Mit Feedback-Technologien können Human Machine Interfaces eine Rückmeldung an den Menschen geben. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von einer einfachen Bestätigung des empfangenen Befehls bis hin zur Übermittlung vielfältiger Informationen.
Markt für haptische Touchscreens wächst rasant
17,32 Milliarden US-Dollar in 2022
47 Milliarden US-Dollar in 2030
Quelle: Verified Market Research
Die Interaktion zwischen Mensch und Maschine ist in der Regel nicht einseitig, sondern vielmehr eine Art von Kommunikation: Der Bediener gibt einen Befehl und erhält ein Feedback, ob der Befehl angekommen ist. Bei Kipphebeln ist das zum Beispiel die geänderte Position, bei Drucktastern oftmals ein gewisser Widerstand, der überwunden werden muss, teils gekoppelt mit einer Kontrollleuchte. Wichtig für Bediener vieler Maschinen ist auch ein direktes Feedback zur Kraft oder zum Drehwinkel, die durch das Bedienteil ausgelöst wird. Beispiel: Ein Baggerführer fühlt durch den Widerstand des Bedienhebels eines hydraulischen Systems, wie stark die Kraft ist, mit der die Schaufel ins Erdreich eindringt. Ähnliches gilt für Werkzeugmaschinen: Über mechanische Bedienteile übertragen sich Kraft und Schwingungen direkt auf die Hand und den Körper des Bedieners.
Mit Gefühl bedienen
Mit der Einführung elektronischer Steuerungen und Bedienelemente ist dieses haptische Feedback verlorengegangen. Doch dank der Mikroelektronik lässt sich das Gefühl in modernen Human Machine Interfaces nachbilden. Ganz allgemein erfassen dazu Sensoren die Kraft, die der Mensch am Bedienteil aufbringt. Zusätzliche Sensoren messen, falls erforderlich, auch die Kraft oder den Winkel am ausführenden Teil – also am Werkzeug, an der Schaufel eines Baggers oder am Rad eines Autos. Mikro-Aktuatoren am Bedienteil können basierend auf diesen Messwerten dann zum Beispiel eine spürbare Gegenbewegung bewirken. Die dabei eingesetzten Technologien werden unter dem Begriff „Force Feedback“ zusammengefasst.
Gaming-Bereich wegweisend
Bekannt sind derartige Systeme schon länger aus dem Gaming-Bereich, zum Beispiel bei Fahrsimulatoren: Ein Lenkrad mit Force Feedback-Technologie erzeugt Vibrationen und ahmt die Schwerkraft nach. High End-Systeme wählen sich dabei in die Physik und die Audio-Engine eines Spiels ein, um ein ultrarealistisches Erlebnis zu ermöglichen. Der Spieler fühlt in Echtzeit das Dröhnen des Motors seines virtuellen Rennwagens, die Reifentraktion, die Beschaffenheit des Geländes der Strecke und das Feedback des Lenkrads. Es fühlt sich also so an, als ob man hinter dem Steuer eines realen Wagens sitzt.
Feedback vom Auto
Force Feedback-Lösungen findet man aber nicht nur in virtuellen Fahrzeugen, sondern zunehmend auch in realen: Gerade im Kontext des hochautomatisierten Fahrens wird das klassische Lenkrad mit mechanischer Lenksäule durch mechatronische Aktuatorik ersetzt – dabei spricht man von Steer-by-Wire. Dank Force Feedback vermittelt das mechatronische Lenkrad aber genau das gleiche Feeling wie ein klassisches mechanisches. Darüber hinaus lassen sich Zusatzfunktionen realisieren – zum Beispiel ein Vibrieren des Lenkrads, wenn das Auto erkennt, dass der Fahrer müde wird.
Auch Pedale für Gas und Bremse werden mit Force Feedback ausgerüstet. Derartige aktive Gaspedale mit integriertem Aktor und frei programmierbaren haptischen Signalen können den Autofahrer zum Beispiel bei einem möglichst sparsamen Fahrstil unterstützen: In Abhängigkeit etwa des jeweils gewählten Fahrprogramms lässt sich unter anderem ein variabler Druckpunkt im Pedalweg erzeugen, der dem Fahrer die optimale Gaspedalstellung signalisiert.
Haptische Touchscreens
Selbst Touchscreens, die als HMI immer beliebter werden, lassen sich mit Feedback-Funktionen ausstatten. Werden Touchscreens durch Sensoren ergänzt, die den Druck des Fingers auf die Oberfläche messen, löst nicht bereits eine Berührung eine Aktion aus, sondern erst das Drücken der Taste. Den empfangenen Befehl kann das Display dann beispielsweise über eine Vibration quittieren. Sie wird unter anderem durch elektrostatische Aktuatoren verursacht. Diese Haptik-Technologie zeichnet dich durch einen Hub von bis zu 0,8 Millimeter aus, was ein tastenähnliches Feedback ermöglicht. Alternativ werden Piezo-Aktuatoren in das Display integriert. Diese Technologie liefert ein stärkeres und präzises Haptik-Event. Im Gegensatz zu elektrostatischen Aktuatoren ist die Auslenkung bei Piezo-Aktuatoren deutlich kleiner und bewegt sich in einem Bereich von bis zu 0,3 Millimeter.
Berührungslos den Tastsinn ansprechen
Immer häufiger werden Bedienelemente allerdings vollständig berührungslos gesteuert, zum Beispiel durch Blicke, Handgesten oder Sprachsteuerung. Ein Feedback auf die Steuerung bekommen Nutzer bisher in Form von Displayanzeigen oder akustischen Signalen. Am Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design der Universität Stuttgart wird daran gearbeitet, auch dort ein haptisches Feedback zu ermöglichen. Dabei wird auf Ultraschallwellen gesetzt: Sie werden zum Beispiel als Kreise, Dreiecke oder sich bewegende Punkte auf die Handfläche projiziert und verursachen dort ein Kribbeln. Hat man die Sprache dieser Signale gelernt, hilft dies dabei, die Hand in die richtige Richtung und in der richtigen Geschwindigkeit zu bewegen.
Feedback-Technologien sind ein wichtiger Bestandteil von Human Machine Interfaces. Sie verbessern das Nutzererlebnis und eröffnen neue Möglichkeiten in der Optimierung von sicheren und effizienten Arbeitsabläufen.
