Ein vielseitiger Berührungssensor

Wir leben in einer zunehmend sensiblen Technologiewelt mit verschiedenen Möglichkeiten für Smartphones und Tablet-Computer, unsere Fingertipps und Gesten wahrzunehmen. Nun könnte eine neuartige Touch-Technologie, die von Forschern der Universität München und des Hasso-Plattner-Instituts entwickelt wurde, dazu führen, dass Alltagsgegenstände wie Kleidung, Kopfhörerkabel, Couchtische und sogar Zettel mit Berührungsempfindlichkeit versehen werden.

Gefühlsduselig: Dehnbare Materialien können mit TDR berührungsempfindlich gemacht werden, wenn Drähte in bestimmten Mustern angeordnet sind.

Die neue Touch-Technologie basiert auf einer sogenannten Time-Domain-Reflektometrie oder TDR, die seit Jahrzehnten verwendet wird, um Schäden in Unterwasserkabeln zu finden. TDR ist theoretisch einfach: Senden Sie einen kurzen elektrischen Impuls über ein Kabel und warten Sie, bis eine Reflexion des Impulses zurückkommt. Basierend auf der bekannten Geschwindigkeit des Impulses und der Zeit, die es braucht, um zurückzukommen, kann die Software die Position des Problems bestimmen – eine Beschädigung der Leitung oder eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit.



Patrick Baudisch, Professor für Informatik am Hasso-Plattner-Institut, sagt, dass Ingenieure in den 1960er-Jahren bemerkten, dass die Technologie verwendet werden könnte, um eine Berührung eines Drahtes anzuzeigen. In letzter Zeit wurde die Fähigkeit, die kurze Zeitverzögerung über sehr kurze Distanzen zu erfassen, genauer, was es ermöglichte, TDR für interaktive Anwendungen zu verwenden.

Die TDR-Implementierung sei unkompliziert, sagt Raphael Wimmer, Student an der Universität München, der den neuen Ansatz gemeinsam mit Baudisch entwickelt hat. Für eine Demonstration klebte er zwei parallele Kupferstreifen auf ein Stück Papier. Metallclips verbinden die Kupferstreifen mit einem Impulsgenerator und Detektor. Pikosekundenlange elektrische Impulse werden ausgesendet, und wenn sich die Kapazität zwischen den beiden Kupferstreifen ändert – zum Beispiel durch einen Finger in der Nähe der Drähte oder beim Berühren der Drähte – wird ein Teil des Impulses zurückreflektiert.

Ein Oszilloskop zeigt die sich ändernde Wellenform des reflektierten Impulses an, und die Software auf einem angeschlossenen Computer analysiert die Wellenform, um die Position der Berührung zu bestimmen. Das aktuelle Setup ist etwas klobig, gibt Wimmer zu, aber er sagt, es sollte machbar sein, die Pulserzeugung, -erkennung und Positionsberechnung auf einen Chip zu schrumpfen.

Um eine Oberfläche berührungsempfindlich zu machen, sind nur zwei Drähte (oder Metallspuren aus leitfähiger Tinte) erforderlich, die in verschiedenen Mustern konfiguriert werden können, um die erforderliche Abdeckung zu erzielen. Im Gegensatz dazu verwendet ein kapazitiver Touchscreen wie der im iPhone eine Matrix von Drähten, die aus zwei Seiten des Bildschirms herauskommen. Sie müssen auf besondere Weise an einen Controller geroutet werden, und das ist ziemlich kompliziert, sagt Wimmer. TDR vermeidet die technischen Herausforderungen einer traditionellen kapazitiven Touch-Oberfläche, sagt er.

Wimmers Anwendung von TDR auf Touch ist sehr clever, sagt Jeff Han, Gründer und CEO von Perceptive Pixel, einem Unternehmen, das große Multi-Touch-Displays entwickelt. Er vermutet, dass es neue Möglichkeiten zur Erkennung von Benutzereingaben bieten könnte, wie beispielsweise die Berührungserkennung entlang eines nicht modifizierten Kopfhörerkabels, was mit herkömmlichen Sensoren schwer zu erreichen wäre.

In den nächsten Monaten, so Wimmer, werden die Forscher Möglichkeiten testen, das TDR-Systemdesign auf einen Chip zu schrumpfen. Er prüft auch die Möglichkeit, Lichtimpulse in Glasfasern sowie elektrische Impulse in Kabeln zu verwenden, da Licht gegen die bei kapazitiven Touch-Systemen üblichen elektrischen Störungen immun wäre.

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