Unsichtbare Formen mit Ultraschall f√ľhlen

Mit Schallwellen unsichtbare Objekte f√ľhlen? Klingt verr√ľckt, ist es aber gar nicht. An der Universit√§t Bristol forscht man gerade genau an dieser Technologie. Was nach Zukunftsmusik klingt, ist vielleicht schon bald f√ľr uns alle zug√§nglich. Wie die Technologie genau funktioniert, haben wir in diesem Beitrag versucht zu erkl√§ren.

Universit√§t Bristol arbeitet an neuer Technologie, die es erm√∂glicht unsichtbare 3D-Formen mit Ultraschallstrahlen zu f√ľhlen

Konzentrierte Schallwellen erzeugen das Gef√ľhl unsichtbarer Objekte, die in der Luft schweben.

Status Quo – VR und AR

Virtual und Augmented Reality Technologien werden immer immer besser darin, uns Dinge sehen zu lassen, die nicht wirklich da sind. In Kombination mit einem Sensorsystem (wie Kinect) k√∂nnen wir sogar mit diesen virtuellen Objekten interagieren. Das fehlende Teil hier ist die Ber√ľhrung: die F√§higkeit, Dinge zu f√ľhlen, die nicht wirklich existieren. Mit einer Reihe von fokussiertem Ultraschall, der Turbulenzmuster in der Luft erzeugen kann, konnten Informatiker der Universit√§t Bristol 3D-Formen in der Luft erzeugen, die man nicht sehen, aber ber√ľhren kann.

Ultraschall l√§sst unsichtbare Objekte „anfassbar“ werden

Da der ganze Sinn dieses Systems darin besteht, unsichtbare Objekte zu erzeugen, ist es etwas schwierig, ein Gef√ľhl daf√ľr zu bekommen, was genau der Benutzer erf√§hrt, wenn er mit dem „akustischen Strahlungskraftfeld“ interagiert. Im Wesentlichen erzeugt das Ultraschallfeld Punkte in der Luft, an denen mehrere Schallwellen konstruktiv zusammenkommen. Der resultierende Punkt der Schallabstrahlung ist stark genug, um eine Welle in deine Haut zu induzieren, wenn diese reflektiert wird. Dadurch werden deine taktilen Sensoren ausgel√∂st, so dass du das Gef√ľhl hast, etwas zu ber√ľhren.
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Erste Tests mit der Ultraschall-Technologie

Testbenutzer, die keinerlei Erfahrung mit dieser Art von Technologien hatten, hatten keine Schwierigkeiten, eine Reihe von 3D-Grundformen zu identifizieren; darunter einen Kegel, eine Pyramide, eine Kugel und einen W√ľrfel. Der Algorithmus, der das Ultraschall-Array antreibt, ist effizient genug, um in Echtzeit ausgef√ľhrt zu werden. Das¬†bedeutet, dass die haptische R√ľckmeldung nahezu augenblicklich erfolgen kann und die Formen als Reaktion auf Benutzereingaben dynamisch ver√§ndert werden k√∂nnten. Hier gibt es viele M√∂glichkeiten und potenzielle Anwendungen, vor allem in Verbindung mit virtueller oder erweiterter Realit√§t, wie die Forscher der University of Bristol in ihrem Beitrag er√∂rtern:

Sp√ľren unzug√§nglicher Objekte

Unzug√§ngliche Objekte, wie sie in Museen oder im Inneren des menschlichen K√∂rpers zu finden sind, k√∂nnen mit Hilfe von bidirektionalen Spiegeln oder neurochirurgischen Requisiten visuell¬†erforscht werden. Diese bestehenden Methoden erlauben es dem Benutzer zwar, mit den Objekten zu interagieren und sie mit den H√§nden zu schneiden, bieten aber kein haptisches Feedback. Die Erweiterung mit dem System erm√∂glicht ein √ľberlegenes r√§umliches Lernen und die F√§higkeit, wertvolle Informationen durch haptisches Feedback hervorzuheben. Die Abbildung 1 zeigt einen Chirurgen bei der Untersuchung eines CT-Scans mit haptischem Feedback, welches es ihm erlaubt, Tumore zu ertasten.

Steuern ber√ľhrungsloser Schnittstellen

Ber√ľhrungslose Schnittstellen werden immer h√§ufiger. Sie bieten eine intuitive, flexible¬†Benutzeroberfl√§che. Es fehlt aber ein haptisches Feedback durch physikalisches Tasten und¬†Bedienelemente. In vielen Situationen, wie z. B. im Cockpit eines Fahrzeugs (siehe Abbildung 2), m√∂chte der Anwender das System bedienen, w√§hrend seine Augen auf eine andere Aufgabe gerichtet ist. Die Integration des Systems w√ľrde es dem Benutzer erm√∂glichen, die Geometrie einer Schnittstelle zu sp√ľren und sich auf ein bestimmtes Element zu konzentrieren.

Verbindung mit Virtual Reality

Virtual Reality ist seit langem ein Ziel interaktiver Systeme.¬†Haptisches Feedback liefert uns Gef√ľhle der Propriozeption, Kin√§sthesie und Ber√ľhrung, was es unerl√§sslich f√ľr ein effektives System macht. J√ľngste Fortschritte bei kopfmontierten Displays (z.B. VR-Brille) haben den Realismus des visuellen Feedbacks deutlich verbessert, aber haptisches Feedback erfordert immer noch Proxy- oder tragbare haptische Ger√§te. Diese unnat√ľrliche Trennung bricht das Eintauchen einer virtuellen Realit√§t. Das System w√ľrde es den Nutzern erm√∂glichen, die virtuelle Welt unbelastet zu erkunden und gleichzeitig haptisches Feedback von den Objekten zu erhalten, mit denen sie interagieren, wie in der Abbildung 3 gezeigt.

Bestehende Probleme

Es gibt noch ein paar Probleme zu l√∂sen; z. B. gibt es einen Kompromiss zwischen der Sampling-Dichte (das Detail der Form) und der Rendering-Qualit√§t (die St√§rke des Feldes), der optimiert werden muss. Au√üerdem ist das Feld speziell f√ľr die Arbeit an Fingern und H√§nden kalibriert. Andere K√∂rperteile reagieren nicht ann√§hernd so stark darauf. Au√üerdem muss der Nutzer innerhalb von 20 oder 30 Zentimetern des Emitter-Gebietes bleiben, damit es so funktioniert, wie es soll.¬†

Lösung der Probleme

Die Forscher arbeiten aktiv an diesen Problemen und sind optimistisch, dass ihr akustischer Strahlungskraft-Feldgenerator (dieser existiert bereits) einfach genug zu bedienen und in der Lage dazu ist, dass er bald von allen genutzt werden kann. 

Wir möchten einen!

Hier findest du weitere Informationen:

IEEE Spectrum

University of Bristol 

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2020-10-20T12:44:36+02:00