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Quelle: The image is copyrighted by Gabriel Robles-De-La-Torre
Menschen erfassen Gegenstände auch über ihre Haptik. Mehrere Wissenschaftler haben nun eine neue Methode entwickelt, dem Körper das Gefühl zu geben, dass eine eigentlich flache Fläche scharf oder angespitzt ist. Die für neuartige Benutzerschnittstellen interessante Technik ist in der vergangenen Woche auf dem "IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication" im englischen Hatfield vorgestellt worden.
Die neue Technik zeigt, dass es tatsächlich möglich ist, unseren Berührungssinn derart zu manipulieren, dass sich eine Maschine anfühlt, als fasse man sehr detaillierte Strukturen an. Eingedrückt werden muss die Haut dabei nicht. Vorstellbar wäre so zum Beispiel ein "virtuelles Skalpell", dessen Führungsoberfläche ein Chirurg in einem Operationssimulator fühlen könnte, ohne dass sie tatsächlich vorhanden ist. Auch andere Haptik-basierte Systeme sind so denkbar.
Gabriel Robles De La Torre, Neurowissenschaftler und Computeringenieur in Mexiko-Stadt, leitete die Forschungsarbeit. Der Gründer der "International Society for Haptics" will ein Gerät bauen, das es möglich macht, jede Form, jede Textur und jeden Sinneseindruck zu simulieren. Ziel sei ein "haptisches Display".
Haptik-Expertin Sile O'Modhrain, die zuvor an der Queen's University im nordirischen Belfast arbeitete, sieht die Arbeit sehr positiv. Sie mache es möglich, das haptische Gefühl realistischer darzustellen. "Es ist eine Möglichkeit, die Darstellung von Oberflächen zu verbessern."
Theoretisch ließe sich zwar eine Maschine bauen, die ihre Textur oder Form derart verändern könnte, dass sie eine große Zahl verschiedener Oberflächen abbildet. Doch eine solche Mechanik wäre enorm komplex und sehr groß. Forscher wie Robles De La Torre setzen daher auf den Ansatz, einfach unseren Sinnesapparat in die Irre zu führen.
"Dabei nutzt man einfach aus, wie die menschliche Wahrnehmung funktioniert", meint Vincent Hayward, ein Elektro- und Computeringenieur, der an der McGill University in Montreal im Bereich Haptik arbeitet. Das ähnelt unserer Fähigkeit, zahlreiche Farben auf einem Videobildschirm zu erkennen, obwohl auf diesem nur drei Grundfarben-Pixel kombiniert würden.
Bei der Haptik wird diese Illusion durch angelegte Kräfte geschaffen. Wenn jemand seinen Finger über eine scharfe oder spitze Oberfläche führt, würden normalerweise vertikale und seitliche Kräfte an der Haut spürbar, erklärt Robles De La Torre. Er habe aber herausgefunden, dass man das Gehirn austricksen könne - auch nur seitlich angelegte Kräfte reichten aus, das Gefühl einer spitzen Oberfläche zu erreichen.
Um die Illusion einer scharfen Oberfläche zu erreichen, arbeitete Robles De La Torre mit Carlo Alberto Avizzano und seinen Kollegen an der Scuola Superiore Sant'Anna im italienischen Pisa zusammen. Dabei kam ein Haptik-Interface namens "GRAB" zum Einsatz, das aus einer Art Fingerhut besteht, der mit dem Ende eines motorbeweglichen, ausfahrbaren Armes sitzt. Der Nutzer kann den Fingerhut frei bewegen, wenn er seinen Zeigefinger hineinsteckt. Sehr genau arbeitende Motoren sorgen dann für einen "Force Feedback"-Effekt. Die Bewegungsfreiheit des Fingerhutes wird anschließend so eingeschränkt, dass sich virtuelle Oberflächen ergeben.
Wird das System so eingestellt, dass ein Benutzer seinen Finger nur entlang einer Achse von links nach rechts bewegen kann, gab dies den Versuchspersonen das Gefühl, dass sie ihren Finger über verschiedene scharfe oder spitze Kanten führten. Dabei musste nur eine seitliche Kraft auf die Bewegung ausgeübt werden. Der Sinneseindruck war derart überzeugend, dass die Nutzer ihr Fühlerlebnis bestimmten Bildern zu ordnen konnten - beispielsweise einer Säge.
Robles De La Torre glaubt, dass es zu dieser Illusion kommt, weil das Gehirn zwischen den verschiedenen sensorischen Informationen "Kompromisse" eingehen müsse. Bei Gegenständen mit sehr kleinen Details sei die Kraftinformation wichtiger als die der Fingerbewegungen, die die Muskel und die Haut dem Gehirn übermitteln, damit es weiß, wie weit sich die Gliedmaßen bewegt haben. Im Endergebnis fühlt es sich dann leicht so an, als führe man seinen Finger über eine scharfe Kante, obwohl er sich gar nicht bewegt. Das funktioniert aber nur dann, wenn die abzubildende Oberfläche nicht zu groß ist.
Die irische Forscherin O'Modhrain gibt zu bedenken, dass die Forschung bislang vor allem an der haptischen Darstellung großer geometrischer Formen mit Hilfe von "Force Feedback"-Mechanismen oder der Feindarstellung kleiner Details mit Hilfe von Hautauslösern interessiert gewesen sei. Die Arbeiten von Robles De La Torre und anderen zeigten nun, dass es auch möglich ist, Oberflächen darzustellen, die zwischen diesen beiden Extremen liegen, ohne viel Druck auf die Haut ausüben zu müssen.
Robles De La Torre glaubt sogar, dass sich eines Tages Schmerzempfindungen simulieren lassen, die die Berührung scharfer Objekte begleiten können. Das kurze Pulsieren seitlicher Kräfte, das eigentlich die Schärfe simulieren soll, spricht möglicherweise auch Hautrezeptoren an, die mit Schmerz verbunden sind. Um diese Hypothese zu beweisen, müssen aber weitere Tests vorgenommen werden: "Der Schmerz ist ein komplexes Phänomen", so der Computeringenieure.
Übersetzung: Ben Schwan.
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