Was ist Haptik? Definition und Anwendungen

Der Begriff Haptik leitet sich vom griechischen Wort „haptikos“ ab, was Tastsinn bedeutet. Der Tastsinn kann in aktiv und passiv eingeteilt werden. Haptik wird meist mit aktiver Berührung assoziiert, um zu kommunizieren oder Gegenstände zu erkennen.

Es kann sich auf jede Form der Interaktion beziehen, die Berührung beinhaltet. Zum Beispiel –

• Im Bereich der nonverbalen Kommunikation bezeichnet Haptik die Art und Weise, wie Tiere und Menschen über den Tastsinn kommunizieren und interagieren.
• Haptisch bedeutet in der Wahrnehmung wörtlich die Fähigkeit, ‚etwas zu begreifen‘.
• In der Technologie bezieht sich Haptik darauf, ein Berührungserlebnis zu schaffen, indem Kräfte, Bewegungen oder Vibrationen auf den Benutzer ausgeübt werden.

In diesem Artikel haben wir uns auf die technologischen Aspekte der Haptik konzentriert, einschließlich ihrer Geschichte, Implementierung und Anwendung. Fangen wir mit den Grundlagen an:Was ist eigentlich Haptik?

Definition: Haptik ist die Wissenschaft der Anwendung taktiler Empfindung und Kontrolle auf die menschliche Interaktion mit Computeranwendungen. Ein haptisches Gerät beinhaltet den physischen Kontakt zwischen einem Benutzer und einem Computer über ein Eingabe-Ausgabe-Gerät, wie z. B. Gamecontroller und Joysticks.

Wie wird die Haptik implementiert?

Die haptische Technologie kann auf zwei Arten implementiert werden:Vibration und Force-Feedback

1. Vibration: Die meisten elektronischen Geräte bieten haptisches Feedback über Vibration. Die Schwingung wird in der Regel von einem Elektromotor erzeugt, der aus einer Unwucht auf seiner Antriebswelle besteht. Wenn sich die Welle dreht, dreht sie die unregelmäßige Masse, wodurch das angeschlossene Gerät zittert.

Moderne Geräte wie iPhones und MacBooks verwenden Vibrationen, um haptisches Feedback zu geben. Anstelle von Elektromotoren verwenden sie jedoch eine magnetische Schwingspule, um Vibrationen zu erzeugen. Die Masse bewegt sich wechselseitig und bietet kürzere Reaktionszeiten und präzise haptische Bilder.

2. Feedback erzwingen: Viele Geräte verwenden Motoren, um die Bewegung von Objekten zu steuern, die von einem Benutzer gehalten werden. Fahrerassistenzsysteme und Rennvideospiele sind die besten Beispiele für solche Geräte. Sie drehen das Lenkrad und betätigen das Gaspedal oder die Bremse, um die beim Fahren eines echten Fahrzeugs auftretenden Kräfte zu simulieren.

Anwendungen

Die frühesten Versionen der haptischen Technologie wurden zuerst in großen Flugzeugen verwendet, die über fehlererkennende negative Rückkopplungssysteme verfügten. Sie wurden verwendet, um vor gefährlichen Flugbedingungen zu warnen, damit die Betreiber die unsichtbaren Barrieren „fühlen“ und umgehen können.

Eine Aura Interactor Force-Feedback-Weste | Bildnachweis:Wikimedia 

In den frühen 1970er Jahren wurde im Bell Telephone Lab das erste taktile Kommunikationssystem entwickelt. Zwei Jahrzehnte später wurden tragbare Force-Feedback-Geräte und -Systeme mit persönlichen haptischen Schnittstellenmechanismen entwickelt.

Heutzutage hat die haptische Technologie Dutzende von Anwendungen, die von Robotik und Medizin bis hin zu virtueller Realität reichen.

1. Desktops und Mobilgeräte

Taptic-Engine eingebettet in ein iPhone | Bildnachweis:iFixit

Apple hat das taktile Touchpad-Design in der MacBook-Serie eingeführt. 2015 hat das Unternehmen in alle MacBooks „Force Touch“-Trackpads eingebaut, die Klicks mit einer Taptic Engine simulieren. Diese Force-Touch-Technologie verwendet Drucksensoren, um Apple-Geräten eine weitere Eingabemethode hinzuzufügen.

Die meisten Smartphones verwenden taktiles haptisches Feedback, um den Benutzern eine Berührung mitzuteilen wurde akzeptiert. Einige Geräte verwenden Oberflächenhaptik-Technologie, die haptische Effekte auf Touchscreens und anderen physischen Oberflächen erzeugt.

Darüber hinaus liefern taktile Anzeigegeräte über den Tastsinn grafische und textuelle Informationen. Sie sind unglaublich hilfreich, wenn es darum geht, gehörlosen oder blinden Menschen zu helfen.

2. Videospiele

Xbox One-Controller verfügt über die Impuls-Trigger-Technologie 

Arcade-Spiele wie Fonz , begann Mitte der 1970er Jahre mit haptischen Rückmeldungen. Gegen Ende des 20. Jahrhunderts waren haptische Geräte wie Joysticks, Gamecontroller und Lenkräder weit verbreitet.

Heutzutage sind mehrere Joysticks und Konsolen-Controller mit integrierten Feedback-Geräten ausgestattet, darunter die Impulse Trigger-Technologie von Microsft und die DualShock-Technologie von Sony.

Im Jahr 2018 stellte Razer ein drahtloses Headset namens Nari Ultimate vor, das über ein Paar haptischer Treiber mit breiter Frequenz verfügt. Sony erwägt auch, den Widerstand der Trigger-Steuerelemente einzubeziehen, um ein genaueres haptisches Feedback in PlayStation 5-Controllern zu ermöglichen.

3. Automobil und Luftfahrt

Die haptische Feedback-Technologie wurde auch in große Touchscreen-Bedienfelder integriert, die in die Armaturenbretter von Fahrzeugen eingebaut sind. Es erhöht die Sicherheit, indem es Berührungsbefehle quittiert, sodass der Fahrer den Blick nicht von der Straße abwenden muss.

Es bietet auch zusätzliche haptische Informationen, wie z. B. ein Warnvibrationsmuster beim Überfahren der Geschwindigkeitsbegrenzung.

Die Luftfahrtindustrie hat auch haptische Technologien eingeführt, um zu kommunizieren, wie die Manövrierfähigkeit durch Grenzen des Flugbereichs beeinflusst wird. Haptische Systeme verwenden Kraft- und Steifigkeits-Feedback, um das Risiko zu mindern, dass Piloten in unsichere Flugzustände geraten, wie beispielsweise Strömungsabriss, Übergeschwindigkeit oder übermäßige Belastungsfaktoren.

4. Robotik

Die neue robotische Steuerungstechnologie namens Haptik wird entwickelt, um komplexe Aufgaben über Telepräsenz zu erledigen. Chirurgische Roboter zum Beispiel ermöglichen es Ärzten, von der anderen Seite des Wortes aus zu operieren oder Gegenstände zu manipulieren, die zu klein/eng für ihre Hände sind.

Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Integration von haptischem Feedback in die Steuerung von Robotern die Genauigkeit verbessert und Gewebeschäden reduziert. Es kann Ärzten auch ermöglichen, an Patienten zu trainieren, die nur in der virtuellen Realität existieren, während sie das Gefühl von echtem Schneiden und Nähen bekommen.

Diese Art von Robotern wäre auch in verschiedenen Situationen hilfreich, z. B. um Menschen aus Katastrophen zu retten, Bomben zu entschärfen oder Raumfahrzeuginstrumente zu reparieren, ohne sich auf einen Weltraumspaziergang vorzubereiten.

Forschern ist es gelungen, einen haptischen Handschuh mit 120 Mikrofluidik-Aktuatoren zu entwickeln, die auf die Haut eines Benutzers drücken, so wie ein Objekt es erreichen würde. Wenn es auf der fortschrittlichen anthropomorphen Roboterhand montiert ist, kann es alles erfassen, was die Fingerspitzen einer Person fühlen können, einschließlich Temperatur, Kraft und Vibration.

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5. Medizin

Haptik der ganzen Hand | Credit:Zentrum für Bildanalyse 

Im medizinischen Bereich werden haptische Schnittstellen zum Training invasiver Verfahren, wie der interventionellen Radiologie und Laparoskopie, sowie zur Ausbildung von Zahnmedizinstudenten verwendet.

Das Zentrum für Bildanalyse arbeitet seit mehr als einem Jahrzehnt auf diesem Gebiet:Sie haben das HASP-System entwickelt, das Stereovisualisierung mit haptischem Feedback mit hoher Wiedergabetreue kombiniert, um präoperative Tests zur Wiederherstellung von Knochenfragmenten zu ermöglichen.

Sie haben auch ein flexibles haptisches Sculpting-Tool, ein haptisches Ausrichtungstool für die visuelle Montage und die gesamte Handhaptik mit echten 3D-Displays entwickelt.

6. Virtuelle Realität (VR)

Die haptische Jacke von NeoSensory

Die Virtual Reality-Haptik-Technologie bietet der künstlichen Welt eine zusätzliche Dimension, indem sie den Benutzern die virtuelle Umgebung über den Tastsinn zusätzlich zur audiovisuellen Wahrnehmung spüren lässt.

Viele Unternehmen bringen faszinierende haptische Produkte wie Torso- oder Ganzkörper-Haptikanzüge auf den Markt, um ein wirklich immersives Erlebnis zu bieten.

Disney hat zum Beispiel eine Force-Jacke entwickelt, die den Menschen, die sie tragen, körperliche Erfahrungen simuliert. Es ist ein 5-Pfund-Software-gesteuerter Jack mit einem Ventilsystem, das 26 Luftkammern aufbläst und entleert. Der Jacked wurde für den Einsatz in der Spiele- und Unterhaltungsindustrie entwickelt.

Ein anderes Unternehmen namens NeoSensory entwickelt eine haptische Jacke, die es dem Träger ermöglicht, die gestreifte Wand, die Berührung eines anderen Avatars, eine Umarmung, Regentropfen, Schüsse und sogar Explosionen zu spüren.

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Insgesamt beschränkt sich die Zukunft der Haptik nicht auf Teleoperationen und Simulatoren. Stattdessen ist es in die gesamte menschliche Erfahrung integriert. Es wird es immer mehr Menschen ermöglichen, Dinge zu erleben, die sie sonst nie hätten.