Dübendorf – Schweizer Forscher haben einen Sensor aus piezoresistiven Fasern entwickelt und ihn in ein Armband integriert, das, am Handgelenk getragen, feinste Bewegungen der Hand registriert. Die Faser ist elektrisch leitend, erkennt eine Deformation und wandelt sie in ein elektrisches Signal um, das dann von einem Endgerät ausgelesen und interpretiert werden kann. So lassen sich beispielsweise Roboter mit einem einfachen Fingerzeig bewegen.

Bewegungssensorik ist zwar nicht neu, bislang wurden Bewegungen allerdings hauptsächlich über visuelle Sensoren (Kameras) sowie Accelerometer (Beschleunigungsmesser) und Gyroskope (Rotationsmesser) erfasst. Diese Art, Bewegungen zu registrieren, setzt indes große, deutliche Bewegungen in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich voraus, die für den Menschen teilweise unnatürlich sind. Der nun von einem Team um Frank Clemens von der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) hergestellte Sensor reagiert dagegen bereits auf kleinste Bewegungen, die natürlich von der Hand gehen.

Drohnenkommandos per Handbewegung

Auf bisherige Technologien will Clemens aber keinesfalls verzichten. "Es braucht eine Kombination verschiedener Sensoren, um erfolgreich neue Konzepte zu entwickeln. Nur so können wir Bewegungen erkennen und nutzen, die mit den bisherigen Technologien nicht erfassbar waren." So ermögliche etwa die Kombination aus Beschleunigungs-, Rotations- und Orientierungssensoren, zusammen mit dem Faser-Sensor, vollkommen neue Kommandos zur Steuerung von technischen Geräten, sei es eine Drohne oder das Garagentor.

Die Wissenschafter haben den Sensor zu Testzwecken in ein herkömmliches Uhrenarmband integriert, denn in Zukunft soll der Sensor unauffällig am Handgelenk getragen werden können, um den Träger möglichst wenig einzuschränken. Auch ganz normale Schmuckarmbänder sind denkbar. Bis zu diesem Schritt war allerdings einige Forschungsarbeit nötig.

In ersten Prototypen war es Clemens und seinen Kollegen gelungen, die piezoresistiven Fasern auf einem Textil anzubringen. Um den Sensor allerdings in gewünschtem Maß einzusetzen, war das nicht ausreichend. "Mit Hilfe von additiver Fertigung haben wir es geschafft, die Sensorstruktur in nicht-textile Materialien zu integrieren", so Clemens. So ließ sich der Sensor schliesslich problemlos in bestehende Uhrenarmbänder einsetzen.

Verfeinerter Algorithmus

In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen STBL Medical Research AG und Idezo gelang es Clemens’ Team, den Sensor so zu programmieren, dass sich damit eine Drohne mit nichts weiter als Handbewegungen steuern ließ. Zurzeit wird der Algorithmus, der diese Übersetzungsarbeit zwischen Sensorik und Drohnensteuerung übernimmt, im Rahmen einer Bachelorarbeit an der Fachhochschule Bern unter der Leitung von Marx Stampfli weiter verfeinert, um auf noch einfachere Gestik reagieren zu können. So soll der Sensor beispielsweise nicht nur einzelne Bewegungen, sondern auch ganze Bewegungsfolgen erkennen können. Zum Beispiel, zweimal kurz hintereinander die Faust ballen löst ein anderes Kommando aus als einmal kurz und einmal lang. (red, 16.7.2017)