Optical Force Sensing verändert die Interaktion zwischen Mensch und Maschine 

Eine Roboterhand, welche Berührungen wahrnehmen kann. Eine geschlossene Backofenfront ohne sichtbare Tasten. Eine Smartwatch, deren Gehäuse selbst zur Eingabefläche wird. Bei all diesen Anwendungen übernimmt die Oberfläche eine neue Rolle. Sie dient nicht mehr nur als Gehäuse, sondern wird selbst Teil von Interaktionen.

„Oberflächen sollen immer mehr Aufgaben übernehmen. Optical Force Sensing macht genau das möglich. Die Technologie erkennt kleinste Verformungen einer Oberfläche und verwandelt sie in verwertbare Informationen über Berührung, Druck und Kontakt. Das macht Oberflächen zu aktiven Schnittstellen und erweitert die Möglichkeiten der Interaktion zwischen Mensch und Maschine – vom Haushaltsgerät bis zur Robotik,“ sagt Christian Feierl, Senior Product Manager, ams OSRAM.

Mehr Informationen aus jeder Berührung
Damit Oberflächen mehr leisten können als klassische Tasten oder Touchflächen, müssen sie nicht nur registrieren, dass ein Kontakt stattgefunden hat. Oberflächen müssen aus einer Berührung möglichst viele Informationen gewinnen und die Informationen auch dort erfassen, wo sie entstehen. 

Besonders anspruchsvoll wird das, wenn Berührung und Druck nicht nur an einem einzelnen Punkt auftreten. Hebt beispielsweise eine Roboterhand ein Werkzeug an, muss sie erkennen, wie sich die Kräfte über mehrere Finger verteilen und wie sich diese während des Greifvorgangs verändern. Erst aus der Kombination mehrerer Kontaktpunkte entsteht ein vollständiges Bild der Interaktion. 

Genau hier setzt das analoge Frontend AS7160 an. Es steuert bis zu acht optische Frontends gleichzeitig an und erfasst mehrere Sensorpunkte parallel. Dadurch können beispielsweise Roboterhände Druckinformationen über mehrere Kontaktpunkte hinweg auswerten und so ein genaueres Bild eines Greifvorgangs gewinnen.

Entscheidend ist dabei die hohe Empfindlichkeit des Systems. Der AS7160 erkennt Oberflächenbewegungen von nur 0,22 Mikrometern. Selbst Verformungen, die weit unter der Größenordnung eines menschlichen Haares liegen, werden damit sichtbar. Dadurch registriert die Sensorik selbst minimale Veränderungen der Krafteinwirkung – selbst hinter Metall oder bei Nässe – und erkennt frühzeitig, wenn sich ein Werkzeug in der Roboterhand bewegt.

Je mehr Informationen eine Maschine über eine Berührung erhält, desto besser kann sie ihre Umgebung verstehen. Genauso wichtig ist jedoch die Frage, an welcher Stelle diese Informationen erfasst werden. Hier kommt das optische Frontend SFH7065 ins Spiel. Als sogenannter Side-Looker erfasst die Sensoreinheit Veränderungen seitlich entlang der Oberfläche statt von oben und erweitert damit die Möglichkeiten, Sensorik in komplexe Geometrien zu integrieren: in Fingerspitzen, Gelenken, Fingerseiten und gekrümmten Bereichen einer Roboterhand. Durch die seitliche Erfassung lassen sich neben Druckkräften auch Scherkräfte messen. Die Sensorik erkennt dadurch nicht nur, wie stark ein Objekt gegriffen wird, sondern auch, ob es sich innerhalb des Griffs bewegt oder zu rutschen beginnt. In Kombination mit Top-Lookern können Entwickler Sensoren genau dort platzieren, wo Berührungen und Kräfte tatsächlich auftreten. Die Sensorik wandert damit in die Struktur des Produkts. Sie wird nicht mehr nur geschützt oder verkleidet, sondern übernimmt aktiv Aufgaben bei Wahrnehmung und Bedienung.

Mehr als Touch: Druck als zusätzliche Information
Die gleichen Prinzipien lassen sich auch auf Alltagsanwendungen übertragen, bei denen Optical Force Sensing neue Möglichkeiten der Bedienung eröffnet.

Bei Haushaltsgeräten wie Backöfen können Bedienelemente vollständig hinter einer geschlossenen Glasfront verschwinden. Mehrere Sensorpunkte können unterschiedliche Bedienzonen bilden, ohne dass einzelne Tasten sichtbar sein müssen. Eine leichte Berührung könnte damit auch mit Ofenhandschuh ein Menü öffnen, während ein gezielter Druck eine Funktion aktiviert. 

Ähnlich lassen sich auch bei kompakten Geräten zusätzliche Funktionen direkt in bestehende Oberflächen integrieren. In einer Smartwatch wird so beispielsweise das Gehäuse selbst zur Eingabefläche. Ein langer Druck auf die Seite der Uhr könnte einen Trainingsmodus starten, ein kurzer Druck einen Anruf annehmen. Dadurch entstehen zusätzliche Eingabemöglichkeiten, ohne das Design oder die Bauform des Produkts zu verändern.

Optical Force Sensing registriert Berührungen nicht nur, sondern macht sie als zusätzliche Informationsquelle nutzbar. Was heute in Robotik, Haushaltsgeräten oder Wearables möglich ist, zeigt eine grundsätzliche Entwicklung: Produkte entwickeln zunehmend einen digitalen Tastsinn und können dadurch differenzierter mit ihrer Umgebung interagieren.