Im HMI des Connected Car finden sich stetig neue Technologien. Neben Sprachsteuerung und KI gewinnt auch die Bedienung per Gesten an Bedeutung. (Bild: Bosch)
Wisch und weg. Eine falsche Bewegung, die die Gestenerkennung aufs Glatteis führt, und schon geht das wilde Gefuchtel los, um den Fehler zu korrigieren. Ein Chaos, dass man vielleicht vor dem heimischen Flatscreen veranstalten kann, nicht aber bei voller Fahrt im Auto. Und Spracherkennungssysteme werden als Alternative zwar immer besser, doch auch hier ist niemand vor Missverständnissen gefeit.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben daher eine neue Variante zur berührungslosen, dreidimensionalen Erfassung von Abständen, Bewegungen und Gesten entwickelt, die die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine weniger verzwickt machen soll. Der Trick: Per Ultraschall werden Gesten verlässlich interpretiert.
Kern ist eine innovative Mikro-Chip-Architektur, die Ultraschall bis 300 kHz erzeugen und empfangen kann. Die reflektierten Schallwellen werden analysiert, indem zum Beispiel gemessen wird, wie lange die Welle zwischen dem Sensorsystem und dem reflektierenden Objekt unterwegs war oder wie sich die Frequenzen aufgrund des Doppler-Effekts verschoben haben, erklärt IPMS-Gruppenleiter Sandro Koch. Auf diese Weise können von dem Ultraschallwandler blitzschnell beliebige Gesten, selbst im Millimeterbereich, über eine Entfernung von bis zu einem halben Meter erkannt werden – im Auto genügt diese Distanz allemal.
Der Ultraschall-Ansatz soll deutlich störunanfälliger als kamerabasierte Lösungen sein: „Unsere Ultraschallsensoren sind nicht streulichtempfindlich und erlauben auch an optisch transparenten Oberflächen eine zuverlässige Datenerfassung“, erläutert Koch. Außerdem sei die Technik erheblich kompakter und ließe sich in großen Stückzahlen kostengünstig herstellen: „Im Vergleich zu kamerabasierten Systemen ermöglicht unser Ansatz aufgrund längerer Signallaufzeiten den Aufbau deutlich kostengünstigerer Elektronik- und Softwaresysteme.“
Koch und sei Team setzen auf eine neue Klasse elektrostatischer, mikro-elektromechanischer Biegeaktoren, die beispielsweise Hörschall in Mikrolautsprechern erzeugen. Das am IPMS entwickelte „Nano-e-drive-Antriebsprinzip (NED)“ nutzt die Kräfte elektrostatischer Felder in Nanometer-kleinen Elektrodenspalten aus, um mechanische Bewegungen mit Auslenkungen im Bereich mehrerer Mikrometer zu ermöglichen. Für die Schallerzeugung wird dabei nicht nur die Chipoberfläche, sondern das komplette Bauelement verwendet. Effekt: „Die Nutzung des Chipvolumens zur Schallerzeugung ermöglicht die Herstellung sehr kleiner Bauelemente“, so Koch. „Weil hunderte solcher Bauelemente auf einem einzigen Wafer Platz finden und mehrere Wafer in einzelnen Prozessschritten gleichzeitig verarbeitet werden können, sind die Herstellungskosten für große Mengen potenziell gering.“ Das dürfte ganz nach dem Geschmack der OEM-Einkaufschefs sein.
