HapTex - Textilbasierte Aktoren zur Generierung variabler haptischer Effekte in körpernahen Textilien für die Übermittlung von Signalen und Umwelteindrücken über die Bekleidung
Projektleiter: Dr.-Ing. Lajos Szabó
Projektnummer: 22976 BR
Laufzeit: 01.05.2023 – 30.04.2025
Aufgabenstellung
Ziel des Projekts war die Entwicklung eines weichen, hautfreundlichen und in textile Strukturen integrierbaren Aktorsystems auf Basis piezoelektrischer Polymerfilamente, das variable haptische Signale sowie Umweltinformationen über körpernah getragene Textilien übertragen kann. Auf diese Weise sollen Informationen nicht ausschließlich visuell oder akustisch, sondern zusätzlich über den Tastsinn vermittelt werden. Dies ist insbesondere im Sinne einer sensorischen Substitution für blinde oder gehörlose Menschen sowie als ergänzender Informationskanal für sicherheitsrelevante und warnende Hinweise von Bedeutung. Zur Realisierung dieses Ansatzes mussten sowohl geeignete Aktormaterialien und ein wirksames Polarisationskonzept als auch geeignete Verfahren zur textilen Integration entwickelt und bewertet werden.
Ergebnisse
Als am besten geeignetes Material wurde ein piezoelektrischer, auf PVDF basierender Aktor ausgewählt, da dieser gegenüber anderen weichen Aktorkonzepten günstige Herstellungskosten, einen vergleichsweise niedrigen erforderlichen Spannungsbereich sowie schnelle Reaktionszeiten aufweist. Als besonders entscheidend erwiesen sich die Aufteilung der Außenelektrode sowie die differentielle Bipolarisation des Filaments. Mit einem etwa 16 cm langen, bei rund 7 kV polarisierten Faseraktor konnten Resonanzfrequenzen bei 120 Hz und 306 Hz experimentell nachgewiesen werden. Bei 306 Hz wurde eine Schwingungsamplitude von 15 µm erreicht, womit die grundsätzliche Eignung des Systems zur Erzeugung deutlich wahrnehmbarer vibrotaktiler Effekte belegt werden konnte (Abb. 1). Parallel dazu zeigten Strick, Web und Stickversuche, dass die entwickelten Aktorfilamente grundsätzlich in textile Flächen integriert werden können. Dabei bietet das Stricken eine hohe konstruktive Flexibilität, das Weben eine stabile und funktionale Einbindung und das Sticken eine besonders präzise Führung der aktiven Strukturen.
Anwendung
Die entwickelte Technologie besitzt ein hohes Anwendungspotenzial für körpernahe Wearables mit haptischer Rückmeldung, insbesondere in den Bereichen Assistenzsysteme, Arbeitssicherheit, Navigation, Mensch Maschine Interaktion, Gaming, Rehabilitation und Medizintechnik. Perspektivisch erscheinen darüber hinaus intelligente Textilien mit erweiterten Signal- und Interaktionsfunktionen realisierbar. Besonders vielversprechend ist der Einsatz in Form textiler Aktormatrizen an Unterarm, Unterschenkel, Handschuhen oder Bandagen, da dort Vibrationsmuster gezielt zur Übertragung differenzierter Informationen genutzt werden können.
