Haptik erklärt: Definition, Vorteile und reale Anwendungen

Der Begriff „haptisch“ leitet sich vom griechischen „haptikos“ ab, was „Tastsinn“ bedeutet. Der Tastsinn lässt sich in aktiv und passiv unterteilen. Haptik wirdmostly mit aktivem Tasten assoziiert, um zu kommunizieren oder Gegenstände zu erkennen.

Es kann jede Interaktionsform beinhalten, die Berührung miteinschließt. Zum Beispiel:

• In der nonverbalen Kommunikation bezeichnet Haptik die Arten, wie Tiere und Menschen über Berührung kommunizieren und interagieren.
• In der Wahrnehmung bedeutet haptisch wörtlich die Fähigkeit, „etwas zu erfassen“.
• In der Technologie bezeichnet Haptik das Erzeugen eines Tastempfindens durch Anwenden von Kräften, Bewegungen oder Vibrationen auf den Nutzer.

In diesem Artikel fokussieren wir uns auf die technologischen Aspekte der Haptik – Geschichte, Implementierung und Anwendungen. Beginnen wir mit den Grundlagen: Was ist Haptik eigentlich?

Definition: Haptik ist die Wissenschaft, taktile Empfindungen und Steuerung auf die menschliche Interaktion mit Computeranwendungen anzuwenden. Ein haptisches Gerät erfordert physischen Kontakt zwischen Nutzer und Computer über ein Ein-/Ausgabegerät – wie Gamecontroller und Joysticks.

Wie wird Haptik implementiert?

Haptische Technologie lässt sich auf zwei Arten realisieren: Vibration und Kraftfeedback.

1. Vibration: Die meisten elektronischen Geräte bieten haptisches Feedback via Vibration. Diese wird meist von einem Elektromotor mit einer Unwucht auf der Antriebswelle erzeugt. Rotiert die Welle, dreht sich die Unwucht und lässt das angeschlossene Gerät vibrieren.

Moderne Geräte wie iPhones und MacBooks nutzen Vibration für haptisches Feedback. Statt Elektromotoren setzen sie jedoch eine magnetische Spule (Voice Coil) ein, um Vibration zu erzeugen. Die Masse bewegt sich reziprok, was kürzere Reaktionszeiten und präzisere haptische Bilder ermöglicht.

2. Kraftfeedback: Viele Geräte nutzen Motoren, um die Bewegung von vom Nutzer gehaltenen Objekten zu steuern. Fahrerassistenzsysteme und Rennvideospiele sind die besten Beispiele. Sie drehen das Lenkrad und betätigen Gas oder Bremse, um die beim Fahren eines echten Fahrzeugs erfahrenen Kräfte zu simulieren.

Anwendungen

Die frühesten Versionen haptischer Technologie kamen in großen Flugzeugen zum Einsatz, die fehlererkennende Negativ-Feedback-Systeme besaßen. Sie warnten vor gefährlichen Flugbedingungen, damit Piloten unsichtbare Barrieren „fühlen“ und umgehen konnten.

Aura Interactor Kraftfeedback-Weste | Bildquelle: Wikimedia

Anfang der 1970er wurde das erste taktile Kommunikationssystem im Bell Telephone Lab entwickelt. Zwei Jahrzehnte später folgten tragbare Kraftfeedback-Geräte und Systeme mit persönlichen haptischen Schnittstellenmechanismen.

Heute findet Haptik-Technologie dutzende Anwendungen – von Robotik und Medizin bis hin zu Virtual Reality.

1. Desktops und mobile Geräte

Taptic Engine im iPhone eingebettet | Bildquelle: iFixit

Apple führte das taktile Trackpad-Design in der MacBook-Serie ein. 2015 integrierte das Unternehmen „Force Touch“-Trackpads in alle MacBooks, die Klicks mittels Taptic Engine simulieren. Diese Force-Touch-Technologie nutzt Drucksensoren, um Apple-Geräten eine weitere Eingabemethode hinzuzufügen.

Die meisten Smartphones nutzen taktiles haptisches Feedback, um Nutzern zu signalisieren, dass eine Berührung registriert wurde. Manche Geräte verwenden Oberflächen-Haptik-Technologie, die haptische Effekte auf Touchscreens und anderen physischen Oberflächen erzeugt.

Zudem liefern taktile Anzeigegeräte grafische und textuelle Informationen über den Tastsinn. Sie sind äußerst hilfreich bei der Unterstützung gehörloser oder blinder Menschen.

2. Videospiele

Xbox-One-Controller mit Impulse-Trigger-Technologie

Arcade-Spiele wie Fonz nutzten haptisches Feedback ab Mitte der 1970er. Ende des 20. Jahrhunderts waren haptische Geräte wie Joysticks, Gamecontroller und Lenkräder gängig.

Heute verfügen diverse Joysticks und Konsolencontroller über eingebaute Feedback-Geräte – darunter Microsofts Impulse-Trigger-Technologie und Sonys DualShock-Technologie.

2018 stellte Razer das kabellose Headset Nari Ultimate vor, das mit breitbandigen haptischen Treibern ausgestattet ist. Sony plant zudem, den Widerstand der Trigger in PlayStation-5-Controllern zu integrieren, für präziseres haptisches Feedback.

3. Automobil und Luftfahrt

Haptisches Feedback wurde in große Touchscreen-Bedienfelder in Fahrzeugarmaturenborden integriert. Es erhöht die Sicherheit, indem es Touch-Befehle quittiert, sodass der Fahrer die Augen nicht von der Straße nehmen muss.

Zusätzlich liefert es haptische Informationen – etwa ein Alert-Vibrationsmuster bei Überschreitung des Tempolimits.

Die Luftfahrtindustrie nutzt Haptik-Technologie, um zu kommunizieren, wie Manövrierfähigkeit durch Fluggrenzen beeinflusst wird. Haptische Systeme verwenden Kraft- und Steifigkeits-Feedback, um das Risiko zu mindern, dass Piloten unsichere Flugzustände erreichen – Strömungsabriss, Überschall oder übermäßige Lastvielfache.

4. Robotik

Die neue Robotersteuerungstechnologie namens Haptik wird entwickelt, um komplexe Aufgaben via Telepräsenz auszuführen. Chirurgische Roboter erlauben Ärzten beispielsweise, von der anderen Seite der Welt zu operieren oder Gegenstände zu manipulieren, die für ihre Hände zu klein oder eng sind.

Mehrere Studien belegen, dass die Einbindung haptischen Feedbacks in die Robotersteuerung die Genauigkeit verbessert und Gewebeschäden reduziert. Es ermöglicht Ärzten auch, an Patienten zu trainieren, die nur in Virtual Reality existieren – während sie das Gefühl echten Schneidens und Nähens erfahren.

Solche Roboter wären auch in anderen Szenarien hilfreich: Rettung von Menschen aus Katastrophen, Bombenentschärfung oder Reparatur von Raumfahrinstrumenten ohne Weltraumausstieg.

Forscher entwickelten einen haptischen Handschuh mit 120 mikrofluidischen Aktuatoren, die gegen die Haut des Nutzers drücken, wie es ein echtes Objekt tun würde. Auf einer fortschrittlichen anthropomorphen Roboterhand montiert, kann er alles erfassen, was menschliche Fingerspitzen fühlen – Temperatur, Kraft und Vibration.

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5. Medizin

Whole Hand Haptics | Credit: Center for Image Analysis

Im medizinischen Bereich werden haptische Schnittstellen für invasives Verfahrenstraining genutzt – interventionelle Radiologie, Laparoskopie sowie Training von Zahnmedizinstudenten.

Das Center for Image Analysis arbeitet seit über einem Jahrzehnt in diesem Feld: Es entwickelte das HASP-System, das Stereo-Visualisierung mit hochfidelischem haptischem Feedback kombiniert, um präoperatives Testen für Knochenfragment-Rekonstruktion zu ermöglichen.

Zudem entwarfen sie ein flexibles haptisches Skulpturwerkzeug, ein haptisches Ausrichtungswerkzeug für visuelle Montage und Whole-Hand-Haptics mit echten 3D-Displays.

6. Virtual Reality (VR)

NeoSensorys haptische Jacke

VR-Haptik-Technologie fügt der künstlichen Welt eine zusätzliche Dimension hinzu, indem sie Nutzer die virtuelle Umgebung über den Tastsinn fühlen lässt – zusätzlich zur audiovisuellen Wahrnehmung.

Viele Unternehmen bringen faszinierende haptische Produkte auf den Markt – Torso- oder Ganzkörper-Haptik-Anzüge – für ein wirklich immersives Erlebnis.

Disney entwickelte beispielsweise eine Force Jacket, die physische Erlebnisse für Träger simuliert. Es ist eine 5-Pfund-Software-gesteuerte Jacke mit Ventilsystem, das 26 Luftkammern aufbläst und entleert. Die Jacke ist für Gaming und Entertainment konzipiert.

Ein weiteres Unternehmen, NeoSensory, entwickelt eine haptische Jacke, die dem Träger spüren lässt: eine gestreifte Wand, die Berührung eines anderen Avatars, eine Umarmung, Regentropfen, Schüsse und sogar Explosionen.

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Alles in allem ist die Zukunft haptischer Technologie nicht auf Teleoperation und Simulatoren beschränkt. Stattdessen wird sie in das gesamte menschliche Erlebnis integriert. Sie wird immer mehr Menschen ermöglichen, Dinge zu erfahren, die sie sonst nie erlebt hätten.