CUTE Wearables könnten bald unsere Interaktion mit Konsumprodukten verändern

Ein Team innovativer Ingenieure aus Zürich hat kürzlich ein neues haptisches Sensorsystem vorgestellt, das die Art und Weise revolutionieren könnte, wie Menschen mit elektronischen Geräten kommunizieren. Seit Jahren basieren elektronische Geräte auf einem ein- oder zweistufigen haptischen System auf Aktuatorbasis. Denken Sie an das Summen Ihres Telefons, wenn Sie den Lautlosmodus aktiviert haben. CUTE Wearables plant, diese Fähigkeiten zu erweitern und elektronische Geräte herzustellen, die Ihre Haut als Kommunikationsmedium nutzen.

Wearables, Spiele und andere elektronische Geräte nutzen haptisches Feedback, um Sie über bestimmte Zustände zu informieren. Die gängigste Methode zur Bereitstellung von haptischem Feedback in der Elektronik ist die Verwendung von Aktuatoren. Diese winzigen Motoren können ein- und ausgeschaltet werden, um bei Bedarf Vibrationen zu erzeugen.

Dieser Ansatz ist zwar effektiv, um Sie zu benachrichtigen, nutzt aber nicht die Tatsache aus, dass die Haut das größte Organ unseres Körpers ist. Sie ist voller Sinnesrezeptoren und kann zwischen einem leichten Klopfen und einem Kneifen unterscheiden. Daher gehen die Wahrnehmungsfähigkeiten der Haut weit über die einfache Vibration Ihres Telefons bei einem Anruf hinaus. Ingenieure haben diese verpasste Chance erkannt und sich daran gemacht, einen haptischen Sensor zu entwickeln, der mehrere Arten der Interaktion ermöglicht.

CUTE Wearables Studie

Die vollständigeKutane elektrohydraulische (CUTE) tragbare Geräte für angenehme haptische Signale mit großer Bandbreite" ¹ Die Studie wurde diesen Monat in Advanced Science veröffentlicht. Sie befasst sich eingehend mit dem Konzept der Verwendung hydraulisch verstärkter selbstheilender elektrostatischer (HASEL) künstlicher Muskeln zur Entwicklung leistungsfähigerer haptischer Geräte.

CUTE-Wearables können mehr als nur das lästige Summen heutiger Elektronik. Die Studie demonstriert eine Systemarchitektur und ein neues Wearable, das verschiedene taktile Empfindungen wie Drücken, Klopfen, Reiben und mehr bietet.

Quelle – Advanced Science

Der elektrisch betriebene Sensor kann eine große Bandbreite an Empfindungen vermitteln, die als angenehmer empfunden wurden als das herkömmliche Summen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie schicken jemandem in den sozialen Medien eine Prise und dieser spürt sie plötzlich im wirklichen Leben. Und nun gehen Sie noch einen Schritt weiter und stellen Sie sich vor, Sie teilen Ihren Herzschlag mit einem geliebten Menschen auf der anderen Seite der Welt.

Weicher Aktuator

Um ein realistisches und lebensechtes Berührungsgefühl zu erzeugen, verwendeten die Ingenieure weiche elektrohydraulische Reißverschluss-Aktuatoren. Die Geräte verwenden eine mit flüssigem Dielektrikum gefüllte thermoplastische Hülle, die ihnen Flexibilität verleiht. Auf jeder Seite der Hülle bewirken Elektroden, dass sich die Oberfläche bei Stromzufuhr verformt und verändert, sodass sie sich zur Mitte des Geräts hin bewegen. Konkret erreichte das Team einen Betätigungshub von 2.44 mm.

Besonders hervorzuheben ist, dass das tragbare CUTE-Gerät einen Stapel von zehn Aktuatortaschen nutzt, um die Aktuatorleistung und -fähigkeiten zu verbessern. Die Aktuatoren mit geringem Platzbedarf sind energieeffizient und ermöglichen es dem Gerät, haptisches Feedback anzupassen, um eine große Auswahl an Anforderungen zu erfüllen.

CUTE Wearables Test

Die Ingenieure testeten ihr tragbares Gerät CUTE anhand einer Reihe von Kriterien. Zunächst versammelte das Team 14 unabhängige Teilnehmer, um die Erkennbarkeit jeder haptischen Empfindung zu testen. Die Gruppe bestand aus sieben Frauen und sieben Männern im Alter zwischen 7 und 7 Jahren.

Jeder Teilnehmer wurde auf einen bequemen Stuhl gesetzt. Seine nicht-dominante Hand lag auf einer Armlehne und ein Bildschirm, eine kabellose Maus und geräuschunterdrückende Kopfhörer wurden verwendet, um Störungen von außen auszublenden. Die Ingenieure begannen dann mit der Kommunikation mittels haptischem Feedback.

Nach jedem Signal wurden die Teilnehmer gebeten, zu bestimmen, welches Spannungsmuster am besten zum haptischen Feedback passte. Insgesamt wurden sechs haptische Signale mit Frequenzen von 0–200 Hz verwendet. Jedes Signal dauerte ungefähr 6 Sekunden.

Nachdem der Teilnehmer den Hinweis gehört hatte, wählte er auf einer Gefühlsskala aus, wie er sich anfühlte. Dieser Teil des Tests half den Ingenieuren festzustellen, dass CUTE-Wearables ein angenehmes Erlebnis bieten. Bemerkenswerterweise war das einzige haptische Feedback, das als störend eingestuft wurde, das herkömmliche Feedback, das man von Mobiltelefonen kennt.

CUTE Wearables Testergebnisse

Die Testergebnisse waren beeindruckend. Die Ingenieure stellten fest, dass 97.9 % der Teilnehmer jeden der sechs Hinweise mit wenig Aufwand genau bestimmen konnten. Bemerkenswert ist, dass sechs der Testpersonen die volle Punktzahl erreichten, was bedeutet, dass sie mithilfe des Geräts unterschiedliche Empfindungen von Entspannung bis Erregung kommunizieren konnten. Beeindruckenderweise stellte sich heraus, dass das Gerät in der Lage war, Kräfte von über 2.3 N bei Entfernungen von +8.0 mm zu erzeugen.

Vorteile von CUTE Wearables

Ein komplexeres und leistungsfähigeres haptisches System könnte aufgrund seiner vielen Vorteile zu einem bahnbrechenden Umbruch werden. Stellen Sie sich vor, Sie könnten ohne hinzusehen anhand der Vibration oder des Gefühls, das Sie vom Sensor bekommen, erkennen, wer anruft. Die Fähigkeit, vielfältige taktile Empfindungen zu erzeugen, ermöglicht es Ingenieuren, immersivere und hilfreichere Anwendungen zu entwickeln.

Compact

Ein weiterer wichtiger Grund, warum viele diese Forschung als entscheidend für die Entwicklung der Elektronik von morgen ansehen, ist die Tatsache, dass die meisten haptischen Systeme heute auf schwere Aktuatoren angewiesen sind. Diese Anforderung begrenzt die Größe haptisch rückmeldefähiger Elektronik und erhöht ihr Gesamtgewicht. Die CUTE-Wearables-Architektur löst dieses Problem durch die Entwicklung eines maßgeschneiderten, kompakten Feedbacksensors, der auch die kleinsten Wearables unterstützt.

komfortabel

Tragekomfort ist ein wichtiger Aspekt, den viele Wearable-Entwickler zu vergessen scheinen. Niemand möchte den ganzen Tag unbequem sitzen, selbst wenn man dafür Anrufe vom Handgelenk aus entgegennehmen kann. CUTE Wearables zeichnen sich durch ein ergonomisches Design und Materialien aus, die sich wie menschliche Haut anfühlen. Zudem erhitzen sich diese Geräte auch nach längerem Gebrauch nicht. Daher eignen sie sich ideal für den Langzeitgebrauch und andere Anwendungen, bei denen leichte Optionen die beste Wahl sind.

Still

Ein weiterer großer Vorteil von CUTE Wearables ist ihre Geräuschlosigkeit. Ihr Telefon ist zwar stummgeschaltet, aber jeder kann die Vibration in Ihrer Tasche hören. Außerdem müssen Sie es immer noch herausnehmen, um zu sehen, wer angerufen wird, oder auf Ihre Smartwatch schauen. CUTE Wearables lösen dieses Rätsel, indem sie für jeden Anrufer ein spezielles haptisches Feedback erstellen. Dieser Ansatz sorgt bei Bedarf für zusätzliche Diskretion.

Sicher

Sicherheit ist das Hauptanliegen der Benutzer und Entwickler von CUTE-Wearables. Diese Geräte verfügen über eine Vielzahl von Designelementen und Schutzfunktionen, damit Sie sich keine Sorgen über Stromschläge, Feuer oder andere mögliche Risiken machen müssen. Beispielsweise verfügen CUTE-Wearables über eine Elastomermembran und eine Hebelwirkung der Aktuatorkapselung, um jede Gefahr für den Benutzer zu vermeiden. Außerdem verwendet das Gerät nur Elektroden mit geringem Widerstand, was das Stromschlagrisiko weiter verringert.

Energy Efficient

Einer der größten Vorteile der tragbaren Technologie von CUTE ist ihre Energieeffizienz. Das getestete Gerät benötigte in ausgefahrener Position nur 3.0 mW. Dieser niedrige Energieverbrauch bedeutet, dass in Projekten mehr Aktuatoren eingesetzt werden können. Darüber hinaus haben tragbare CUTE-Geräte eine längere Akkulaufzeit, was sie ideal für die nächste Generation tragbarer Geräte macht, die in den kommenden Monaten auf den Markt kommen.

CUTE Wearables Anwendungen

Abgesehen davon, dass sie leichte tragbare Systeme mit Strom versorgen kann, die taktilere Reaktionen und Kommunikation ermöglichen, gibt es zahlreiche weitere Anwendungen, die durch diese Technologie verbessert werden könnten. Beispielsweise könnte diese Technologie in VR- und AR-Systeme integriert werden, um den Realismus zu erhöhen.

Es könnte auch dazu dienen, Fahrern oder sogar Sehbehinderten nicht-visuelle Anweisungen zu geben. Stellen Sie sich vor, Ihr intelligentes Wearable tippt auf Ihre rechte Seite des Handgelenks, um Ihnen anzuzeigen, dass Sie nach rechts fahren sollen, oder drückt Ihr Handgelenk, um Ihnen mitzuteilen, dass Sie sich der richtigen Ausfahrt nähern.

Sicherheitssysteme

Ein weiteres Anwendungsszenario wäre die Entwicklung von Sicherheitswarnsystemen mit taktiler Rückmeldung. Diese Systeme wären ideal für geschäftige und laute Umgebungen, in denen komplexe Messwerte überwacht werden müssen. In Zukunft könnte ein einfacher Kniff am Handgelenk einem Sicherheitsinspektor mitteilen, dass er ein Ventil schließen oder andere Maßnahmen ergreifen muss.

CUTE Wearables Forscher

Die Forschung für die CUTE-Wearables-Studie wurde am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme durchgeführt. Konkret wurde die Abteilung Haptische Intelligenz damit beauftragt, das Gerät funktionsfähig zu machen. Sie nahmen die Unterstützung von Katherine J. Kuchenbecker sowie der Abteilung für Robotermaterialien in Anspruch. Jetzt möchte das Team seine Kreation erweitern und sehen, welche anderen Anwendungsszenarien erreicht werden können.

Unternehmen, die mit der Einführung von CUTE Wearables-Technologie Erfolg haben könnten

Mehrere Unternehmen könnten von den Details dieser Studie profitieren. Von Herstellern von Smartwatches und Telefonen bis hin zu intelligenten Auto- und Bekleidungsfabriken gibt es viele Anwendungsfälle für diese Technologie. Hier ist ein Unternehmen, das unmittelbar von der Integration profitieren könnte.

Garmin

Garmin (GRMN + 1.16%) 1989 startete ProNAV als Anbieter von Navigationssystemen. Die Gründer Gary Burrell und Min Kao konzentrierten sich zunächst auf die Luftfahrt und die Schifffahrt. Zehn Jahre später war ihre Technologie so weit fortgeschritten, dass sie auch für den Einsatz in tragbaren Geräten für den durchschnittlichen Autofahrer geeignet war.

Garmon ist ein führender GPS-Anbieter und einer der bekanntesten Namen in der Branche. Das Angebot hat sich erweitert und umfasst nun auch Wearables, Fitnesstracker, Hundetracker und vieles mehr. Die Integration eines CUTE-Feedbacksystems für Wearables könnte die Tür für leistungsfähigere und benutzerfreundlichere Geräte öffnen.

Garmin hat seit seiner Gründung mehrere große Akquisitionen getätigt. Jede Akquisition erweiterte die Kapazitäten des Unternehmens im Bereich Wearables. Heute zählt das Unternehmen zu den drei größten Smartwatch-Herstellern weltweit. Analysten prognostizieren daher mit dem expandierenden Markt für Wearables weiteres Wachstum.

CUTE Wearables – Eine neue Art der Kommunikation

Das CUTE-Wearables-Konzept ist eine bedeutende Weiterentwicklung eines Systems, das sich seit Jahrzehnten kaum verändert hat. Pager hatten einst eine ähnliche Vibrationsfunktion wie die modernsten Smartphones von heute. Dank dieses innovativen Forscherteams könnten Ihre elektronischen Geräte bald in der Lage sein, Ihnen diskrete, komplexe und leicht verständliche Nachrichten zu senden – und das alles nur durch Berührung.

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Studienreferenz:

^{1. Sanchez-Tamayo, N., Yoder, Z., Rothemund, P., Ballardini, G., Keplinger, C., & Kuchenbecker, KJ (2024). Kutane elektrohydraulische (CUTE) tragbare Geräte für angenehme haptische Signale mit großer Bandbreite. Fortgeschrittene Wissenschaft, 11(48), 2402461. https://doi.org/10.1002/advs.202402461}