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Entwicklung eines haptischen Sensor-Aktorsystems für die Virtuelle Realität

Projektbeschreibung

Während in der Darstellung virtueller Realitäten audiovisuelle Reize mit ausgereiften Technologien zu vergleichsweise niedrigen Kosten dargestellt werden können, besteht für haptische Reize ein starkes Defizit. Dabei sind haptische Reize aus der realen Welt nicht wegzudenken und wichtige für die Kommunikation Mensch/Mensch und gerade auch Mensch/Maschine. Daher sind viele Anwendungen eines haptischen Sensor-Aktor-Systems in den Bereichen Medizintechnik, Automatisierung und Kommunikation denkbar.



 

Für die Entwicklung eines derartigen Systems sind wesentliche technologische Voraussetzungen schon erfüllt. Mit der Ultraschallelastographie können Gewebekonsistenzen ortsaufgelöst detektiert werden. Auf der anderen Seite existieren bereits elektro- und magnetorheologische Materialien, deren Konsistenz durch elektrische bzw. magnetische Felder reversibel gesteuert werden kann. Basierend auf diesen Technologien soll innerhalb dieses Projekts ein System entwickelt werden, dass aus einem Sensor- und einem Aktorsystem besteht.

Aufgabe der Fachhochschule Regensburg ist die Entwicklung einer geeigneten Schnittstelle zwischen den vom Sensor gelieferten Daten und den einzelnen kleinen Zellen des Aktorsystems.

Zielsetzungen des Projekts sind:

  • Umwandlung der Sensordaten in ein für das Aktorsystem geeignetes Format
  • Schaltung hoher Spannungen (2000 Volt) bei geringem Strom (uA)
  • Abkopplung der Steuereinheit vom Hochspannungsaktor
  • Überprüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit des System

Das oben dargestellte Bild ist der zweite Entwurf einer haptischen Anzeige mit elekrorheolologischer Füssigkeit. Trotz der hohen Spannung braucht jedes haptische Element nur sehr geringen Strom (µA-Bereich). Das heißt ein Schaltwiderstand sogar in Mohm-Bereich, genügt. Jedoch muss der Dunkelwiderstand sehr hoch sein (GOhm - Bereich). Da kein herkömliches Hochspannungsschaltelement auf dem Markt existiert, waren wir gezwungen ein neues Bauelement zu entwickeln. Es war notwendig Niedrigspannung- Steuergerät und Hochspannungsschalelementen galvanisch zu trennen, weshalb wir uns für ein optisch gesteuertes Element entschieden. Viele Halbleiterelemente der Gruppe III und IV (Direktbandabstand-Halbleiterelemente) sind Lichtempfindlich ohne Notwendigkeit einer Dotierung und Erzeugung von Spannungsempfindlichen PN-Übergängen. Galliumarsenid (GaAs) ist sehr robust in dieser Beziehung, oft sogar immer noch Funktionsfähig nach einem elektrischen Durschlag. Mehrere solche Elemente können in Array-Form zusammengestellt werden (siehe Bild unten).



Das untere Bild zeigt die Einschalteigenschaften eines GaAs - Elements. Der Dunkelwiderstand ist außerhalb der grafischen Darstellung, weil er zu hoch ist.





Weitere Entwicklung in Richtung großer Arrays (16x16 und 32x32) zusammen mit Software Datenverarbeitung wird jetzt durchgeführt.


Projektpartner


Fraunhofer Institut für Silicatforschung Würzburg

URL: www.isc.fhg.de/analytik/a3.html
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Institut für Mikrotechnik Mainz

URL: www.imm-mainz.de
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Fachhochschule Regensburg

URL: www.fh-regensburg.de
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Ruhr-Universität Bochum

URL: www.hf.uni-bochum.de
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