Optische Lösungen revolutionieren die Art und Weise, wie wir mit Maschinen interagieren
Eine enge Mensch-Maschine-Interaktion wird zur neuen „Normalität“. Spezifische Schnittstellenfunktionen und fortschrittliche Benutzererlebnisse werden durch eine Vielzahl intelligenter optischer Technologien bei minimaler Baugröße realisiert.
Die Art und Weise, wie wir mit elektronischen Geräten umgehen, hat sich in den letzten Jahren erheblich verändert. In vielen Bereichen unseres Alltags interagieren wir ganz intuitiv mit den unterschiedlichsten Geräten – vom morgendlichen Abrufen der Nachrichten auf unserem Smartphone bis hin zur engen Zusammenarbeit mit einem halb- oder vollautonomen Roboter im Laufe des Tages. Die enge Mensch-Maschine-Interaktion wird zur neuen „Normalität“. Neben spezifischen Schnittstellenfunktionen müssen dabei weitere Aspekte berücksichtigt werden, wie beispielsweise Optik und Design, Kosteneffizienz, Robustheit und intuitive Bedienung, um nur einige zu nennen. Die Sensor- und Beleuchtungstechnologien von ams OSRAM prägen aktiv die Art und Weise, wie wir die Welt wahrnehmen und mit ihr interagieren. Clemens Müller, Senior Director Application Marketing, ist einer unserer führenden Experten auf diesem Gebiet.
Clemens, optische Technologien sind für jede intelligente Interaktion unverzichtbar. Welche Funktion ist derzeit am interessantesten?
Viele auf optischen Technologien basierende Funktionen sind in den letzten Jahren zum Standard geworden: Miniaturisierte Bildgebungs- und Projektionslösungen im Infrarotspektrum haben zu Innovationen geführt, wie wir Türen entriegeln, Displays aktivieren oder auf Online-Banking zugreifen – und zwar mithilfe biometrischer Authentifizierungsmethoden wie der Iris- oder Gesichtserkennung.
Autonome Maschinen wie mobile Roboter benötigen Navigations- und intelligente Kollisionsvermeidungslösungen, die mit eingebetteten 3D-Bildverarbeitungssystemen auf verschiedene Weise realisiert werden: aktive Stereosicht, strukturiertes Licht oder auf der Lichtlaufzeit basierende optische Sensortechnologien mit sicherer Integration von Lasersendern und -detektoren, um nur einige zu nennen. Maschinen in die Lage zu versetzen, ihre Arbeitsumgebung umfassend zu verstehen, ist ein wichtiger Aspekt für ihr Zusammenleben mit Menschen.
Fortschrittliche Projektionslösungen, mit denen Maschinen ihre beabsichtigten Aktionen anzeigen können, erleichtern es Menschen, diese vorauszusehen und ihr eigenes Verhalten entsprechend anzupassen – beispielsweise aus dem Weg zu gehen, wenn ein mobiler Roboter früh genug signalisiert, dass er innerhalb der nächsten Meter abbiegen wird.
Wie oben erwähnt, geht es nicht nur darum, weitere Kontroll- und Statusleuchten hinzuzufügen; innovative Mensch-Maschine-Schnittstellen müssen eine intuitive Interaktion mit diesen Maschinen ermöglichen.
Welche spannenden funktionalen Neuerungen werden sich aus den optischen Technologien ergeben?
Intelligente Oberflächen bilden die Grundlage für völlig neue Funktionen der Mensch-Maschine-Interaktion. Sie sind eine Kombination aus LED-Technologien mit sehr kleinem Formfaktor und optischer Sensorik. Die unsichtbaren LEDs ermöglichen die Darstellung benutzerdefinierter Oberflächenmuster, die sowohl für gestalterische Zwecke als auch für kontextsensitive Bedienelemente genutzt werden können. In Verbindung mit Näherungssensoren oder optischer Kraftmessung könnten Bedienelemente innerhalb komplexer Menüoptionen ausgeblendet werden, wenn sie im aktuellen Kontext nicht relevant sind.
Insbesondere die optische Kraftmessung, die Schaltfunktionen als Teil des Gerätegehäuses bereitstellt, erreicht ein Höchstmaß an Schmutz- und Wasserschutz bei der Bedienung. Dieser Aspekt gewann während der COVID-Pandemie zunehmend an Bedeutung, da Geräte häufig desinfiziert werden mussten.
Herkömmliche mechanische Schalter ließen dies nicht zu und erforderten eine zusätzliche Beschichtung. Leider barg wiederholtes Reinigen stets das Risiko einer Verfärbung der Oberfläche. Eingebettete kapazitive oder resistive Bedienelemente leiden unter einem Mangel an Flexibilität und Robustheit im Betrieb. Wir alle wissen, wie schlecht ein kapazitiver Schalter wie beispielsweise ein Dimmer oft funktioniert, wenn er mit verschwitzten Fingern oder mit einer behandschuhten Hand bedient wird.
Intelligente Oberflächen in Kombination mit optischer Kraftmessung eröffnen völlig neue Möglichkeiten für stilvolles Design, robuste und flexible Schaltfunktionen sowie eine einfache und kostengünstige Benutzerführung bei kontextsensitiven Bedienelementen.
Eine weitere bahnbrechende optische Technologie ist die spektrale Erfassung, die vom UV-A/B/C-Spektrum über das sichtbare Licht bis hin zum nah- und kurzwelligen Infrarotspektrum reicht. Früher waren hierfür sperrige, komplexe und extrem teure spektroskopische Geräte erforderlich. Heute ist alles in kleinsten Baugrößen zu attraktiven Preisen fest integriert, was einen Einsatz in großen Stückzahlen ermöglicht. Die UV-Spektralsensorik ermöglicht die Überwachung der UV-Strahlenexposition der Haut oder die Überprüfung von Desinfektionszielen auf Basis einer UV-C-Behandlung .
Völlig neue Anwendungsmöglichkeiten werden derzeit evaluiert, darunter die Erkennung unerwünschter Teilentladungen in Elektromotoren und Hochspannungsnetzen. Spektralsensoren im Bereich vom sichtbaren Licht bis zum kurzwelligen Infrarot können zur Feuchtigkeitsmessung eingesetzt werden und in Kombination mit Algorithmen des maschinellen Lernens sogar zwischen verschiedenen Materialarten unterscheiden. Dies ist beispielsweise für die automatisierte Bodenreinigung relevant oder wenn Objekte gleicher Form und/oder Farbe von einem Roboter selektiv aufgenommen werden müssen. Ein herkömmliches Kamerasystem wäre hier kaum hilfreich oder würde zusätzliche rechenintensive Ressourcen erfordern.
Das klingt immer noch ein bisschen nach Science-Fiction. Was muss in der Optiktechnik noch getan werden, um all das möglich zu machen?
Interessanterweise sind viele dieser Technologien bereits heute verfügbar, und es werden bereits Machbarkeitsstudien durchgeführt, um neue Anwendungen oder Funktionen zu erforschen, die bisher nicht kosteneffizient realisiert werden konnten oder die aufgrund von Systemaufwand, Größe und Gewicht nicht sinnvoll eingesetzt werden konnten.
Oft ist es wichtig, gedanklich von traditionellen Lösungskonzepten abzuweichen und die Ideenfindung auf der Grundlage innovativer optischer Lösungen mit integrierten Emittern und Detektoren neu zu beginnen.
Anstatt die funktionalen Aspekte der Beleuchtung oder Anzeige von ihren Sensorkomponenten zu trennen, ermöglichen die kleineren Formfaktoren von Emittern und Sensoren eine engere Integration, um diese neuen Funktionen zu erschließen.
Um das Nutzererlebnis neu zu definieren, müssen vielfältige Technologien auf engstem Raum zusammenwirken. Wir entwickeln schon heute Lösungen für die Anwendungen von morgen.