Magnetfeldsensor ermöglicht Greifen ohne Berühren

21. Jänner 2018, 16:35
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Deutsche und österreichische Forscher stellen neue Entwicklung vor

illustration: helmholtz-zentrum dresden-rossendorf e.v.
Der zweidimensionale Sensor auf der Handfläche.

Linz/Wien – Um Objekte in einer computergenerierten virtuellen oder erweiterten Realität mit Handbewegungen zu steuern, bedarf es einer genauen Messung der Position der realen Hand. Während herkömmliche Systeme auf Optik basieren, haben deutsche Forscher in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Universität Linz nun im Fachjournal "Science Advances" einen Sensor vorgestellt, der auf magnetischen Effekten beruht. Er ermöglicht die Manipulation virtueller wie auch physischer Objekte ohne eigentliche Berührung.

Meist sind es Kameras, die die Bewegungen der eigenen Hand filmen und daraus eine elektronische Version erstellen, mit der man in die virtuelle Realität eingreifen kann. Oder man trägt spezielle Handschuhe mit Beschleunigungssensoren oder Ähnlichem. So oder so lässt die Genauigkeit der Messung meist nur die Wiedergabe grober Bewegungen zu und reicht zum Beispiel nicht für die Erfassung der Bewegungen einzelner Finger.

Der neue Sensor

Der nun vorgestellte Sensor dagegen kann in Form einer hauchdünnen Folie direkt auf die Haut geklebt werden und misst präzise Position und Ausrichtung in einem äußeren Magnetfeld. "Im Grunde funktioniert das wie ein Kompass", erklärt Martin Kaltenbrunner vom Soft Electronics Labor der Universität Linz. Dabei kommen sogenannte Spin-Ventile zum Einsatz: spezielle Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit von der Ausrichtung der magnetischen Momente (Spins) der fließenden Elektronen abhängt.

Befindet sich der Sensor im Feld eines Permanentmagneten, lässt sich aus der Stärke des Feldes der Abstand zum Magneten und damit die Position im Raum ableiten – ein Effekt, den die Forscher bereits vor einigen Jahren zeigen konnten. In der neuen Variante des Sensors ist es nun durch eine Kombination mehrerer Spin-Ventile gelungen, auch die Orientierung im Raum zu erfassen. Zur Demonstration zeigen Kaltenbrunner und seine Kollegen etwa, wie sie mit der Drehbewegung einer Hand, auf deren Handfläche der Detektor klebt, die Helligkeit einer virtuellen Glühbirne regeln.

Komplexität steigerbar

"Wir haben das jetzt nur mit einem einzigen Sensor gezeigt", so Kaltenbrunner. "Man könnte unsere Sensoren aber auch auf jedem einzelnen Fingerglied anbringen und so die gesamte Bewegung der Hand erfassen." Stromversorgung und Auswertung erfolgen zurzeit noch über externe Geräte, die über dünne Kabel mit den Sensoren verbunden sind. Da die Messung jedoch sehr wenig Energie benötigt, sollte es dem Forscher zufolge in Zukunft möglich sein, beides in Form von Wearables, etwa als Armband, zu realisieren.

In ihrer momentanen Ausführung benötigen die Sensoren noch verhältnismäßig starke Magnetfelder und funktionieren nur in der Umgebung eines Permanentmagneten. Indem sie die Empfindlichkeit noch weiter verbessern, wollen die Forscher in Zukunft jedoch Sensoren entwickeln, die auch im schwachen Erdmagnetfeld funktionieren. So wäre es möglich, Handbewegungen an jeder beliebigen Position im Raum zu erfassen, was die Anwenderfreundlichkeit eines fertigen Produkts noch deutlich erhöhen könnte. (APA, red, 21. 1. 2018)

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