Der nächste Umbruch bei HMI kommt

Alternativen zu Touch

25. April 2022, 15:00 Uhr | Von Andreas Willig
Touch Bedienung
© metamorworks | stockadobe.com

Touchdisplays sind mittlerweile Standard in HMIs. Waren sie bei ihrer Einführung im Smartphone noch der Inbegriff für moderne Bedienkonzepte, machen ihnen heute neuere Konzepte und Technologien Konkurrenz, die neben einer bequemen Eingabe auch zum Trend der berührungslosen Eingabe passen.

Die Marktforscher von MarketsandMarkets haben für das Jahr 2020 einen weltweiten Umsatz mit HMI-Produkten in Höhe von 4,3 Mrd. Dollar ermittelt und rechnen mit einem Wachstum auf 5,6 Mrd. Dollar im Jahr 2025. Zu ähnlichen, wenn auch etwas abweichenden Ergebnissen kommen die Experten von Statista – sie gehen von einem weltweiten Umsatz von 3,7 Mrd. Dollar für das Jahr 2020 aus und erwarten für 2026 einen Anstieg auf 7,2 Mrd. Dollar. Motor dieser Entwicklung sind Embedded Boards und Embedded–Module, die seit Jahren die Grundlage zur Ansteuerung von Touchdisplays sind. Zudem unterstützen sie Tastenfelder, die allerdings mehr und mehr von den Touch-Bedienungen verdrängt werden. Ein Touchpanel mit integriertem Single Board Computer (SBC) ist für viele Anwendungen – von der Automation bis hin zu Automotive – der Standard für ein zeitgemäßes HMI.

Dabei bleiben die Forderungen nach einer noch einfacheren Bedienung ungebrochen, ebenso der Wunsch, mit den HMIs einen noch hochwertigeren Eindruck zu erzeugen. Entsprechend kommen immer bessere Displays zum Einsatz, und die eingesetzten Grafiken sind immer aufwendiger – unter anderem sind dynamische Inhalte inklusive 3D gefordert. Das ist der Trend seit Jahren. Mit Covid kommt jetzt allerdings ein disruptives Element hinzu: Wer will ein Display heute noch gerne anfassen, von dem er nicht weiß, wer es alles schon berührt hat oder wann die letzte Desinfektion war? Das gilt besonders im öffentlichen Bereich, zum Beispiel bei Fahrstühlen, Geldautomaten oder Bestellterminals. Hier stoßen die meisten Touch-Bedienungen an ihre Grenzen, denn sie sind auf den Hautkontakt angewiesen.

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Berührungslose Eingabesysteme

Als hygienische Alternativen bieten sich Sprach- und Gestensteuerungen an. Die Unterhaltungselektronik hat mit ihren Alexa- und Siri-fähigen Smart Speakern schon gezeigt, was mit Sprache alles möglich ist. Und die Automobilindustrie setzt zusätzlich auf Gesten, zum Beispiel zum Öffnen des Kofferraums. Das sind zwei Märkte, die von den Halbleiterherstellern genau beobachtet werden und die Roadmaps der Prozessoren und Mikrocontroller beeinflussen. Davon kann die Embedded-Branche ganz klar profitieren – sowohl die Kunden als auch die Modul- und Board-Anbieter. Die Prozessorhersteller statten ihre Bausteine – vom High bis zum Low End – mit immer mehr Beschleunigereinheiten aus, die hocheffizient Mustererkennung ermöglichen beziehungsweise KI-Konzepte nutzen. Im Prinzip wird so die Auswertung von Video- und Audiosignalen auf ein komplett neues Niveau gehoben, und das mit einem Aufschlag bei der Leistungsaufnahme von oftmals nur einem Watt. Es gibt freilich noch einen deutlichen Leistungsunterschied zu einem dedizierten Bildverarbeitungssystem, aber es geht bei einer HMI-Eingabe ja auch nicht darum, ein schlechtes Getreidekorn beim Absaugen aus dem Silo zu erkennen, sondern dass der Anwender bestimmte Funktionen auslösen kann. Aktuelle Konzepte gehen noch einen Schritt weiter und schlagen dem Anwender proaktiv gewisse Eingaben vor.

Ein Beispiel für so ein vorausschauendes Bedienkonzept ist, wenn jemand im Trainingsanzug in einen Hotelfahrstuhl steigt und die Steuerung selbstständig einen Stopp beim Fitnesscenter vorschlägt – ein gesprochenes »Ja« des Gastes genügt, um in der richtigen Etage zu halten. Ebenso könnte ein proaktives Fahrstuhl-HMI erkennen, dass ein Rollstuhlfahrer in die Kabine will, und verlängert dann automatisch die Türöffnungszeiten. Mit einfacher Bildverarbeitung, die bereits die neuen Controller und Prozessoren können, ist dies möglich, ebenso wie »Ja« und »Nein« als Sprachkommandos. Echte Bedienungsfortschritte – von der Barrierefreiheit bis zum elektronischen Concierge – sind damit schon heute machbar.

TQMaRZG2x-Modulserie
Die TQMaRZG2x-Modulserie von TQ arbeitet mit den RZG2-Prozessoren von Renesas und skaliert so über einen sehr weiten Rechenleistungsbereich.
© TQ-Group

Embedded-Module für KI-fähige HMIs

Bildverarbeitung und KI-Methoden verlangen den Entwicklern aber deutlich mehr ab als klassische Touch-HMIs. Embedded-Anbieter wie TQ bieten hier Unterstützung an, zum Beispiel mit vorintegrierten Modulen, die Pin-kompatibel unterschiedlichste Verarbeitungsleistungen liefern. So kann man nicht nur die benötigte Rechenleistung sehr gut skalieren, der Modul-Anwender kann auch recht einfach sein eigenes Produktportfolio pflegen: Von einem Basismodell lassen sich leicht günstigere Varianten ableiten und außerdem hochwertige Versionen erstellen. Durch Pin-Kompatibilität lassen sich die Module passend zum Leistungsbedarf auswählen. Erfolgte bislang die Skalierung hauptsächlich über die Taktfrequenz der Prozessoren, was nur einen recht geringen Leistungsunterschied ergibt, setzt die Branche aktuell auf die Variation von Anzahl und Art der Prozessor-Cores. So gibt es beispielsweise von TQ-Embedded die steckkompatiblen TQMaRZG2x-Module (Bild) in Varianten mit Dual-Cortex A57, mit Dual-Cortex A57 in Kombination mit Quad-Cortex A53 oder in der Top-Variante mit Quad-Cortex A57 in Kombination mit Quad-Cortex A53. Das schafft Flexibilität und erleichtert dem Entwickler seine Aufgabe, damit er sich auf die Optimierung seines Produkts und des Bedienkonzepts besser fokussieren kann.

Willig, Andreas
Andreas Willig ist Produktmanager bei TQ-Embedded.
© TQ-Group


Was bleibt, ist die Herausforderung bei der Entwicklung von grundsätzlich neuen Bedienkonzepten. Davon muss man sich aber nicht einschüchtern lassen. Als Orientierung eignet sich diese Faustformel: Man muss sich einfach fragen, was ein freundlicher und vorausschauender Mensch für eine andere Person bei der Bedienung tun könnte oder man macht sich klar, was man selbst eigentlich nicht machen will. Damit braucht man keine Berührungsängste mehr zu haben – sowohl bei der Entwicklung als auch bei der Bedienung.


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