Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magie aus dem Handgelenk

11.07.2017

Dinge bewegen mit dem Wink einer Hand: Was nach Science-Fiction klingt, könnte dank Empa-Technologie bald Wirklichkeit werden. Ein Sensor aus piezoresistiven Fasern, integriert in einem Armband, misst die leichteste Bewegung am Handgelenk und wandelt sie in elektrische Signale um. Damit lassen sich etwa Drohnen steuern oder andere elektronische Geräte ohne Fernbedienung kontrollieren.

Ein Wink nach links, die Drohne schwenkt nach links. Ein Wink nach rechts, die Drohne steuert nach rechts. Mit der Hand eine Faust formen, die Drohne landet sanft auf dem Tisch. Das ist keine Spinnerei, sondern Wirklichkeit.


Im Uhrenarmband stecken piezoresistive Fasern, gedruckt in einem 3-D-Drucker. Die Bewegungen des Arms werden auf die Drohne übertragen

Empa-Forschende um Frank Clemens aus der Abteilung «Hochleistungskeramik» haben einen Sensor aus piezoresistiven Fasern entwickelt und ihn in ein Armband integriert, das, am Handgelenk getragen, feinste Bewegungen der Hand registriert.

Die piezoresistive Faser ist elektrisch leitend, erkennt eine Deformation und wandelt sie in ein elektrisches Signal um, das dann von einem Endgerät ausgelesen und interpretiert werden kann. So lassen sich beispielsweise Roboter mit einem einfachen Fingerzeig bewegen.

Bewegungssensorik ist zwar nicht neu, bislang wurden Bewegungen allerdings hauptsächlich über visuelle Sensoren (Kameras) sowie Accelerometer (Beschleunigungsmesser) und Gyroskope (Rotationsmesser) erfasst. Diese Art, Bewegungen zu registrieren, setzt indes grosse, deutliche Bewegungen in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich voraus, die für den Menschen teilweise unnatürlich sind.

Der neue Empa-Sensor reagiert dagegen bereits auf kleinste Bewegungen, die natürlich von der Hand gehen. Auf bisherige Technologien will Clemens aber keinesfalls verzichten. «Es braucht eine Kombination verschiedener Sensoren, um erfolgreich neue Konzepte zu entwickeln. Nur so können wir Bewegungen erkennen und nutzen, die mit den bisherigen Technologien nicht erfassbar waren.» So ermögliche etwa die Kombination aus Beschleunigungs-, Rotations- und Orientierungssensoren, zusammen mit dem Faser-Sensor, vollkommen neue Kommandos zur Steuerung von technischen Geräten, sei es eine Drohne oder das Garagentor

Ein Algorithmus übersetzt Bewegungen

Die Forschenden haben den Sensor zu Testzwecken in ein herkömmliches Uhrenarmband integriert, denn in Zukunft soll der Sensor unauffällig am Handgelenk getragen werden können, um den Träger möglichst wenig einzuschränken. Auch ganz normale Schmuckarmbänder sind denkbar. Bis zu diesem Schritt war allerdings einige Forschungsarbeit nötig.

In ersten Prototypen war es Frank Clemens und Mark Melnykowycz gelungen, die piezoresistiven Fasern auf einem Textil anzubringen. Um den Sensor allerdings in gewünschtem Mass einzusetzen, war das nicht ausreichend. «Mit Hilfe von Additiver Fertigung haben wir es geschafft, die Sensorstruktur in nicht-textile Materialien zu integrieren», so Clemens. So liess sich der Sensor schliesslich problemlos in bestehende Uhrenarmbänder einsetzen.

In Zusammenarbeit mit den Firmen STBL Medical Research AG und Idezo gelang es Clemens’ Team, den Sensor so zu programmieren, dass sich damit eine Drohne mit nichts weiter als Handbewegungen steuern liess. Zurzeit wird der Algorithmus, der diese Übersetzungsarbeit zwischen Sensorik und Drohnensteuerung übernimmt, im Rahmen einer Bachelorarbeit an der Fachhochschule Bern unter der Leitung von Marx Stampfli weiter verfeinert, um auf noch einfachere Gestik reagieren zu können.

So soll der Sensor beispielsweise nicht nur einzelne Bewegungen, sondern auch ganze Bewegungsfolgen erkennen können. Zum Beispiel, zweimal kurz hintereinander die Faust ballen löst ein anderes Kommando aus als einmal kurz und einmal lang.

Auch das Tragen des Sensors in einem Armband ist vielleicht bereits bald wieder Geschichte. Eine ETH-Studentin untersucht in ihrer Semesterarbeit die Möglichkeit, den piezoresistiven Sensor in ein Pflaster zu integrieren. Es bräuchte dann nicht einmal mehr ein Armband, sondern nur noch ein kaum sichtbares Pflaster am Handgelenk, um diverse Interaktionen mit technischen Geräten und Robotern durchzuführen.

Das Projekt steckt zwar noch in den Kinderschuhen, technisch funktioniert jedoch bereits alles einwandfrei. «Gemeinsam mit unserem Umsetzungspartner STBL Medical Research AG diskutieren wir derzeit mit weiteren Partnern aus diversen Bereichen eine industrielle Umsetzung», so Clemens.

Weitere Informationen:

http://www.empa.ch/web/s604/drohnensteuerung

Cornelia Zogg | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Digitale Messtaster von WayCon – höchst präzise und vielseitig einsetzbar
14.11.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht FAU-Forscher entwickeln neues Materialsystem für effiziente und langlebige Solarzellen
10.11.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte