Silikonfolie macht neue Generation von Displays möglich: Der Touchscreen bekommt ein Sinnesorgan

Ein Team der Universität des Saarlandes hat eine Folie entwickelt, die Touchscreens eine dritte Dimension verleiht. Vibrierende oder klopfende Buttons können so zur Navigation genutzt werden. Auf der Hannover Messe suchen die Ingenieure Industriepartner.

Der erste Touchscreen, der an die Fingerspitzen klopft: Die Ingenieure Sophie Nalbach und Steffen Hau testen den Prototyp, der auf der Hannover Messe zu sehen sein wird.
(Foto: Oliver Dietze)

Ingenieure der Universität des Saarlandes haben eine Möglichkeit gefunden, Touchscreens eine dritte Dimension zu eröffnen. Möglich macht das eine federleichte, dünne Silikonfolie, die das Ingenieurteam von Professor Stefan Seelecke am Lehrstuhl für Intelligente Materialsysteme der Universität des Saarlandes und am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik entwickelt hat. Diese hält stufenlos verschiedene Stellungen und Höhen; sie kann klopfen, drücken, stoßen und vibrieren. Außerdem hat die Folie Sensoreigenschaften und wird so zum Sinnesorgan des jeweiligen Geräts.

Dank der Folie können bei Bedarf überall auf dem Bildschirm Buttons entstehen und wieder verschwinden. Durch Vibration, Klopfen oder Stöße an die Fingerkuppe kann das Display seinen Nutzer zu ihnen führen. Damit eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten etwa bei Computerspielen, der Internetsuche und auch für Navigationsgeräte.

Eine auf den ersten Blick unspektakuläre Silikonfolie – ähnlich einer handelsüblichen Frischhaltefolie – legt die Basis für eine neue Generation von Displays. »Es handelt sich bei der Folie um ein so genanntes dielektrisches Elastomer«, erklärt Professor Stefan Seelecke, dessen Arbeitsgruppe für die Folien bereits auf internationalen Konferenzen ausgezeichnet wurde.

Die Ingenieure drucken dabei auf eine hauchfeine Kunststoff-Membran eine elektrisch leitfähige Schicht auf. Dadurch können sie eine elektrische Spannung anlegen: Die »Elektroaktivität« der Folie bedeutet, dass sie sich in der einen Richtung zusammenziehen und in die andere Richtung dehnen kann. »Aufgrund der elektrostatischen Anziehungskräfte drückt sich das Polymer zum Beispiel zusammen und dehnt sich nach außen hin aus«, erläutert Steffen Hau, Ingenieur aus Seeleckes Team. Verändert der Forscher das elektrische Feld, vollführt die Folie verschiedenste Choreografien und gibt beliebige Signale: vom hochfrequenten Vibrieren über spezifische Impulse wie bei einem Herzschlag bis hin zu stufenlosen Hub-Bewegungen. In ihrem Prototyp, den die Wissenschaftler demnächst auf der Hannover Messe zeigen, haben sie die Folien mit einem Smartphone-Display kombiniert. Sie lassen so nicht nur virtuelle Buttons entstehen, sondern eröffnen dem Display zusätzliche Funktionen.

Mit einer Regelung über Algorithmen wird aus dem Stück Kunststoff ein technisches Bauteil, das die Ingenieure gezielt ansteuern können. »Wir setzen dabei die Folie selbst als Positions-Sensor ein. Das Display hat damit zugleich sensorische Eigenschaften. Weitere Sensoren benötigen wir nicht«, so Hau. Die Forscher können jede einzelne Stellung der Folie exakt den entsprechenden Messwerten der elektrischen Kapazität zuordnen. »Dadurch wissen wir immer, wie sich das Polymer gerade verformt. Mit den Messwerten der elektrischen Kapazität können wir auf die jeweilige mechanische Auslenkung der Folie rückschließen. Indem wir die elektrische Spannung verändern, können wir die Folie präzise ansteuern«, erklärt Hau. In einer Regelungseinheit lassen sich die Bewegungsabläufe exakt vorausberechnen und programmieren.

Da die Technologie ohne seltene Erden oder Kupfer auskommt, ist sie zudem günstig in der Herstellung, verbraucht sehr wenig Energie und ist sehr leicht.

Noch handelt es sich bei den elastisch verformbaren Kunststoff-Folien um Ergebnisse der anwendungsorientierten Forschung. Die Ingenieure suchen dafür aber bereits nach Herstellerpartnern, um die Technik für die Praxis weiterzuentwickeln und in die Produktion zu bringen. Auf der bevorstehenden Hannover Messe, die vom 1. bis 5. April 2019 stattfindet, wird die Lösung deshalb am saarländischen Forschungsstand (Halle 2, Stand B 46) vorgestellt.