Ein besseres, billigeres Multitouch-Interface

In den letzten Jahren hat sich die Welt in Multitouch-Displays verliebt. Doch die heutigen Consumer-Interfaces haben einige Nachteile: Touchscreens wie die des iPhones und des kommenden E-Readers von Plastic Logic funktionieren nur mit dem Finger, nicht mit einem Stift oder gar einer behandschuhten Hand. Andere Displays, wie die wandgroßen Bildschirme von Microsoft Surface und Perceptive Pixel, sind starr, relativ teuer und derzeit ziemlich sperrig.





Druckplatte: Forscher der New York University haben ein kostengünstiges druckempfindliches Pad entwickelt, das Bilder von Objekten erstellt, die damit in Kontakt sind, wie etwa einer Hand (oben) und Fingerspitzen (unten). Die Forscher bauten ein Prototyp-Pad, das mit einem Computer verbunden ist, um ein 3D-Druckbild der Hand eines Benutzers anzuzeigen (unten).

Neue Forschungen der New York University versprechen jedoch, Multitouch-Oberflächen zu entwickeln, die günstig und flexibel sind und von Fingern und Objekten gleichermaßen bedient werden können. Die Technologie namens Inexpensive Multi-Touch Pressure Acquisition Devices (IMPAD) kann papierdünn gemacht werden, kann leicht verkleinert werden, um auf kleine tragbare Geräte zu passen, oder kann auf einen ganzen Tisch oder eine ganze Wand skaliert werden. Die Forscher werden IMPAD nächste Woche auf der Konferenz zur Computer-Mensch-Interaktion In Boston.

Das iPhone erfasst Informationen über Berührungen, indem es eine Kapazitätsänderung misst, wenn ein Finger oder ein anderer leitender Gegenstand mit dem Display in Kontakt kommt. Oberflächenbildschirme verwenden Kameras, um die Position von Objekten auf der Tischplatte zu sehen. Die Displays von Perceptive Pixel verwenden auch Kameras, jedoch auf andere Weise. Diese Kameras werden verwendet, um Infrarotlicht zu verfolgen, wenn es in Gegenwart eines Fingers oder Stifts gestreut wird. Während die Touchscreens von Perceptive Pixel Druckinformationen sammeln, ist es immer noch unpraktisch, Kameras für kleinere oder Touch-Schnittstellen zu verwenden. IMPAD verfolgt einen anderen Ansatz, indem es eine Änderung des elektrischen Widerstands misst, wenn eine Person oder ein Gegenstand unterschiedlichen Druck auf ein speziell entwickeltes Kissen ausübt, das nur aus wenigen Materialschichten besteht.



Eines der Probleme, die bei Multitouch-Sensoren endemisch sind, ist … Sie berühren sie entweder oder nicht, erklärt Ken Perlin , Professor für Medienforschung an der NYU. Eine beträchtliche Menge potenziell nützlicher Informationen wird weggeworfen, weil der Sensor die Feinheiten nicht erfasst. Aber mit einem druckempfindlichen Touchpad kann ein Gerät sehen, wie stark eine Person drückt, und eröffnet eine andere Dimension der Benutzeroberfläche. Die Forscher haben gezeigt, dass ihr druckempfindliches Touchpad für virtuelle Bildhauer- und Malanwendungen und für eine simulierte Maus mit Linksklick, Rechtsklick und Ziehen sowie für Musikinstrumente wie eine Klaviertastatur verwendet werden kann. (Siehe Video.)

Die Hardware, aus der der demonstrierte Prototyp besteht, ist relativ einfach, erklärt Ilja Rosenberg , ein graduierter Forscher und Hauptautor des IMPAD-Papiers. Es besteht aus zwei Plastikfolien von etwa 20 x 10 Zoll, jede mit parallelen Elektrodenreihen im Abstand von einem Viertel Zoll. Die Platten sind so angeordnet, dass sich die Elektroden kreuzen, wodurch ein Gitter entsteht; jede Kreuzung ist im Wesentlichen ein Drucksensor. Entscheidend ist, dass beide Blätter mit einer Schicht aus kraftempfindlicher Widerstandsfarbe (FSR) bedeckt sind, einer Tintenart, die mikroskopische Unebenheiten auf ihrer Oberfläche aufweist. Wenn etwas mit der Tinte beschichtet wird, bewegen sich die Unebenheiten zusammen und berühren sich, wodurch Elektrizität geleitet wird. Je stärker man drückt, desto mehr dirigiert es, sagt Rosenberg.

FSR-Tinte wird seit Jahrzehnten verwendet, aber hauptsächlich auf Musikinstrumenten wie elektronischen Schlagzeug oder Keyboards, sagt Rosenberg. Bei der Herstellung ihres Touchpads mussten die Forscher sicherstellen, dass das Pad die genaue Platzierung eines Fingers erkennen kann, obwohl die Sensoren einen Viertelzoll voneinander entfernt sind – etwas, das die Designer der elektronischen Instrumente nicht berücksichtigen mussten.

Im Idealfall wollten die Forscher mit einer Auflösung von 100 Punkten pro Quadratzoll messen können, aber nicht die Komplikationen und den Aufwand für die Verkabelung einer so großen Anzahl von Sensoren. Deshalb entwickelten sie einen Algorithmus, der die Eingabe an jedem Elektrodenschnittpunkt aufnimmt und die Position eines Objekts interpoliert, selbst wenn es so klein ist wie eine Stiftspitze. Es lässt sie auch zwischen zwei Fingern unterscheiden, die sich nebeneinander drücken. Die Ausgabe des Pads wird an einen Computer gesendet, der die Intensität und die Platzierung des Drucks abbildet. Derzeit können Daten vom gesamten Pad 50 bis 200 Mal pro Sekunde erfasst werden.

Die Einfachheit und hohe Auflösung des Pads ist eine der wichtigsten Errungenschaften der Forscher, sagt Patrick Baudisch , ein Forscher am Hasso-Plattner-Institut in Deutschland und bei Microsoft Research. Baudisch arbeitet derzeit mit Perlins Gruppe am IMPAD-Projekt zusammen. Das Pad gibt Ihnen ein animiertes Druckbild, hat aber nur etwa 20 Anschlüsse, sagt er. Das klingt nach keiner großen Sache, macht es aber möglich, es auf sehr kleinen Mobilgeräten wie unserem nanoTouch zu verwenden, einem Bildschirm in der Größe einer Kreditkarte, der auf der Rückseite und den Seiten berührungsempfindlich ist.

Bill Buxton , leitender Forscher bei Microsoft, sagt, dass die Arbeit der NYU in vielerlei Hinsicht interessant und einzigartig ist, einschließlich ihrer Fähigkeit, mehr als nur einen Finger oder einen Stift zu erfassen. Sie können verwenden, was am besten zu der Aufgabe passt, sagt er. Außerdem stellt er fest, dass der Prototyp zwar ein undurchsichtiges Touchpad ist, das Konzept jedoch leicht auf zukünftige flexible Displays übertragen werden könnte, da die Tinte und die Elektroden transparent gemacht werden können.

Jeff Han von Perceptive Pixel stimmt zu, dass die Erfassung von Informationen über die auf den Bildschirm ausgeübte Kraft ein wichtiger Bestandteil einer Touch-Oberfläche ist. Er weist jedoch darauf hin, dass die Integration eines solchen Sensors in ein High-Fidelity-Display der schwierige Teil ist. Das Zusammenspiel von Touch-Oberfläche und Display ist nach wie vor eine große Herausforderung.

Perlin sagt, dass er sich vorstellt, dass die Technologie kapazitive Touchscreens, insbesondere in Mobiltelefonen, ersetzt. Krankenhausbetten und Rollstühle könnten auch mit IMPAD-Bildschirmen ausgestattet werden, um anzuzeigen, wenn Druckstellen auftreten könnten. Baumaterialien könnten die Technologie nutzen, um die Belastung von Gebäuden zu überwachen, und hautähnliche Außenschichten könnten für Roboter hergestellt werden, die Berührungen erkennen können.

Die Forscher befinden sich derzeit in der ersten Phase der Gründung eines Spin-off-Unternehmens, um die kommerziellen Möglichkeiten der Technologie zu testen.

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