Studie Forscher entwickeln künstliche Haut mit Magnetfeld-Sensor

Dinge mit der Hand bewegen? Das geht in der virtuellen Welt bisher nur mit klobigen Handschuhen. Ein Mini-Sensor könnte das ändern - und die Haut zu einem Kompass machen.

Schematische Darstellung des Magnetfeldsensors auf einer Handfläche
DPA/ Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e.V.

Schematische Darstellung des Magnetfeldsensors auf einer Handfläche


Vögel haben dem Menschen einiges voraus. Sie können fliegen, klar - doch das ist noch nicht alles. Damit sie sich auf ihren weiten Reisen nicht verirren, orientieren sie sich am Erdmagnetfeld. Der Mensch kann Magnetfelder dagegen nicht wahrnehmen.

Forscher haben nun eine Art elektronische Haut entwickelt, die genau das kann. Ein Sensor in der künstlichen Haut misst beispielsweise die Lage einer Hand im Raum anhand eines äußeren Magnetfeldes. Noch muss dieses Feld von einem kleinen Permanentmagneten erzeugt werden. Aber die Forschergruppe um Denys Makarov vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf hofft, dass nach einer Weiterentwicklung das Magnetfeld der Erde ausreichen wird - wie bei einem Kompass.

"Diese Technologie wird eine Fülle von Anwendungen ermöglichen", schreiben die Forscher im Fachmagazin "Science Advances". Besonders vielversprechend sei der Nutzen im Bereich der Augmented Reality.

Bislang lassen sich Dinge in der virtuellen Realität meist nur mit klobigen Handschuhen steuern. Außerdem funktionieren die Sensoren vor allem über eine optische Erkennung mithilfe von Kameras. Der neuentwickelte Sensor benötigt dagegen keinen Sichtkontakt.

Die künstliche Haut ist nur wenige Tausendstel Millimeter dick. Der Träger nimmt sie deshalb kaum wahr, versprechen die Forscher. Als Grundlage dient eine hauchdünne Polyimid-Folie, die mehr als 300 Grad Celsius aushält. Der Sensor besteht aus verschiedenen Metalllegierungen und wird zusammen mit der Folie von einer Schicht Polydimethylsiloxan, einem Polymer auf Siliziumbasis, bedeckt. Dadurch ist das Gerät sehr flexibel und kann auch gebogen werden, ohne zu zerbrechen.

Das zentrale Sensorelement ist ein sogenanntes Spin Valve: Es besitzt zwei unterschiedlich magnetisierbare Materialien und sein elektrischer Widerstand ändert sich mit der Ausrichtung eines äußeren Magnetfeldes. Spin Valves werden auch zum Auslesen magnetischer Festplatten genutzt. Sie sind eingebunden in zwei ineinander verschachtelte sogenannte Wheatstone-Brücken, mit denen kleine Widerstandsänderungen gemessen werden können. Die dadurch entstehenden winzigen Änderungen der elektrischen Spannung werden aufgezeichnet und analysiert.

Die Forscher setzten zwei Anwendungsbeispiele um:

Beim ersten Projekt wird der Sensor in ein Armband integriert. Mit einem kleinen Magneten an der Fingerspitze ist eine Testperson nun in der Lage, eine Ziffernfolge auf einem Bildschirm zu erzeugen, indem sie den Magneten an verschiedene Seiten des Sensors hält. Der Sensor wandelt die Position in vorher festgelegte Zahlen um, die auf einem Computerbildschirm erscheinen. Hält die Testperson beispielsweise den Magneten unter den Sensor, erscheint auf dem Bildschirm ein Pluszeichen. Der Sensor und der Magnet funktionieren also wie ein Tastenfeld, nur ohne Berührung.

In einem zweiten Projekt dient der Sensor dem Dimmen von Licht. Je nachdem, wie die Testperson ihre Hand bewegt, wird das Licht heller oder dunkler - ganz ohne Berührung.

Torsten Kröger vom Karlsruher Institut für Technologie, der nicht an der Studie beteiligt war, findet den Ansatz der Dresdner Forscher interessant. "Wenn man ein eigens erzeugtes Magnetfeld verwendet, kann ich mir vorstellen, dass es sehr robust funktioniert." Er ist jedoch skeptisch, dass das Erdmagnetfeld allein ausreichen wird, weil es örtliche Schwankungen aufweist.

koe/dpa

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