfen und dann durch digitale Fabrikationsmethoden hergestellt. Der dünne und größenteils transparente Sensor ist aus hautverträglichem Silikon gefertigt. Neben Form, Größe und Lage der berührungsempfindlichen Sensorelemente kann auch das visuelle Design des Sensors individuell gestaltet werden, um den ästhetischen Wünschen des Nutzers Rechnung zu tragen. Dieser Sensor ermöglicht zahlreiche neue Typen von Nutzerschnittstellen auf dem menschlichen Körper, wie beispielsweise aufklebbare Sensor-Tattoos, die eine sehr schnelle, direkte und diskrete Interaktion mit mobilen Computergeräten ermöglichen.

Jürgen Steimle

DEPT. 4 Computer Graphics
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