HydroHaptics: Weiche Oberflächen mit realem Kraft-Feedback

Berührung ist einer unserer wichtigsten Sinne, und sie beginnt sich bereits vor unserer Geburt zu entwickeln. Sie ist tatsächlich der früheste Sinn, der in der menschlichen Embryologie entwickelt wird.

Als integraler Bestandteil unseres Lebens tritt Berührung auf, wenn spezialisierte Neuronen taktile Informationen von der Haut wahrnehmen und sie an das Gehirn weiterleiten, wo sie als Temperatur, Druck, Schmerz und Vibration empfunden werden.

Unsere sensorischen Neuronen sind hoch diversifiziert, wobei ihre Enden in verschiedenen sensorischen Strukturen verankert sind. Diese Neuronen arbeiten harmonisch zusammen, um viele unterschiedliche Qualitäten der Berührung zu erkennen.

Mit dem wachsenden Verständnis der komplexen Sprache der Berührung hat auch unsere Fähigkeit zugenommen, sie durch Technologie nachzubilden. Hier kommt die Haptik ins Spiel, ein aufstrebendes Feld, das den sensorischen Reichtum der menschlichen Berührung in digitale und mechanische Erlebnisse übersetzt.

Abgeleitet vom griechischen Wort ‘haptein’, das Kontakt oder Berührung bedeutet, bezieht sich Haptik auf das Wahrnehmen und Manipulieren durch Berührung. Sie beinhaltet auch den Einsatz von Technologie, um taktile Empfindungen wie Vibrationen oder Kraft‑Feedback zu erzeugen. Beispiele sind Spielcontroller, Smartphone‑Vibrationen, Roboterchirurgie und virtuelle Realität.

Haptik ermöglicht es einem Benutzer, entfernte Objekte indirekt zu berühren und zu fühlen. Spezielle Geräte wie Joysticks und Datenhandschuhe liefern Feedback von Computeranwendungen in Form von taktilen Empfindungen. Durch das Bereitstellen von Kraft‑Feedback für Interaktionen mit virtuellen Umgebungen erzeugt die Haptik einen bidirektionalen Informationsfluss.

Die Entwicklung haptischer Technologien 

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Seit seiner Einführung vor etwa einem halben Jahrhundert hat sich die Haptik zu einem hochentwickelten Feld entwickelt, in dem Empfindungen wie Textur, Temperatur, Druck und sogar Weichheit in Alltagsgegenstände integriert werden können. Diese neue Generation der Haptik verspricht, digitale Erlebnisse näher an reale, physische Interaktionen zu bringen.

Die vielfältige Palette haptischer Technologien, die heutige Schnittstellen prägen, zeigt, wie schnell die Technologie vorangeschritten ist.

Smartphones und Wearables nutzen vibrotaktisches Feedback, um Vibrationen zu erzeugen, während elektrostatische Haptik in Touchscreens und Trackpads eine Illusion von Textur oder Reibung auf einem ansonsten glatten Bildschirm erzeugt. Thermische Haptik simuliert Temperaturänderungen, um virtuelle Interaktionen realistischer zu machen.

Kraft‑Feedback fügt ein Gefühl von Druck oder Bewegung hinzu, um Interaktionen realistischer wirken zu lassen. Haptische Aktuatoren & Motoren sind das, was Sie Widerstand auf einem Spielcontroller oder einem VR‑Gerät spüren lässt.

Darüber hinaus ermöglichen aufkommende intelligente Materialien wie elektroaktive und magnetorheologische Polymere, die ihre Form oder Festigkeit bei elektrischen bzw. magnetischen Feldern ändern, flexibles haptisches Feedback.

Dann gibt es piezoelektrische Haptik für präzises und lokales Feedback mittels Spannung. Kleine laterale Kräfte wirken seitlich auf die Haut, während mikrofluidische Haptik winzige Flüssigkeitskanäle nutzt, um Berührungs­empfindungen zu simulieren.

Eine weitere Technologie in diesem wachsenden Feld sind pneumatische und hydraulische Haptik, die verwendet werden, um Griffstärke, Gewicht oder Aufprall durch Nutzung von Luft‑ oder Flüssigkeitsdruck zu simulieren.

Unter diesen hat die hydraulische Haptik bei Forschern als hochpräzise haptische Technologie stark an Aufmerksamkeit gewonnen. Diese aufkommende Technologie bietet schließlich kraftvolle und realistische Empfindungen, die die Möglichkeiten älterer, vibrationsbasierter Haptik übertreffen.

Der Einsatz von Flüssigkeiten ermöglicht hier die Erzeugung von starkem, präzisem und hochdynamischem Kraft‑Feedback. Zusätzlich können hydraulische haptische Systeme schnelle und realistische thermische Empfindungen bieten, indem sie Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen rasch zirkulieren lassen. Darüber hinaus können hydraulische und pneumatische Systeme in weiche, flexible Geräte integriert werden, was natürlichere tragbare Haptik ermöglicht, die Benutzerermüdung reduziert und die Geschicklichkeit erhält.

Da aktuelle haptische Geräte oft sperrig und starr sind und sich daher nicht für allgegenwärtige Interaktion eignen, haben Forscher dieses Problem durch die Entwicklung miniaturisierter hydraulischer Pumpen und Aktuatoren angegangen, wodurch die Schaffung kleiner, tragbarer Geräte ermöglicht wird, die für den täglichen Gebrauch weitaus praktischer sind.

Zum Beispiel haben Forscher von Autodesk Research, der University of Manitoba und der University of Toronto vor einigen Jahren zusammengearbeitet, um HydroRing zu erstellen¹, ein am Finger getragenes Gerät, das taktile Empfindungen von Temperatur, Vibration und Druck liefert, um Mixed‑Reality‑haptische Interaktionen zu ermöglichen. 

Wenn es aktiv ist, liefert dieses Wearable Empfindungen mithilfe einer Flüssigkeit, die durch ein dünnes, flexibles Rohr fließt, das über das Fingerpad getragen wird. Im passiven Modus hat es nur minimale Auswirkungen auf die Geschicklichkeit des Benutzers und dessen Wahrnehmung von Stimuli.

Kürzlich haben Forscher von Georgia Tech ihren weichen haptischen Ring vorgestellt², der pneumatische und hydraulische Aktuation kombiniert, um Weichheit, Rauheit und thermische Empfindungen am proximalen Phalanx nachzuahmen. Dieser Ring, hergestellt aus EcoFlex 00-30 Silikon, um die mechanischen Eigenschaften menschlicher Haut zu entsprechen, ermöglicht es Trägern, mit ihren Fingerspitzen ihre Umgebung zu erkunden. 

Sein Design ermöglicht gleichzeitig die Bereitstellung von Vibration durch pneumatische Aufblähung, thermischen Empfindungen durch zirkulierendes Wasser in einem hydraulischen Kreislauf und Druck. 

Nach der Bewertung der Wirksamkeit des Rings und der Rendering‑Techniken führten die Forscher eine Nutzerstudie mit 15 Teilnehmenden durch. Sie fanden eine Genauigkeitsrate von bis zu 90 % bei der Fähigkeit der Teilnehmenden, virtuelle Texturen mit realen zu vergleichen. Mehrdimensionale Adjektiv‑Bewertungen zeigen ebenfalls, dass das Gerät unterschiedliche taktile Empfindungen über verschiedene Modalitäten hinweg effektiv kommunizierte.

Vor einigen Jahren haben Forscher der Carnegie Mellon University die Technologie weiter vorangetrieben, indem sie hydraulikbasierte Haptik entwickelten³, die dünn genug ist – nur 5 mm –, um in einen OLED‑Bildschirm integriert zu werden, sodass Touchscreen‑Benachrichtigungen physisch fühlbar werden. 

Die neue Display‑Technologie kann den Nutzern eine immersivere und interaktivere Möglichkeit bieten, mit Benachrichtigungen zu interagieren, Tasten zu drücken und auf der Tastatur zu tippen. Laut den Forschern kann die Prototyp‑Technologie zudem dynamische Schnittstellen auf anderen Geräten wie Musikplayern, Spielen, Elektrofahrzeugen und mehr ermöglichen.

Jetzt haben Forscher der University of Bath eine reaktionsfähige neue Technologie entwickelt⁴ namens HydroHaptics, die sogar auf Tippen und Drücken reagiert.

Why Hydraulic Haptics Outperform Pneumatics (HydroHaptics Explained)

Weiche und flexible Schnittstellen bieten ein einzigartiges Interaktionspotenzial, leiden jedoch unter begrenztem Kraft‑Feedback. Hier sind pneumatische Ansätze ungeeignet, da sie an Reaktionsfähigkeit und Präzision mangeln, während mikrohydraulische Lösungen nur begrenzte Eingaben ermöglichen. 

Daher sind hydraulische Systeme die perfekte Option. Hydraulische Systeme nutzen Flüssigkeit als Arbeitsfluid, im Gegensatz zu pneumatischen Ansätzen, die Luft verwenden, deren Kompressibilität Geschwindigkeit und Genauigkeit von Kraft und Auslenkung des Ausgangs begrenzt. Die Flüssigkeit ermöglicht höhere Präzision sowie ein reaktionsschnelleres Ausgangssignal. 

Die aktuellen interaktiven hydraulischen Modelle verwenden hauptsächlich Mikrohydraulik, die erhöhte Kontrolle ermöglicht, jedoch Volumenbeschränkungen hat, wodurch die Schnittstelle auf kleine Tasten beschränkt wird, was wiederum die Eingabeflexibilität und Formvielfalt beeinträchtigt. 

Bei der Gestaltung hydraulischer interaktiver Systeme muss man zudem mit Leckagen, begrenzter Rückwärtsantriebbarkeit und dem Bedarf an spezialisierten Komponenten umgehen, was die Realisierung erschwert.

Daher haben die Forscher HydroHaptics entwickelt, ein neues System, das hochpräzises Kraft‑Feedback auf deformierbaren Schnittstellen durch hydrostatischen Transfer ermöglicht. Diese Plattform kann die Qualität des Kraft‑Feedbacks auf weichen Schnittstellen steigern, während sie die Eigenschaften beibehält, die reiche Benutzererlebnisse ermöglichen, d. h. Flexibilität, Weichheit und Eingabefreiheit.

Diese Technologie bietet mehrere Vorteile. Zunächst wird sie von einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben und benötigt keine Pumpen, Ventile und Regler. Durch die Nutzung der Verfügbarkeit, Erschwinglichkeit und Steuerungsoptionen des kompakten Motors können die Forscher Kraft‑Feedback‑Effekte auf HydroHaptics erzeugen. 

Durch das Design mit weniger Komponenten, um skalierbar zu sein, wird die Anfälligkeit des Systems für Leckagen reduziert, während es an größere Schnittstellen anpassbar bleibt. Die meisten im System verwendeten Komponenten sind entweder handelsübliche Teile oder 3D‑gedruckt.

Darüber hinaus ist HydroHaptics intrinsisch bidirektional, um sowohl das Erfassen von Kraft‑Eingabe‑Interaktionen als auch die Bereitstellung von Kraft‑Feedback zu ermöglichen. Das bedeutet, dass die neuartige Technologie eine Zwei‑Wege‑Kommunikation zwischen einer Person und dem Objekt, das sie hält oder trägt, ermöglicht. 

Zusammen bieten all diese Vorteile einzigartige Möglichkeiten, haptische Interaktionen auf weichen Schnittstellen zu erforschen und neuartige deformierbare Geräte zu entwickeln.

HydroHaptics ist jetzt ein Open‑Source‑System mit einer versiegelten hydraulischen Zelle, die eine feste Menge an Flüssigkeit enthält, die inkompressibel ist und die beiden flexiblen Oberflächen der Zelle hydraulisch koppelt. Dies ermöglicht die Übertragung von bidirektionaler Kraft zwischen ihnen.

Ein linearer mechanischer Aktuator fungiert als haptischer Motor, der Kraft‑Feedback bereitstellen kann, indem er die Flüssigkeit verdrängt und Kraft auf die deformierbare Schnittstelle überträgt. Damit die Schnittstelle deformieren kann, bewegt sich derselbe Motor als Reaktion auf die auf die deformierbare Schnittstelle ausgeübte Kraft, während er den Druck innerhalb der hydraulischen Zelle aufrechterhält, der einstellbar ist, um verschiedene Steifigkeitsstufen zu erzeugen.

Mit diesem Ansatz können Benutzer Vibrationen, scharfe Klicks und variierenden Widerstand spüren, während die Oberfläche ihre natürliche Weichheit und Flexibilität beibehält, egal wie man sie drückt, kneift oder dreht – „etwas, das bisher einfach nicht möglich war“, sagte der Mitautor der Studie, James Nash, ein PhD‑Student der Informatik in Bath.

So kann eine Person ein Objekt wie eine biegsame Computermaus, ein Kleidungsstück oder ein Kissen kneifen, tippen oder drehen, und dieses Objekt reagiert auf ausdrucksvolle und sinnvolle Weise, zum Beispiel durch Dimmen des Lichts, Gestalten auf einem Bildschirm oder Ändern des TV‑Kanals.

Benutzereingaben können auch durch Überwachung des internen Drucks erfasst werden.

„Eingaben des Benutzers werden vom System über das Objekt erfasst, und der Benutzer spürt dann die haptische Reaktion des Systems durch die deformierbare Oberfläche.“

– Studienleiter Professor Jason Alexander von der Abteilung für Informatik in Bath.

Auf diese Weise ermöglicht HydroHaptics unterschiedliche haptische Erlebnisse auf weichen, deformierbaren Schnittstellen, die mit bestehenden Ansätzen derzeit unpraktisch sind.
Mit HydroHaptics öffnen die Forscher die Türen zu spannenden Möglichkeiten für berührungsbasierte Interaktionen mit alltäglichen Gegenständen. Die Technologie kann Gaming, Wearable‑Technologie, medizinische Simulation, Produktdesign und weitere Bereiche stark profitieren.

Die nächste Welle der Mensch‑Computer‑Interaktion

Das Team von Informatikern aus Bath stellte vor einigen Wochen ihre Studie zu HydroHaptics auf dem ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) vor, wo das Papier eine Auszeichnung für eine ehrenvolle Erwähnung erhielt.

In seiner aktuellen Form hat das System eine zylindrische Form, deren Oberseite eine aus Silikon gefertigte deformierbare Kuppel ist, die die freiliegende Oberseite der Zelle bildet, deren Unterseite ebenfalls mit einer flexiblen Silikonmembran versiegelt ist. Direkt unter der Zelle befindet sich ein Drucksensor und ein Schrauben­träger, der vom Gleichstrommotor angetrieben wird.

Wenn der Benutzer mit der Kuppel interagiert, etwa durch Drücken oder Zusammendrücken, verdrängt er das Wasser, wodurch dieses nach unten drückt und die untere Membran ausdehnt. Der Sensor erkennt die daraus resultierende Druckerhöhung und ordnet sie der entsprechenden Geste und dem zugehörigen Befehl zu.

Um taktiles Feedback zu geben, nutzt das Gerät den Motor, um die Zelle von unten zu komprimieren, wodurch die Kuppel nach oben gegen den Finger des Benutzers gedrückt wird und ein Gefühl von oszillierender Vibration, einem deutlichen Klick oder einem gespannten Druckknopf erzeugt.

Um die Fähigkeit von HydroHaptics zu demonstrieren, die Interaktion durch feinkörniges Kraft‑Feedback zu verbessern, integrierte das Team es in vier alltägliche Anwendungen. 

Eine kraftverstärkte, deformierbare Computermaus mit einer weichen Silikonkuppe, die es den Benutzern ermöglichte, digitale Objekte auf einem Bildschirm zu modellieren, indem sie die Mausoberfläche drückten und deformierten. 

Ein kleines interaktives Kissen, das haptisches Feedback liefert und dabei seine Weichheit bewahrt. Ein HydroHaptic‑Beutel wurde in das Kissen integriert, um Smart‑Geräte bei Druck oder Zusammendrücken zu steuern.

Ein Rucksack, der über die Gurte haptisches Kraft‑Feedback am Körper liefert. Er übermittelte Smartphone‑Benachrichtigungen durch Schulter‑Tippen und -Drücken, die auch für die Navigation genutzt werden können.

Ein 3D‑gedruckter, kraftverstärkter Joystick, der mit HydroHaptic‑Technologie verbessert wurde, um die Immersion in Videospielen zu steigern. Das haptische Feedback wurde den Spielern während des Spiels gegeben, um Spannung, Widerstand oder scharfe Aufprälle zu simulieren.

Diese Anwendungen demonstrieren erstmals die Integration von hochwertigem haptischem Feedback in weiche, flexible Schnittstellen und Objekte. Das Team sieht großes Potenzial für ihre Technologie über ein breites Spektrum interaktiver Geräte hinweg.

„Unsere Experimente zeigen, dass dies ein zuverlässiges System ist, das einem Menschen ermöglicht, auf sinnvolle Weise mit weichen Objekten zu interagieren, was die Art und Weise, wie wir leben und arbeiten, verbessern wird.“

– Professor Jason Alexander

Um das Potenzial von HydroHaptics zu veranschaulichen, gab er das Beispiel eines Benutzers, der physische Effekte im Kissen spürt, auf dem er lehnt, was das widerspiegelt, was auf dem TV vor ihm passiert. Zum Beispiel die Vibration im Kissen, wenn ein Auto auf einer holprigen Straße im TV fährt, oder das Kissen wird fest, wenn jemand gegen eine harte Wand stößt. Ein weiteres Beispiel ist der Rucksackträger, der sein Telefon nicht für die Navigation benötigt, da die Gurte ihn durch sanfte Schulter‑Drückungen führen.

„Dies sind nur zwei von vielen Möglichkeiten, wie diese Technologie in nicht allzu ferner Zukunft in unser Leben integriert werden könnte.“

– Alexander 

Um die Leistung ihrer Technologie zu bewerten, führte das Team eine Reihe technischer Prüfungen mit einem hochpräzisen Roboterarm durch und führte eine Nutzerstudie durch. Während der Studie demonstrierte das Team die Fähigkeit von HydroHaptics, unterschiedliche haptische Effekte zu erzeugen, mit einer durchschnittlichen Identifikationsgenauigkeit von 82,6 % über alle Effekte und 92,8 % beim markantesten Effekt. 

Während andere Forschungsteams ebenfalls an weichen, deformierbaren Schnittstellen arbeiten und Prototypen entwickelt haben, die hochlokalisierte Empfindungen oder unterschiedliche Stufen von Low‑Fidelity‑Feedback zeigen, haben sie nicht das Skalierungs‑, Präzisions‑ und Auflösungsniveau von HydroHaptics erreicht.

Das Team glaubt, dass HydroHaptics‑Produkte bald marktreif sein können, wenn das Interesse an ihrer Technologie ein Indikator ist. „Bei ausreichenden Ressourcen wäre es nicht unrealistisch, dass dies in ein bis zwei Jahren ein Produkt wird“, sagte Professor Alexander.

Natürlich muss das Team zunächst den haptischen Motor verfeinern, damit dessen Größe reduziert und für kommerzielle Anwendungen geeignet wird.

Das System hat ebenfalls technische Einschränkungen. Wie im Papier festgestellt, kann Luft in der hydraulischen Zelle eingeschlossen oder im Laufe der Zeit ins System lecken, was die Leistung verringern kann. Zusätzlich erfordert hoher Ausgangsdruck erhebliche Leistung, was zu thermischen Problemen führen kann.

Was den haptischen Motor betrifft, hängt der Ansatz des Teams davon ab, dass er starr ist, und obwohl er über ein flexibles Rohr getrennt werden kann, muss er mit der Schnittstelle verbunden bleiben, was nicht immer für vollständig deformierbare Schnittstellen machbar ist. Die Studie stellte fest:

„HydroHaptics stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung des langfristigen Ziels dar, vollständig deformierbare haptische Kraft‑Feedback‑Systeme zu erreichen, und zukünftige Arbeiten sollten darauf abzielen, die Anzahl und Größe starrer Komponenten zu reduzieren.“ 

Investieren in Haptik‑Technologie

Texas Instruments (TXN ) ist ein Halbleitergigant, der analoge und eingebettete Prozesschips für verschiedene Märkte entwickelt, darunter Unterhaltungselektronik, Automobil, Kommunikationsausrüstung, Industrie und Unternehmenssysteme.
TI ist zudem ein wichtiger Akteur in der Haptik‑Industrie und bietet integrierte Lösungen, die haptische Treiber, Touch‑Screen‑Controller und Software‑Bibliotheken zur Erzeugung von taktilem Feedback in Konsumelektronik und Industrieprodukten umfassen.

Texas Instruments (TXN )

Mit einer Marktkapitalisierung von 160,5 Milliarden $, werden TXN-Aktien derzeit zu 176,93 $ gehandelt, ein Rückgang von 5,83 % im Jahresverlauf, aber ein Anstieg von 26,4 % seit dem Tief im April. TXN-Aktien erreichten im Juli tatsächlich ein Allzeithoch (ATH) von 221,69 $.
Texas Instruments hat ein EPS (TTM) von 5,28 und ein KGV (TTM) von 33,46. Eine Dividendenrendite von 3,22 % wird den Aktionären angeboten. Am 16. Okt. erklärte TI eine vierteljährliche Bardividende von 1,42 $ pro Stammaktie. Die Dividende wurde im letzten Monat um 4 % erhöht, was 22 aufeinanderfolgende Jahre von Steigerungen markiert.

Aktuelle Ergebnisse (Q2 2025): Texas Instruments meldete 4,45 Milliarden $ Umsatz (+16 % YoY, +9 % QoQ), ca. 1,30 Milliarden $ Nettogewinn und 1,41 $ EPS. Das Management prognostizierte für Q3 einen Umsatz von 4,45–4,80 Milliarden $. Der freie Cashflow (TTM) betrug im Q2‑2025‑Bericht ca. 1,8 Milliarden $.

Fazit

Während die Welt der Haptik expandiert und wächst, stellt HydroHaptics einen Paradigmenwechsel in der Art und Weise dar, wie wir von Technologie berührt werden und berühren. Durch die Kombination weicher, deformierbarer Schnittstellen mit präzisem Kraft‑Feedback öffnet die Technologie die Tür zu reichhaltigeren, natürlicheren Interaktionen mit unseren Geräten und Umgebungen. 

Von immersiver Unterhaltung über medizinisches Training bis hin zu Smart‑Homes könnte diese Technologie neu definieren, wie Menschen und Maschinen kommunizieren.

Referenzen:

1. Han, T., Anderson, F., Irani, P., & Grossman, T. (2018). HydroRing: Unterstützung von Mixed‑Reality‑Haptik mittels Flüssigkeitsfluss. In Proceedings of the 31st Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’18) (pp. 913–925). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3242587.3242667
2. Sanz Cozcolluela, A., & Vardar, Y. (2025). Erzeugung multimodaler Texturen mit einem weichen hydro‑pneumatischen haptischen Ring. Elsevier BV. https://doi.org/10.2139/ssrn.5170637
3. Shultz, C., & Harrison, C. (2023). Flachpanel‑Haptik: Eingebettete elektroosmose‑Pumpen für skalierbare Form‑Displays. In Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (Article 745). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3544548.3581547
4. Nash, J. D., Sauvé, K., van Riet, C. M., van Oosterhout, A., Sharma, A., Clarke, C., & Alexander, J. (2025). HydroHaptics: Hochpräzises Kraft‑Feedback auf weichen deformierbaren Schnittstellen mittels hydrostatischer Übertragung. In A. Bianchi, E. Glassman, W. E. Mackay, S. Zhao, J. Kim, & I. Oakley (Eds.), Proceedings of the 38th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST ’25) (Article No. 59). Association for Computing Machinery. https://doi.org/10.1145/3746059.3747679