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30.05.2017 | Technische Informatik | Im Fokus | Onlineartikel

Ein elektronisches Tattoo für Teilzeit-Cyborgs

Autor:
Andreas Burkert

Wer sich selbst ganz dem Internet der Dinge hingeben möchte, benötigt dafür nur ein elektronisches Tattoo. Die Schaltkreise fürs Bedienen mobiler Geräte werden via Spezialtinte auf markante Körperstellen gedruckt.

Das Internet der Dinge scheint für manche Forscher erst dann vollkommen, wenn auch der Mensch als eine Art Smartes Element damit vernetzt ist. Die Human Computer Interaction (HCI), wie sie Peter Samulat in "Industrie 4.0 oder das Industrial Internet of Things“, beschreibt, befasst sich schon lange mit dem Zusammenwirken von Anwender und (mobilem) Endgerät. In der Vergangenheit allerdings haben vor allem so genannte Wearables in der Hauptsache das Monitoring und das Informative übernommen. Nun aber wollen Informatiker der Saar-Universität und des US-Konzerns Google mit elektronischen Tattoos ein neues Kapitel eröffnen.

Sie sollen als berührungsempfindliche Eingabefläche für mobile Geräte dienen. Dazu sollen sie an markanten Körperstellen angebracht werden. Mit dieser Idee wollen Informatiker der Saar-Universität und des US-Konzerns Google den Alltag erleichtern. Allein durch das Berühren, Quetschen oder aber Ziehen ließen sich so mobile Endgeräte intuitiv steuern. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Steuerelementen ist, dass die eigenen Körperstellen meist so vertraut sind, dass die einzelnen Steuerelemente sogar mit geschlossenen Augen bedient werden können. Zusätzlich ermöglichen sie eine völlig neue Art der Interaktion und liefern auch natürliche Bedienhinweise.

Elektronik präzise auf der Haut platzieren

Erste Versuche der Saarbrücker Informatiker verliefen erfolgreich. Zusammen mit Forscher der US-amerikanischen Carnegie-Mellon-University hatten sie aus flexiblem Silikon und leitfähigen Elektrosensoren "iSkin“, berührungsempfindliche Sticker, für die Haut entwickelt. Auf den Unterarm geklebt und mit dem Smartphone verbunden, konnte man so durch das Drücken des Stickers einen Anruf entgegennehmen oder die Lautstärke regeln. Laut den Forschern eignete sich dieses Verfahren "jedoch nur für bestimmte Körperstellen, da es eine relativ ebene Fläche voraussetzte. Zudem waren die Sticker vergleichsweise groß“.

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Martin Weigel, Doktorand bei Jürgen Steimle, Professor für Mensch-Computer-Interaktion an der Universität des Saarlandes, ließ sich davon aber nicht abhalten. "Wir wollen an Körperstellen gehen, wo zuvor keine Interaktion möglich war. Aber Elektronik präzise auf der Haut zu platzieren und dann noch so, dass sie sich an Knochenstrukturen wie die Fingerknöchel oder Mikrostrukturen wie Falten anpasst, ist sehr kompliziert“.

In 60 Minuten zum Teilzeit-Cyborg

Den Forschern war jedoch auch klar: Für die Nutzer würde es sich lohnen. "Wenn du den ersten Fingerknöchel deiner linken Hand drücken musst, weißt du ganz intuitiv, wo sich dieser befindet. Das gleiche gilt für die Innenseite deines Zeigefingers“, führt Weigel weiter aus. Gemeinsam mit Alex Olwal von Google tüftelten Weigel, sein Kollege Aditya Shekhar Nittala und Professor Jürgen Steimle an der richtigen Kombination von leitfähiger Tinte und Druckverfahren, um die Leiterbahnen und Elektroden so kompakt und dünn wie möglich auf das temporäre Tattoo-Papier zu drucken.

Nach etlichen Tests gelang schließlich der Durchbruch. Ein leitfähiger Kunststoff namens Pedot:Pss war die Lösung. Mit ihm konnten die Forscher das Tattoo so noch dünner als ein Haar drucken und damit sicherstellen, dass es sich sowohl über die Fingerknöchel legt und Falten erfasst. Gleichzeitig sollte es aber auch so flexibel sein, dass es auch Stauchung und Streckung aushält. Die Forscher nennen die elektronischen Tattoos SkinMarks. Mit Wasser werden sie auf die Haut übertragen, nach wenigen Tagen lösen sie sich wieder ab. Im Labor brauchen die Wissenschaftler lediglich 30 bis 60 Minuten, um ein solches Tattoo zu drucken. "Das geht auch noch schneller. Wir sind davon überzeugt, dass in Zukunft jeder sein eigenes e-Tattoo in weniger als einer Minute auf einem handelsüblichen Drucker anfertigen kann“, erklärt Steimle.

Leuchtendes Tattoo zeigt Gemütszustand an

Mit den Prototypen testeten die Forscher auch neue Eingabeformen. Das jeweilige E-Tattoo war dabei über ein leitendes Kupferklebeband mit einem Mini-Computer der Marke Arduino verbunden, der nah am Körper sitzt. So klebten sie beispielsweise ein E-Tattoo auf die Innenseite des Zeigefingers. Ist er ausgestreckt, konnte der Träger mit einem anderen Finger über das Tattoo streichen, um einen Musikspieler lauter oder leiser zu stellen. Ist der Finger gekrümmt, drückte man auf eines der drei Segmente, um das aktuelle Lied zu stoppen oder das nächste oder vorherige auszuwählen.

Während ihrer Versuche identifizierten die Wissenschaftler vier Klassen von geeigneten Orientierungspunkten auf dem menschlichen Körper. Dabei nutzten sie auch die Anhäufung pigmentbildender Zellen aus. Über den Leberfleck eines Probanden klebten sie ein herzförmiges Tattoo. Wird eine elektrische Spannung angelegt, leuchtet es blau auf. "Gekoppelt an die entsprechende Smartphone-App, könnte es aufleuchten, wenn die nahestehende Person verfügbar ist“, erklärt Steimle die Anwendung und fügt hinzu: "Man berührt das Herz und der Anruf beginnt.“

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