Fotos: Oliver Dietze
Smarte Materialien

Hand in Hand mit der virtuellen Welt

Eine hauchdünne, dehnbare Folie wird zum Sinnesorgan für die Technik: Als Beschichtung in einem smarten Arbeitshandschuh vermittelt sie dem Computer, wie genau sich Hand und Finger bewegen. Durch Klopfen oder Vibrieren kann sie mit dem, der den Handschuh trägt, kommunizieren. So können virtuelle und reale Arbeitswelt verschmelzen.
Von Claudia Ehrlich • 17.12.2019

Falsches Bauteil. Jetzt muss der Monteur alles, was er zusammengebaut hat, komplett wieder abmontieren. Das kostet Zeit und hält die ganze Produktion auf. Hätte der Computer ihn am Sortierkasten doch nur gewarnt und ihm den Irrtum angezeigt. Aber die Maschine wusste nichts vom Fehlgriff. Genau dieses Wissen soll der Handschuh, den das Ingenieurteam von Stefan Seelecke von der Universität des Saarlandes entwickelt, dem Computersystem geben. In Kombination mit einer Datenbrille kann es den Arbeiter künftig sehr individuell unterstützen, ihn bei Bau oder Reparatur komplizierter Anlagen führen und Fehler vermeiden.

Die Forscher machen eine federleichte, anschmiegsame Folie aus elastisch verformbarem Kunststoff zum Sinnesorgan für die Technik: Sie beziehen damit den Stoff eines Arbeits-Handschuhs und machen diesen so zur Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine – ganz ohne schwere Sensoren oder Kameras, alles nur mit der Folie, die weder hindert, noch zwickt und nicht bei der Arbeit stört.

Wir setzen die Folie im Handschuh als dehnbaren und biegsamen Sensor ein.

Professor Stefan Seelecke

„Die Folie ist ein sogenanntes dielektrisches Elastomer. Wir setzen sie im Handschuh als dehnbaren und biegsamen Sensor ein“, erklärt Stefan Seelecke, Professor für intelligente Materialsysteme der Saar-Uni, der mit seinem Team auch am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik forscht. Die Silikonfolie ist beidseitig mit elektrisch leitfähigem Material bedruckt: Legen die Forscher hier eine elektrische Spannung an, bewirkt die elektrostatische Anziehung, dass sich die Folie zusammendrückt: Sie weicht dabei zur Seite aus und vergrößert so zugleich ihre Fläche. Damit ändert sich auch die elektrische Kapazität. Das macht die Folie selbst zum Sensor. „Wir können jeder Stellung der Folie, ganz so wie sie sich gerade verformt, exakte Messwerte der elektrischen Kapazität zuordnen“, erklärt Sebastian Gratz-Kelly, der als Doktorand in Seeleckes Team am Handschuh arbeitet.

Die Ingenieure wissen also genau, wie der Finger die Folie mit seiner Bewegung gerade dehnt, zieht oder drückt. Mit Hilfe von Algorithmen können diese Bewegungsabläufe in einer Regelungseinheit berechnet und in einem Computersystem weiterverarbeitet werden.

In einem nächsten Schritt wollen die Forscher ihr System so weiterentwickeln, dass der Handschuh selbst direkt mit dem Arbeiter kommunizieren kann: über haptische Signale an den Fingern wie Klopfen und Vibrieren. „Dadurch kann der Computer dem Arbeiter etwa durch ein Klopfsignal an den Fingerspitzen mitteilen: Das ist das falsche Bauteil, und durch ein Vibrieren: Das ist jetzt das richtige“, erklärt Gratz-Kelly.

Die dünne Silikonfolie ist nämlich nicht nur Sensor, sondern kann auch klopfen, vibrieren und bestimmte Stellungen halten. Die Forscher können ihre Folie gezielt ansteuern und die Frequenz und Schwingungen beliebig verändern: vom hochfrequenten Vibrieren bis hin zu stufenlosen Hub- oder Klopfbewegungen - und damit könnte die Folie in Zukunft auch Fehlgriffe am Sortierkasten verhindern.

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