Displaytechnologie Forscher machen Darstellungen fühlbar

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Forschende der UC Santa Barbara haben eine neuartige haptische Display-Technologie entwickelt: Die Bildschirme sind mit winzigen Pixeln versehen, die sich bei Beleuchtung nach außen ausdehnen. So können Animationen angezeigt werden, die gesehen und gefühlt werden können.

Diese Technologie könnte eines Tages hochauflösende visuell-haptische Touchscreens für Automobile, mobile Computer oder intelligente Architekturwände ermöglichen. Entwickelt wurde sie im RE Touch Lab der UC Santa Barbara, kürzlich wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science Robotics veröffentlicht.

Wie funktioniert das taktile Display?

• Das Herzstück der Technologie sind dünne Displayoberflächen, in die Arrays aus millimetergroßen optotaktilen Pixeln integriert sind.

• Die Pixel werden einzeln durch projiziertes Licht aus einem Laser mit geringer Leistung gesteuert, eine Form der optischen Adressierung.

• Dieselbe Lichtquelle versorgt die Pixel mit Energie, die einen mit Luft gefüllten Hohlraum und eine aufgehängte dünne Graphitfolie enthalten.

• Die Folie absorbiert das einfallende Licht und erwärmt sich schnell, wodurch wiederum die eingeschlossene Luft erwärmt wird.

• Die Luft dehnt sich aus und die Oberseite des Pixels wölbt sich um bis zu einem Millimeter nach außen – wodurch eine leicht wahrnehmbare Erhebung über dem beleuchteten Pixel entsteht.

Hohe Geschwindigkeit ermöglicht dynamische Darstellung

Der Vorgang ist so schnell, dass durch das aufeinanderfolgende Abtasten vieler Pixel mit einem Lichtstrahl dynamische Grafiken – Konturen, sich bewegende Formen, Zeichen – entstehen, die sowohl gesehen als auch gefühlt werden können. Die Bildwiederholfrequenz ist hoch genug, um Animationen wie bei herkömmlichen Videodisplays kontinuierlich darzustellen.

Da das Licht sowohl für die Beleuchtung als auch für die Stromversorgung sorgt, sind keine eingebetteten Kabel oder Elektronikbauteile in den Displayoberflächen erforderlich. Stattdessen scannt ein kleiner Laser mit hoher Geschwindigkeit die Oberfläche und beleuchtet jedes Pixel für den Bruchteil einer Sekunde.

Die Technologie ist außerdem skalierbar: Das Team hat Geräte mit mehr als 1.500 unabhängig adressierbaren Pixeln vorgestellt.

System kann eine Vielzahl von taktilen Inhalten erzeugen

Die Forscher untersuchten auch, was die Benutzer bei der Interaktion mit den Displays wahrnahmen. Durch Berühren konnten die Teilnehmer ihrer Studie die Position einzelner beleuchteter Pixel millimetergenau angeben, bewegte Grafiken genau wahrnehmen und räumliche und zeitliche Muster leicht unterscheiden. Die Forscher betonen, dass diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass das System in der Lage ist, eine Vielzahl von taktilen Inhalten zu erzeugen.

Idee wurde schon im 19. Jahrhundert verfolgt

Die Forscher weisen darauf hin, dass die Idee, Licht in mechanische Bewegung umzuwandeln, bemerkenswerte Vorläufer habe: Im 19. Jahrhundert nutzten Alexander Graham Bell und andere fokussiertes Sonnenlicht, das durch die Flügel eines rotierenden Ventilators moduliert wurde, um Schall in mit Luft gefüllten Reagenzgläsern zu erzeugen.

Diese visuell-taktilen Displays könnten in vielen Bereichen Anwendung finden:

• Zur Herstellung von Touchscreens für Autos, die physische Bedienelemente nachahmen,

• für E-Books mit greifbaren Illustrationen, die auf der Seite zum Leben erweckt werden, oder

• für Mixed Reality-Oberflächen, die eine Brücke zwischen der digitalen und der physischen Welt schlagen.

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