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3D-Touchscreens

Neue Möglichkeiten für HMI-Entwickler

5. Dezember 2019, 14:50 Uhr | Markus Haller

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Funktionsweise des 3D-Touch

Zwischen zwei Elektroden eines Kondensators wird ein Feld aufgespannt. Beim 3D-Touch ist es so ausgerichtet, dass es nach außen (also in Richtung Bediener/Betrachter) vortritt. Bei der Kalibrierung wird die Kapazität dieses Kondensators als Referenz gemessen. Jeder Gegenstand, der in das Feld eindringt, beeinflusst die Feldlinien und damit die Kapazität zwischen beiden Elektroden (Bild 2 und 3).

Das Messverfahren wertet die Änderung aus und rechnet sie in einen Abstand des Gegenstands sowohl von jeder der beiden Elektroden als auch von beiden gemeinsam um. Die erste Bewertung resultiert in einer Position zwischen den beiden Elektroden, die zweite zeigt in die dritte Dimension. Ordnet man orthogonal zum ersten Elektrodenpaar ein zweites an, kann analog die Position in der anderen Achse bestimmt werden.

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So elegant und einfach wie das beschriebene Verfahren in der Theorie klingt, so aufwändig ist die Umsetzung in die Praxis. Die gemessenen Feldstärken variieren in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen, seien es Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder mechanischen Streuungen innerhalb einer Geräteserie. Der Touchcontroller setzt Methoden der künstlichen Intelligenz, wie das Hidden Markov Model ein, das auf das ursprünglich vorliegende Signal durch Auswerten der gemessenen Werte indirekt schließt. Die Erkennung von Gesten funktioniert nach diesem Modell ganz ähnlich wie bei Sprache und Handschrift. Trotz des rechnerischen Aufwands macht der hohe Integrationsgrad des ICs den Einsatz für den Anwender einfach, da er sich mit dem theoretischen Hintergrund nicht befassen muss. Bild 4 zeigt, wie die Elektroden für ein 3D-Touchsystem ausgelegt sind.

Anwendungen

Die 3D-Touch-Technologie kann überall dort eingesetzt werden, wo vor dem Touchscreen Gesten erkannt werden sollen und Auflösung und Genauigkeit keine Rolle spielen. In vielen Anwendungen wird der 3D-Touchscreen von einem darunter liegenden zweidimensionalen unterstützt, der die Position in der x/y-Ebene ermittelt. Der große Vorteil der Technologie liegt darin, dass Gesten »blind« ausgeführt werden können, ohne auf den Touchscreen zu sehen. In Situationen wie im Kraftfahrzeug trägt dies zur Verkehrssicherheit bei. Mit einem Wisch kann der nächste Titel oder Radiosender angewählt werden, eine Kreisbewegung stellt die Lautstärke ein. Die Rückmeldung erfolgt dabei über das Ohr des Bedieners, nicht über das Auge.

Neben Consumer-Produkten wie Notebook-Computern und Audio (z.B. Bluetooth-Kopfhörer) spielt auch das Smart Home eine Rolle. In Weißer Ware, Klima- und Jalousiensteuerungen oder Lichtschaltern kann die dritte Dimension eingesetzt werden, um Funktionen zu aktivieren. Anstelle mit dem Finger genau auf das Sensorfeld zu zielen, reicht die grobe Bewegung einer Hand vor dem Sensor, um die »Default«-Funktion auszulösen, die z.B. das Abschalten aller Lampen beim Verlassen des Raums.

In der Medizintechnik kann die 3D-Technologie die Bedienung medizinischer Geräte erleichtern, weil ohne Berührung Aktionen ausgeführt werden können, und der Bediener steril bleibt. Als Beispiel sei eine OP-Leuchte erwähnt, die die Einstellung von Position, Helligkeit und Lichtfarbe berührungslos ermöglicht. Die 3D-Touchtechnologie kann auch ohne Display eingesetzt werden. Das Feld ist stark genug, um auch Holzplatten von Tischen oder Küchen-Arbeitsplatten zu durchdringen, was interessante Anwendungsfelder eröffnet.