VR-Handschuh DextrES: Realitätsnahe Berührungen leicht gemacht
Ein nur 8 Gramm leichter VR-Handschuh verleiht Anwendern ein realitätsnahes Gefühl für Gegenstände. Er verbraucht kaum Strom, da er die Bewegungen passiv bremst, statt sich aktiv zu bewegen.
Momentan braucht DextrES noch dünne Kabel zur Stromversorgung. Künftig soll der VR-Handschuh jedoch durch Batterien versorgt werden, um den Bewegungsradius weiter zu vergrößern.
Foto: ETH Zürich
Bei der virtuellen Realität (Virtual Reality, VR) erzeugen Computer in Echtzeit eine künstliche, interaktive Umgebung. Im Idealfall sprechen VR-Systeme mehrere Sinne an. Datenbrillen, Großbild-Leinwände oder 3D-Projektionen erzeugen optische Illusionen. Datenhandschuhe sind hier nicht nur Eingabegeräte zur Steuerung.
Sie geben dem Anwender auch eine taktile Rückmeldung, haben in der Praxis aber mehrere Nachteile: Denn zur Stromversorgung sind Kabel oder Drähte erforderlich, was die Bewegungsfreiheit stark einschränkt. Mitunter kommen sperrige Exoskelette oder hydraulische Komponenten zum Einsatz. Das kostet viel Energie.
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich und der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) haben den Prototypen eines VR-Handschuhs entwickelt, der solche Schwächen umgeht. DextrES, so der Name ihrer Entwicklung, wiegt nur 8 Gramm. Bei einer Spannung von 200 Volt und mehreren Milliwatt Leistung liefert DextrES eine Haltekraft von bis zu 40 Newton. Wie kann das funktionieren?
Weniger Gewicht, mehr Haptik
Um Gewicht zu sparen und gleichzeitig die Haptik zu optimieren, arbeiteten die Entwickler mit 2 Millimeter dünnem Baumwollgewebe. Über die Finger laufen elastische Metallbänder, getrennt von Isolatoren. Berühren User virtuelle Objekte, entsteht eine Potenzialdifferenz. Die Metallbänder werden zusammengezogen, und eine Kraft entsteht. Ändern die Anwender ihre Bewegung, wird die Spannung unterbrochen, und die Kraft verschwindet. Offen ist derzeit, wie präzise der neue VR-Handschuh sein muss, um Nutzern ein realistisches Gefühl von Berührungen zu vermitteln. Denn die menschliche Haut verfügt über unterschiedliche, hochsensible Sensoren. Hier sind weitere Untersuchungen erforderlich.
Geringer Stromverbrauch durch neues Wirkprinzip
Trotz offener Fragen steht ein Vorteil außer Frage. Momentan benötigt DextrES noch dünne Kabel zur Stromversorgung. Der VR-Handschuh soll aber bald von Batterien versorgt werden. Der kabellose Modus schafft dann noch mehr Bewegungsfreiheit, unabhängig vom Einsatzgebiet.
Warum der VR-Handschuh so wenig Strom verbraucht, erklären die Forscher mit dem neuen Wirkprinzip. Der DextrES-Prototyp übt nur eine Kraft aus, die die Finger- und Handbewegungen bremst, bleibt selbst jedoch in Ruhe. In bisher erhältlichen Virtual-Reality-Handschuhen bewegen sich die Komponenten dagegen aktiv, um sensorische Eindrücke zu vermitteln. Und das verbraucht mehr Strom.
Zahleiche Anwendungen in Medizin oder Technik
Entwickler der ETH und der EPFL denken bei der Anwendung nicht nur – besonders naheliegend – an Gamer. Auch Chirurgen könnten schwierige Eingriffe simulieren und dabei ein taktiles Feedback vom Handschuh erhalten. Auch bei der Schmerztherapie haben sich VR-Systeme bewährt. Nicht zuletzt lässt sich der Gerätemaßstab soweit vergrößern, dass auch virtuelle Fuß- oder Beinkleidung denkbar wäre: ein Beitrag zur Krankengymnastik von morgen. Weitere Anwendungen sind möglich.
An der Spitze der Innovation
Der neue VR-Handschuh wird nach der Markteinführung wahrscheinlich zu erschwinglichen Preisen zu haben sein. Das lässt zumindest der Blick in die Geschichte der VR-Handschuhe vermuten. Bereits 1977 präsentierte das Electronic Visualization Laboratory seinen drahtgebundenen Sayre Glove als einfaches Modell, um mechanische Bewegungen in elektrische Signale umzuwandeln. 1982 folgte ein Modell mit Sensoren, um die Fingerbiegung zu nutzen. Von AT&T Bells Labs kam 1983 der Digital Data Entry Glove mit Biegesensoren an den Fingern, Tastsensoren auf den Fingerspitzen und Sensoren für die Position im Raum. Über mehrere Zwischenschritte eroberte 1986 der VPL Dataglove zum stolzen Preis von 9.000 US-Dollar internationale Märkte. Einer der ersten erschwinglichen VR-Handschuhe für Gamer war der ab 1989 für unter 100 US-Dollar vertriebene Nintendo Power Glove. Er diente zur Steuerung von Aktionen beim Gaming, um beispielsweise eine Waffe abzufeuern.
Erst Jahre später kam die Möglichkeit, etwas zu fühlen, mit hinzu. Das Start-Up Gloveone stellte 2015 einen VR-Handschuh mit taktilem Erlebnis vor. Zehn miniaturisierte Motoren simulieren über Schwingungen haptische Eindrücke. Hier muss jedoch der Akku nach 4 Stunden Laufzeit neu geladen werden. Der Preis lag zur Einführung bei 230 US-Dollar. DextrES setzt diesen Entwicklungsweg fort und verspricht noch bessere Sinnesreize bei geringerem Stromverbrauch.
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