CUTE Wearables könnten bald unsere Interaktionen mit Konsumgütern verändern

Ein Team innovativer Ingenieure aus Zürich hat kürzlich ein neues haptisches Sensorsystem vorgestellt, das die Art und Weise, wie Menschen mit Elektronik kommunizieren, revolutionieren könnte. Seit Jahren verlassen sich Elektronikgeräte auf ein einstufiges oder zweistufiges, aktorbasiertes haptisches System. Denken Sie an das Summen Ihres Telefons, wenn der Lautlosmodus aktiviert ist. CUTE Wearables planen, diese Fähigkeiten zu erweitern und Elektronik zu schaffen, die Ihre Haut als Kommunikationsmedium nutzt.

Wearables, Spiele und andere Elektronikgeräte nutzen haptisches Feedback, um Sie über bestimmte Zustände zu informieren. Die gebräuchlichste Methode, haptisches Feedback in Elektronik bereitzustellen, ist die Verwendung von Aktoren. Diese winzigen Motoren können ein- und ausgeschaltet werden, um bei Bedarf Vibrationen zu erzeugen.

Dieser Ansatz ist wirksam, um Sie zu benachrichtigen, nutzt jedoch nicht das Potenzial, dass die Haut das größte Organ Ihres Körpers ist. Sie ist voller sensorischer Rezeptoren und kann den Unterschied zwischen einem sanften Klopfen und einem Kneifen erkennen. Daher reichen die Wahrnehmungsfähigkeiten der Haut weit über die einfache Vibration Ihres Telefons bei einem Anruf hinaus. Nachdem sie diese verpasste Gelegenheit erkannt hatten, machten sich Ingenieure daran, einen haptischen Sensor zu entwickeln, der mehrere Arten von Interaktionen ermöglicht.

CUTE Wearables Studie

Die „Cutaneous Electrohydraulic (CUTE) Wearable Devices for Pleasant Broad-Bandwidth Haptic Cues“‑Studie wurde in diesem Monat in Advanced Science veröffentlicht. Die Studie geht ausführlich auf das Konzept ein, hydraulisch verstärkte, selbstheilende elektrostatische (HASEL) Kunstmuskeln zu verwenden, um leistungsfähigere haptische Geräte zu schaffen.

CUTE Wearables können mehr als das lästige Summen heutiger Elektronik erzeugen. Die Studie demonstriert eine Systemarchitektur und ein neues Wearable, das mehrere taktile Empfindungen bietet, darunter Drücken, Klopfen, Reiben und mehr.

Quelle – Advanced Science

Der elektrisch angetriebene Sensor kann eine riesige Auswahl an Empfindungen vermitteln, die als angenehmer empfunden wurden als das herkömmliche Summen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, jemandem über soziale Medien einen Kneifstoß zu senden, den die Person dann in Echtzeit spürt. Nehmen Sie das Konzept noch weiter und stellen Sie sich vor, Sie teilen Ihren Herzschlag mit einem geliebten Menschen auf der anderen Seite des Planeten.

Weicher Aktuator

Um ein realistisches und lebensechtes Tastgefühl zu erzeugen, setzten die Ingenieure weiche elektrohydraulische Zipp‑Aktoren ein. Die Geräte verwenden eine mit flüssigem Dielektrikum gefüllte Thermoplasthülle, die ihnen Flexibilität verleiht. Auf jeder Seite der Hülle bewirken Elektroden, dass sich die Oberfläche bei angelegtem Strom verformt und in Richtung der Mitte des Geräts zusammenzieht. Konkret erreichte das Team einen Hub von 2,44 mm.

Bemerkenswert nutzt das CUTE‑Wearable einen Stapel von zehn Aktor‑Beuteln, um die Aktorkraft und -fähigkeiten zu steigern. Die platzsparenden Aktoren sind energieeffizient und ermöglichen es dem Gerät, haptisches Feedback individuell anzupassen, um einer breiten Palette von Anforderungen gerecht zu werden.

CUTE Wearables Test

Die Ingenieure testeten ihr CUTE‑Wearable‑Gerät anhand verschiedener Messgrößen. Das Team begann damit, 14 unabhängige Probanden zu rekrutieren, um die Erkennbarkeit jeder haptischen Empfindung zu prüfen. Die Gruppe bestand aus 7 Frauen und 7 Männern im Alter von 22 bis 52 Jahren.

Jeder Teilnehmer wurde in einen bequemen Stuhl gesetzt. Seine nicht‑dominante Hand lag auf einer Armlehne, und ein Bildschirm, eine kabellose Maus sowie geräuschunterdrückende Kopfhörer wurden eingesetzt, um äußere Störungen auszublenden. Die Ingenieure begannen anschließend, über haptisches Feedback zu kommunizieren.

Nach jedem Signal wurden die Teilnehmer gebeten, das Spannungsmuster zu bestimmen, das dem haptischen Feedback am besten entsprach. Insgesamt wurden sechs haptische Signale mit Frequenzen von 0–200 Hz verwendet. Jedes Signal dauerte etwa 6 s.

Nachdem das Signal gehört wurde, wählte der Teilnehmer aus, wie es sich auf einer Emotionsskala anfühlte. Dieser Teil des Tests half den Ingenieuren festzustellen, dass CUTE‑Wearables ein komfortables Erlebnis bieten. Bemerkenswert war, dass das einzige haptische Feedback, das als störend eingestuft wurde, das herkömmliche Vibrationssignal Ihres Handys war.

CUTE Wearables Testergebnisse

Die Testergebnisse waren beeindruckend. Die Ingenieure stellten fest, dass 97,9 % der Teilnehmer jede der sechs Signale mit geringem Aufwand korrekt bestimmen konnten. Bemerkenswert erreichten sechs der getesteten Personen die perfekte Punktzahl, was bedeutet, dass sie mit dem Gerät vielfältige Empfindungen von Entspannung bis Aufregung vermitteln konnten. Beeindruckend war zudem, dass das Gerät Kräfte von über 2,3 N in einer Distanz von +8,0 mm erzeugen kann.

CUTE Wearables Vorteile

Zahlreiche Vorteile könnten ein komplexeres und leistungsfähigeres haptisches System zum Wendepunkt machen. Stellen Sie sich vor, Sie könnten anhand der Vibration oder des Gefühls, das Sie vom Sensor erhalten, erkennen, wer anruft, ohne hinzusehen. Die Möglichkeit, vielfältige taktile Empfindungen zu bieten, erlaubt es Ingenieuren, immersivere und nützlichere Anwendungen zu entwickeln.

Kompakt

Ein weiterer wichtiger Grund, warum viele diese Forschung als entscheidend für die Entwicklung der Elektronik von morgen ansehen, ist, dass die meisten heutigen haptischen Systeme auf schwere Aktoren angewiesen sind. Diese Anforderung beschränkt die Größe haptisch‑fähiger Elektronik und erhöht ihr Gesamtgewicht. Die CUTE‑Wearables‑Architektur beseitigt dieses Problem, indem sie einen maßgeschneiderten kompakten Feedback‑Sensor schafft, der selbst die kleinsten Wearables unterstützen kann.

Komfortabel

Komfort ist einer der Hauptaspekte, den viele Wearable‑Ingenieure zu übersehen scheinen. Niemand möchte den ganzen Tag unbequem sein, selbst wenn das bedeutet, Anrufe vom Handgelenk aus entgegennehmen zu können. CUTE‑Wearables besitzen ein ergonomisches Design und Materialien, die sich wie menschliche Haut anfühlen. Darüber hinaus erwärmen sich diese Geräte selbst bei längerem Gebrauch nicht. Daher eignen sie sich ideal für langfristige Wearables und andere Anwendungen, bei denen leichte Optionen bevorzugt werden.

Leise

Ein weiterer großer Vorteil von CUTE‑Wearables ist, dass sie so konzipiert sind, dass sie geräuschlos arbeiten. Ihr Telefon kann im Lautlos‑Modus sein, doch jeder kann die Vibration in Ihrer Tasche hören. Außerdem müssen Sie es immer noch herausnehmen, um zu sehen, wer anruft, oder auf Ihre Smartwatch schauen. CUTE‑Wearables würden dieses Rätsel beseitigen, indem sie für jeden Anrufer ein spezielles haptisches Feedback erzeugen. Dieser Ansatz bietet bei Bedarf zusätzliche Diskretion.

Sicher

Sicherheit ist das Hauptanliegen für CUTE‑Wearable‑Nutzer und -Entwickler. Diese Geräte verfügen über zahlreiche Designelemente und Schutzmechanismen, die sicherstellen, dass Sie sich keine Sorgen um Stromschläge, Brände oder andere mögliche Risiken machen müssen. Beispielsweise integrieren CUTE‑Wearables eine elastomerische Membran und nutzen die Einkapselung der Aktoren, um jegliche Gefahr für den Nutzer zu verhindern. Zudem verwendet das Gerät nur niederohmige Elektroden, was das Risiko von Stromschlägen weiter reduziert.

Energieeffizient

Einer der größten Vorteile der CUTE‑Wearable‑Technologie ist ihre Energieeffizienz. Das getestete Gerät zeigte, dass es im gehaltenen Zustand nur 3,0 mW benötigte. Dieser geringe Energieverbrauch ermöglicht den Einsatz von mehr Aktoren in Projekten. Darüber hinaus besitzen CUTE‑Wearables eine längere Akkulaufzeit, was sie für die nächsten Generationen von Wearables, die in den kommenden Monaten auf den Markt kommen, ideal macht.

CUTE Wearables Anwendungen

Abgesehen davon, leichte Wearable‑Systeme zu betreiben, die mehr taktile Rückmeldungen und Kommunikation ermöglichen, gibt es mehrere weitere Anwendungsbereiche, die durch diese Technologie verbessert werden könnten. Beispielsweise könnte diese Technologie in VR‑ und AR‑Systeme integriert werden, um die Realitätsnähe zu steigern.

Sie könnte auch dazu dienen, nicht‑visuelle Richtungsanweisungen für Fahrer oder sogar für Sehbehinderte bereitzustellen. Stellen Sie sich vor, Ihr intelligentes Wearable tippt Sie an der rechten Handgelenkseite, um nach rechts abzubiegen, oder drückt Ihr Handgelenk, um Ihnen mitzuteilen, dass Sie sich dem gewünschten Ausgang nähern.

Sicherheitssysteme

Ein weiteres Anwendungsszenario wäre die Schaffung von Sicherheitsswarnsystemen, die taktiles Feedback integrieren. Diese Systeme wären ideal für geschäftige und laute Umgebungen, in denen komplexe Messwerte überwacht werden müssen. In Zukunft könnte ein einfacher Kneifstoß am Handgelenk einem Sicherheitsinspektor signalisieren, dass ein Ventil zu schließen ist oder andere Maßnahmen ergriffen werden müssen.

CUTE Wearables Forscher

Die Forschung zur CUTE‑Wearables‑Studie wurde am Max‑Planck‑Institut für Intelligente Systeme durchgeführt, wobei speziell die Abteilung für Haptische Intelligenz die Aufgabe hatte, das Gerät funktionsfähig zu machen. Sie nutzten die Unterstützung von Katherine J. Kuchenbecker sowie der Abteilung für Robotische Materialien. Jetzt strebt das Team an, ihre Entwicklung zu erweitern und weitere Anwendungsfälle zu realisieren.

Unternehmen, die CUTE Wearables Technologie einführen und profitieren könnten

Mehrere Unternehmen könnten von den Details dieser Studie profitieren. Von Smartwatch‑ und Handyherstellern bis hin zu Herstellern von intelligenten Autos und Kleidung gibt es zahlreiche Anwendungsfälle für diese Technologie. Hier ist ein Unternehmen, das durch die Integration sofortige Vorteile erzielen könnte.

Garmin

Garmin (GRMN ) trat 1989 als Anbieter von Navigationssystemen in den Markt ein. Ursprünglich unter dem Namen ProNAV gegründet, konzentrierten sich die Gründer Gary Burrell und Min Kao zunächst auf Luft‑ und Schiffsverkehr. Zehn Jahre später war ihre Technologie so weit fortgeschritten, dass sie in Handgeräten für den durchschnittlichen Autofahrer einsetzbar war.

Garmon ist ein führender GPS‑Anbieter und einer der bekanntesten Namen der Branche. Das Portfolio wurde erweitert und umfasst nun Wearables, Fitness‑Tracker, Hundetracker und vieles mehr. Die Integration eines CUTE‑Wearables‑Feedback‑Systems könnte den Weg für leistungsfähigere und benutzerfreundlichere Geräte ebnen.

Bemerkenswert hat Garmin seit seiner Gründung mehrere große Übernahmen getätigt. Jede Akquisition erweiterte die Wearable‑Fähigkeiten des Unternehmens. Infolgedessen gehört es heute zu den drei größten Smartwatch‑Herstellern weltweit. Analysten prognostizieren daher ein weiteres Wachstum, da der Wearable‑Markt expandiert.

CUTE Wearables – ein neuer Weg der Kommunikation

Das CUTE‑Wearables‑Konzept stellt ein bedeutendes Upgrade eines Systems dar, das seit Jahrzehnten kaum Veränderungen erfahren hat. Denken Sie daran, Pager hatten eine ähnliche Vibrationsfunktion wie die heutigen fortschrittlichsten Smartphones. Dank dieses einfallsreichen Forscherteams könnten Ihre Elektronikgeräte bald diskrete, komplexe und leicht erkennbare Mitteilungen ausschließlich über Berührung senden.

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Studienreferenz:

^{1. Sanchez-Tamayo, N., Yoder, Z., Rothemund, P., Ballardini, G., Keplinger, C., & Kuchenbecker, K. J. (2024). Cutaneous electrohydraulic (CUTE) wearable devices for pleasant broad-bandwidth haptic cues. Advanced Science, 11(48), 2402461. https://doi.org/10.1002/advs.202402461}