PCCL Success Story: Engineering and full characterization of polymer based haptic materials

Das Tastempfinden in Zahlen gießen   

Wie fühlt sich eine Oberfläche an? Kühl, warm, rau, glatt, feucht, trocken oder wie irgendeine der fast unzähligen Möglichkeiten dazwischen? Ein Team um die beiden Physiker Priv.-Doz. Dieter P. Gruber und Dr. Thomas Ules am Polymer Competence Center Leoben (PCCL) hat Methoden entwickelt, die Haptik eines Werkstoffs in objektive Zahlen zu gießen. Die Hersteller können ihre Produkte mit Hilfe der Daten ökologisch nachhaltiger aber auch kosteneffizienter gestalten.

„Die Problematik bei der Feststellung der Haptik eines Werkstoffs ist, dass Menschen das Gefühl beim Angreifen nur ungenau beschreiben können“, erläutert Dieter P. Gruber, Bereichsleiter für Oberflächencharakterisierung am PCCL. „Darum haben wir eine Methode entwickelt, mit der die subjektive Erfahrung auf einfache Weise in objektive Werte transformiert werden können.“

Dieter P. Gruber leitet den Bereich Oberflächencharakterisierung am PCCL (Copyright: PCCL).

Und die funktioniert so: In einem speziell entwickelten Messstand werden die Oberflächen an den Fingern der Probanden entlanggeführt und die Wirkung der Probe auf die Testperson gemessen. „Dabei stellen wir detaillierte Fragen“, schildern Gruber und Projektleiter Ules, denn Aussagen wie, das fühlt sich gut an‘ führen nicht weiter. „Fühlt sich Probe zwei wärmer an als Probe eins oder glatter, ist der Grip besser oder schlechter – das lässt sich klar mit Ja oder Nein beantworten.“ Aus den Ergebnissen wird ein Datensatz erstellt. In diesen fließen weitere objektive Messwerte ein. Sie erfassen die Oberflächenstruktur des Materials, die Wärmeleitfähigkeit, die Reibungseigenschaften und andere physikalische Parameter.

Thomas Ules treibt das Projekt der objektiven Haptikmessung voran (Copyright: PCCL).

Bei manchen Untersuchungsreihen kommt zusätzlich Virtual Reality zum Einsatz. „Es besteht die Möglichkeit zum Beispiel die Haptik von Lenkrädern zu untersuchen. Dabei sitzen Probanden in einer Autoattrappe, tragen eine VR-Brille und haben so das Gefühl, tatsächlich am Steuer eines Autos zu sitzen“, schildert Gruber. „Dieser multisensorische Eindruck macht unsere Daten noch genauer.“ Ules ergänzt. „Bei Tastempfindungen spielt die psychologische Seite, die Erwartungshaltung, ebenfalls eine Rolle: Der zusätzliche optische Reiz hilft uns dabei herauszufinden, was sich gut bzw. passend anfühlt.“

Die so genannten Experience-Studien kommen mit 20 bis 25 Probanden aus. „Wir benötigen nicht hunderte von Teilnehmern, weil wir bei unseren Befragungen in die Tiefe gehen“, erläutert Gruber. Die Testpersonen erfühlen rund 30 Minuten lang die unterschiedlichen Oberflächen. Der Aufwand sei also auch zeitlich überschaubar, hänge aber vom Produkt ab.

Das Potenzial der in Leoben entwickelten Messmethoden für die Hersteller von Produkten ist enorm, sind die beiden Wissenschafter überzeugt. Gruber: Es geht nicht nur darum, ob sich eine Oberfläche besser anfühlt als bisher. Oft ist es auch möglich, denselben haptischen Eindruck mit kostengünstigeren Materialien zu erzielen.“ Oft ist auch deshalb ein alternatives Material gewünscht, weil es gegenüber dem aktuell verwendeten nachhaltiger ist. Dafür benötige die Industrie aber Zahlenwerte, mit denen sie etwas anfangen kann. „Genau das liefern wir“, betont Ules, „wir gießen Empfindungen in Zahlen“.

Eine Branche, in denen die Anwendungsmöglichkeiten für die Haptik-Messungen besonders vielfältig sind, ist die Automobilindustrie, vorwiegend im Autoinnenraum. Den Bedarf für haptische Messungen sehen Gruber und Ules auch bei so unterschiedlichen Produktgruppen wie Sportartikel oder Computern samt Zubehör. „Bei letzteren geht es nicht nur um die Haptik der Laptop-Oberfläche selbst, sondern auch darum, wie sich eine Handballenauflage oder ein Touchpad anfühlt.“ Auch im Medizin- und Personal-Care-Sektor gebe es Anwendungen: „Etwa wie sich Handschuhe anfühlen oder wie gut der Griff einer elektrischen Zahnbürste in der Hand liegt.“ Sinnvoll seien haptische Messreihen auch für die Möbelbranche oder die Bekleidungsindustrie.

„Dort geht es sehr stark um die Reibung der Textilien auf der Haut. Die Interaktion der Stoffe mit der Körperoberfläche ist messbar. Die Ergebnisse können auch im Medizinbereich verwendet werden, etwa um eine Reibung mit Wunden zu verhindern“, sagen die Leobener Physiker.

Und schließlich könnte auch die Umwelt von den am PCCL entwickelten Messmethoden profitieren. Ules: „Die Recyclierbarkeit ist heute ein großes Thema. Wenn ich mit besser wiederverwertbaren Stoffen dieselbe Haptik erzielen kann wie mit Verbundmaterialien oder Werkstoffen, die aus Erdöl hergestellt werden, dann ist das ein Fortschritt. Die Erzeuger können dann zu recht auf besondere Nachhaltigkeit ihrer Produkte verweisen.“

Dieser Beitrag entstand in Kooperation mit der Polymer Competence Center Leoben GmbH. Die redaktionelle Verantwortung liegt bei Wirtschaftsinsider.

(Copyright – Beitragsbild: PCCL)

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