Infografik, die zeigt, wie mit einer elektronischen Haut kontaktlos eine virtuelle Lampe bedient wird
Berührungslos virtuelle Glühbirnen steuern: Die Hand mit dem Sensor "streicht" über den Magneten und bedient so eine digitale Glühbirne auf dem Computer. Bildrechte: D. Makarov / Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Wie ein sechster Sinn Mit "elektronischer Haut" virtuelle Welten steuern

Wer digitale Geräte und virtuelle Welten bedienen will muss heute klicken, wischen oder tippen. Doch das könnte irgendwann vorbei sein. Wenn es nach den Forschern vom Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf geht, reichen künftig einfach Gesten - also Handbewegungen - um virtuelle Welten zu steuern. Was nach Science-Fiction klingt, ist längst entwickelt: ein ultradünner, elektronischer Magnetsensor - eine "elektronische Haut" sozusagen, die aussieht wie ein goldenes Leiterplatten-Tattoo.

Infografik, die zeigt, wie mit einer elektronischen Haut kontaktlos eine virtuelle Lampe bedient wird
Berührungslos virtuelle Glühbirnen steuern: Die Hand mit dem Sensor "streicht" über den Magneten und bedient so eine digitale Glühbirne auf dem Computer. Bildrechte: D. Makarov / Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Mit bloßem Auge wirkt die Entwicklung des Forschungsteams um Denys Makarov vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ziemlich unscheinbar: Ein paar goldene Quadrate, die auf der Haut aussehen, als hätte man sich das Bild einer kleinen Leiterplatte auf die Handfläche tätowiert. Und auch wenn sich das Gebilde sogar ähnlich flexibel wie ein Tattoo auf der Haut anfühlt, ist es nur aufgeklebt: Es ist ein ultradünner, elektronischer Magnetsensor. Die Polymer-Folie ist nicht einmal drei Mikrometer dick. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 50 Mikrometer dick. Kein Wunder also, dass die Forscher von einer elektronischen Haut sprechen - einer zweiten Haut sozusagen, die uns so etwas wie einen magnetischen sechsten Sinn verleihen könnte. Die Ergebnisse ihrer Forschung haben die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Science Advances" publiziert.

Virtuelle Welten mit echten Bewegungen steuern

Bisher beruht die Steuerung in virtuellen Welten - also wenn man sich beispielsweise durch ein Spiel in einer Virtual Reality-Brille bewegt - überwiegend auf optischen Methoden. Das soll der neue Sensor ergänzen, den die Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf mit Kollegen des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung sowie der Johannes Kepler Universität Linz entwickelt haben. Denn allein über die Interaktion mit Magnetfeldern ermöglicht das Gerät, virtuelle Gegenstände berührungslos zu steuern, erklärt Denys Makarov vom Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung.

Wir haben einen Magneten wie diese kleinen Magneten, die manche Leute am Kühlschrank haben. Der erzeugt ein Magnetfeld und das hat eine bestimmte Richtung. Und diese Richtung nutzen wir als Referenz und wir messen den Winkel von unserem Sensor zum Magnetfeld. Die können wir dann mit dem Computer verarbeiten.

Dr. Denys Makarov, Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR
Grafische Darstellung einer elektronischen Haut in der Mitte einer Hand
Bildrechte: D. Makarov / Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Plastisch wird das mit einem Beispiel aus Makarovs Labor: Die Forscher können nämlich mithilfe ihres Sensors eine virtuelle Glühbirne dimmen. Fährt die Hand über den Magneten - ohne ihn natürlich zu berühren - wird die virtuelle Lampe je nach Handposition heller oder dunkler.

Die Physiker konnten damit erstmals zeigen, dass die ultradünnen Magnetsensoren in Kombination mit einem Permanentmagneten Positionsänderungen eines Körpers im Raum wahrnehmen und verarbeiten können. In den Augen der Physiker könnte sich auf dieser Grundlage eine Alternative zu den bislang verwendeten Verbindungsmethoden zwischen der physischen und der erweiterten oder virtuellen Welt ergeben.

Hand statt Handschuh

Aber was heißt das genau für die Praxis? Die heutigen Systeme erfassen sich bewegende Körper vor allem über optische Wege. "Dafür werden zum einen eine große Anzahl an Kameras sowie Beschleunigungsmesser und zum anderen eine schnelle Bilddatenverarbeitung benötigt", sagt Makarov. Und die Methode ist nicht präzise genug. Der Sensor der "elektronischen Haut" dagegen ist präzise und flexibel. Deshalb ermöglicht er eine freie Steuerung virtueller Welten und zwar so, dass es möglich wird Computer zu bedienen, ohne sie berühren zu müssen. Formen oder Richtungen könnten einfach per Geste eingegeben werden.

Man kann natürlich nach vorne oder nach hinten schieben oder verschiedene Funktionen aktivieren wie zum Beispiel Vergrößern oder Verkleinern. Zusätzlich könnte man auch mit einem Maus-Button klicken. Aber man bekommt einfach zusätzlich mehr Flexibilität mit solchen Methoden.

Dr. Denys Makarov, Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR
Ein Mann trägt eine VR-Brille und steuert mit zwei Controllern in den Händen ein Spiel bei dem Man durch eine Stadt fliegt.
Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK

Das klingt nicht nur spannend, wenn man an Spiele oder etwa die Arbeit von Designern denkt. Vor allem würde uns eine kontaktlose Bedienung virtueller Welten unabhängiger von Geräten machen: Wenn wir während des Spaziergangs vor unserem Auge einen digitalen Bildschirm hätten, könnten wir den freihändig über Gesten bedienen - ohne dafür ein Gerät in den Händen halten zu müssen. Doch das ist natürlich noch Zukunftsmusik.

Denn heutzutage gibt es noch ganz andere Probleme: Bei den optischen Methoden etwa reicht nämlich meist die Auflösung nicht aus, um auch feine Bewegungen zu rekonstruieren, erklärt Makarov. Außerdem benötigt man heute Handschuhe, Controller und Brillen, um in die virtuelle Realität abzutauchen, was die Erfahrung hemme. Die hautähnlichen Sensoren könnten da ein besseres Verbindungsstück zwischen Mensch und Maschine sein.

Unsere Vision ist so, dass man immer diese virtuellen Bildschirme nutzt - kann sein, dass das jetzt Google Glass, Microsoft Holo Lens oder Virtual Reality-Brillen sind. Und dort braucht man noch etwas zusätzlich. Also man kann natürlich diese Gadgets einfach so mit Optik erkennen, aber um all diese kleinen Bewegungen, die man zum Beispiel mit den Fingern macht, zu definieren, braucht man noch etwas Zusätzliches. Und dann kommt diese elektronische Haut immer in Frage.

Dr. Denys Makarov, Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR

Klobige Handschuhe oder spezifische Controller, um bestimmte Dinge zu bedienen, würden dank eines Tattoo-ähnlichen Mini-Sensors in unserer Handinnenfläche der Vergangenheit angehören. Wobei der Konjunktiv angebracht ist: Denn bis diese Zukunftstechnik echte Realität wird, dürfte noch ziemlich viel Zeit vergehen. Die Grundlage ist aber schon jetzt gelegt.

Dieses Thema im Programm: MDR AKTUELL RADIO | 28. Januar 2017 | 06:54 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 19. Januar 2018, 20:00 Uhr