Vom Smartphone bis zur Werkzeugmaschine – die Bedienung von Geräten per Berührung ist heute zu einer Selbstverständlichkeit geworden. Je nach Anwendung kommen dabei unterschiedliche Technologien zum Einsatz.
Berührungsempfindliche Displays als Mensch-Maschine-Schnittstellen haben längst unseren Alltag erobert. Wer ein Smartphone nutzt, nutzt Touch-Technologie. In Einkaufszentren helfen Touchscreens, Informationen zu Produkten oder Ladengeschäften zu finden. Viele Funktionen in Autos werden über Touch-Displays gesteuert. In Fabriken ermöglichen Touchscreens den Mitarbeitern einen einfachen Zugriff auf Informationen und eine intuitive Bedienung auch komplexer Anlagen. Laut einer von Spherical Insights & Consulting veröffentlichten Analyse wird der globale Touchscreen-Display-Markt von 65,60 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 bis zum Jahr 2030 auf 163,10 Milliarden US-Dollar anwachsen. Ein Grund für die zunehmende Verbreitung von Touchdisplays ist sicherlich die im Vergleich zu Maus oder Tastatur wesentlich intuitivere Bedienung grafischer User Interfaces. Mögliche Eingabeoptionen werden dem Benutzer vom System vorgegeben und können zudem je nach Aufgabe oder Nutzer auch variieren. Dadurch vereinfacht sich die Bedienung, was Zeit spart und Eingabefehler reduziert. Dabei kommen verschiedene Technologien zum Einsatz, um Berührungen zu erkennen – grundsätzlich kann man zwischen fünf wesentlichen Systemen unterscheiden.
Bedienung per Druck
Resistive Touchscreens reagieren auf Druck. Sie sind aus zwei transparenten leitfähigen Schichten aufgebaut, die durch eine Auflage voneinander getrennt sind.
Sobald ein Benutzer den Bildschirm berührt, verformen sich die beiden Schichten und kommen miteinander in Kontakt – Strom fließt. Ein Controller erkennt die elektrische Spannungsdifferenz und kann daraus die Position der Eingabe bestimmen. Resistive Displays können mit Finger, Stift oder Handschuhen bedient werden. Zudem sind sie widerstandsfähig gegen Fremdkörper und Feuchtigkeit. Allerdings ist aufgrund der Folienschichten die Lichtdurchlässigkeit geringer als bei anderen Technologien, und die mechanische Verformung reduziert die Lebensdauer.
Reaktion auf Kapazitätsveränderung
Eine deutlich längere Lebensdauer sowie eine höhere Brillanz bietet die projektiv-kapazitive Touch-Technologie (PCAP). Dabei werden mikrofeine Drähte in die Glasoberfläche des Bildschirms eingearbeitet. Sie stehen unter Spannung und erzeugen so ein kapazitives Feld. Wird ein leitfähiger Gegenstand – zum Beispiel ein Finger – auf die Oberfläche gelegt, verändert sich dieses Feld. Der Touchcontroller kann so die Berührung erkennen und auswerten. Die PCAP-Technologie bietet eine präzise Touch-Erkennung und schnelle Reaktionszeiten. Allerdings lässt sie sich nicht mit einem Handschuh bedienen und PCAP-Displays werden üblicherweise nur in einer Größe von bis zu 32 Zoll hergestellt.
Detektion per Infrarot
Wesentlich größere Touchscreens – bis zu 150 Zoll – ermöglicht die Infrarot-Touch-Technologie. Dabei werden Infrarot-LEDs entlang des Rahmens des Displays angeordnet. Jede LED hat einen entsprechenden Fotosensor auf der gegenüberliegenden Seite. So entsteht ein Gitter aus unsichtbaren Infrarot-Lichtstrahlen. Durch Unterbrechung einzelner Lichtstrahlen – beispielsweise – durch einen Finger kann die Eingabe bestimmt werden. Infrarot-Touchpanels lassen sich daher auch mit Handschuhen bedienen, sie verfügen über eine gute Lichtdurchlässigkeit und sind relativ langlebig. Allerdings kann sich Blendlicht negativ auf die Benutzererfahrung auswirken.
Optische Bildgebung
Ebenfalls für große Bildschirme geeignet ist die optische Touchscreen-Technologie. Optische Sensoren registrieren eine Berührung, sobald die Sichtlinie durch einen beliebigen Gegenstand blockiert wird. Lichtdurchlässigkeit und Bildschärfe sind bei dieser Lösung in der Regel gut, da auf dem Display selbst keine weiteren Schichten aufgebracht sind. Optische Touchscreens gelten als eine der einfachsten und kostengünstigsten Touch-Lösungen, allerdings ist die Auflösung der Berührungserkennung abhängig von der Zahl und Art der verbauten optischen Sensoren.
Berührungen hören
Ebenfalls zu den Touch-Lösungen gehört die SAW-Technologie (Surface Acoustic Wave). Dabei erzeugen piezoelektrische Sender auf der Oberfläche ein unsichtbares Raster aus Ultraschallwellen, die von Empfängern gesammelt werden. Durch Berührung werden diese Wellen teilweise unterbrochen und ermöglichen eine genaue Bestimmung der Position des Fingers. Die SAW-Technologie bietet eine hohe Kontrast- und Farbgenauigkeit, einen robusten Aufbau und ermöglicht eine IP-Zertifizierung.
Berührungen vorausahnen
Neuere Entwicklungen erlauben es sogar, das angepeilte Ziel des Nutzers auf einem Touchscreen vorauszuahnen und den Bedienschritt berührungslos auszuführen. Jaguar Land Rover und die Universität Cambridge entwickelten eine entsprechende Lösung mit der Bezeichnung „predictive touch“. Sie nutzt Künstliche Intelligenz und Sensoren, um früh das beabsichtigte Eingabeziel des Benutzers zu erkennen und so die Interaktion erheblich zu beschleunigen.
Berührungsempfindliche Oberflächen
Eine Erkennung von Berührungen ist nicht nur auf Displays machbar. Eine kapazitive Touchbedienung oder die Bedienung per Dehnungsmessstreifen kann auch unter dünnen Blechen eingesetzt werden. Derartige Lösungen sind insbesondere für Premium-Produkte, wie zum Beispiel im Hausgeräte-Sektor, sowie für hygiene-sensitive Bereiche wie im medizintechnischen Umfeld geeignet.
