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© mpanch dreamstime.com Analysen | 08 Oktober 2013

Berührungsempfindliche Elektronik zurechtschneiden

Ist eine Hose zu lang, wird sie gekĂŒrzt, passt ein Brett nicht in ein Regal, wird es zurechtgesĂ€gt. Bei Materialien wie Stoff oder Holz ist dies ganz normal, viele Menschen machen es sogar selbst, ohne Spezialisten wie Schneider und Tischler zu beauftragen.
In Zukunft soll dies auch fĂŒr Elektronik gelten, so die Vision SaarbrĂŒcker Informatiker. Zusammen mit Forschern des US-amerikanischen MIT Media Lab haben sie einen berĂŒhrungsempfindlichen Sensor entwickelt, dessen Form und GrĂ¶ĂŸe jeder mit der Schere nach Belieben Ă€ndern kann. Dass dabei die Elektronik trotz Schnitten und entfernter StĂŒcke weiter funktioniert, ermöglicht eine neuartige Anordnung der gedruckten Schaltkreise. „Stellen Sie sich vor, ein Kind nimmt das von uns entwickelte Sensor-Papier und schneidet sich eine Blume in Form einer BlĂŒte samt Stiel und BlĂ€ttern aus. BerĂŒhrt es nun die BlĂŒte, ertönt das Brummen einer Hummel“, beschreibt JĂŒrgen Steimle eine mögliche Anwendung. FĂŒr die Zukunft seien auch zahlreiche einfache Programme oder Apps denkbar, ĂŒber die Eltern die gedruckten Sensoren mit dem entsprechenden Effekt verknĂŒpfen könnten. Steimle ist 33 Jahre alt, promovierter Informatiker und forscht am Max-Planck-Institut fĂŒr Informatik in SaarbrĂŒcken. Er leitet außerdem eine Forschungsgruppe am Exzellenzcluster der Saar-Uni. Sein Doktorand Simon Olberding, der den Sensor federfĂŒhrend entwickelt hat, sieht eine Anwendung auch in interaktiven WĂ€nden, die man fĂŒr Diskussionen einsetzt. „Bisher nutzen sich solche ArbeitswĂ€nde schnell ab, weil wir NĂ€gel reinschlagen, Notizen und Poster aufkleben und beim Abreißen die darunterliegende Tapete gleich mit entfernen. Durch das Zurechtschneiden und Aufkleben der neuartigen Sensor-Folie könnte man die OberflĂ€che interaktiv gestalten, egal ob es sich dabei um das Armband einer Uhr, eine Decke auf einem Messetisch oder die Tapete an einer Wand handelt“, sagt Olberding. Als Basistechnologie dient den Wissenschaftlern sogenannte „Gedruckte Elektronik“. Unter diesem Begriff fasst man Bauelemente, Komponenten und Anwendungen zusammen, die teilweise oder sogar vollstĂ€ndig gedruckt werden. Die Verfahren Ă€hneln Tintenstrahldruckern. Anstelle von Drucktinte auf Papier werden hier jedoch Strom leitende FlĂŒssigkeiten auf dĂŒnne, flexible Folien, sogenannte Substrate, gebannt. „Die Herstellungskosten dafĂŒr sind inzwischen so gering, dass der Druck unserer Folie im DIN-A4-Format auf einem Spezialdrucker im Labor nur knapp einen US-Dollar kostet“, so Steimle. Doch das alleine reichte nicht aus, um den Sensor unverwundbar gegen Schnitte, BeschĂ€digungen und das Abtrennen ganzer Bereiche zu machen. Bisher Ă€hnelte der Schaltplan eines Multitouch-Sensors dem Karopapier in Rechenheften: Die DrĂ€hte verlaufen vertikal und horizontal, an ihren Schnittpunkten sitzen die berĂŒhrungsempfindlichen Elektroden, bilden Reihen und Spalten. Über die DrĂ€hte sind sie mit einer Steuereinheit verbunden. Auf diese Weise ist zwar nur eine minimale Anzahl von DrĂ€hten notwendig, jedoch ist dieses Schaltungslayout auch anfĂ€llig fĂŒr Störungen. Da ein Draht gleich mehrere Elektroden miteinander verbindet, ist der Schaden umso grĂ¶ĂŸer, wenn er durchtrennt wird. „Es war nicht leicht eine Anordnung zu finden, die fĂŒr unsere Zwecke robust genug ist“, erklĂ€rt Olberding. Bei ihrer Suche ließen sich die Forscher von Vorbildern aus der Natur inspirieren, etwa dem menschlichen Nervensystem und dem Wurzelgeflecht von Pilzen. Zwei Grundlayouts erfĂŒllten ihre Anforderungen. Bei der so genannten Stern-Topologie sitzt die Steuereinheit im Zentrum und ist von dort aus mit jeder Elektrode separat verbunden. Bei der Baum-Topologie sitzt die Steuereinheit ebenfalls in der Mitte und ist auch mit jeder Elektrode verbunden. Allerdings sind die DrĂ€hte dabei so gebĂŒndelt, dass ihr Verlauf einer Baumstruktur entspricht. Erst bilden sie alle einen horizontalen Ast, die das Elektrodenfeld in zwei HĂ€lfen ausspaltet. Dann verzweigen sie sich, um ihre jeweilige Elektrode zu erreichen. Die Forscher fanden in ihren Tests heraus, dass sich die Stern-Topologie sehr gut fĂŒr hĂ€ufig verwendete Grundformen wie Dreieck, Rechteck oder Ovale eignet. DarĂŒber hinaus unterstĂŒtzt sie auch speziellere Formen wie Stern, Wolke und Herz. KomplementĂ€r dazu ist die Baum-Topologie. Diese ermöglicht es eher, ganze Bereiche herauszuschneiden. Die Wissenschaftler konnten außerdem beide Layouts platzschonend miteinander kombinieren, damit der neuartige Sensor fĂŒr eine Vielzahl von Zuschnitten verwendet werden kann. „Wir wollen eine neue Art von Material schaffen, das Anwender zum Beispiel in Schreibwaren-Abteilungen kaufen können. Es soll so preiswert sein, dass sie dieses fĂŒr interaktive Anwendungen oder auch nur als Schreibunterlage nutzen können“, so Steimle. Dass diese Vision schon bald real werden könnte, lĂ€sst eine Prognose der „Organic and Printed Electronic Association“ vermuten. Der internationale Industrieverband sagt vorher, dass fĂŒr End-Anwender flexible Elektronik zwischen 2017 und 2020 verfĂŒgbar sein wird.
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