Prototyping 11.11.2011, 12:04 Uhr

Passende Prototypen für jede Aufgabe

Forscher der Technischen Universität (TU) und der Universität der Künste (UdK) Berlin trafen sich letzte Woche zum Gedankenaustausch über die Zukunft von Prototypen. Tenor

Im Raum schweben 714 Metallkugeln. Sie vereinen sich zu einer Welle, lösen ihre Formation tröpfelnd auf, ehe sie schlängelnde Ketten bilden – und schließlich als metallische Autosilhouette verharren. Jede einzelne Kugel der kinetischen Skulptur im Münchner BMW-Museum ist über ein Stahlseil mit einem computergesteuerten Schrittmotor verbunden.

Den Weg zu der schwerelosen Choreographie fand Jussi Ängeslevä, Professor für Digital Media Design, im Zusammenspiel aus Simulation und Prototyping. „Wir haben einen kleinen Prototyp gebaut, um zu überprüfen, ob der Effekt den Aufwand rechtfertigt“, berichtete er letzte Woche bei einem Gedankenaustausch zwischen Designern und Ingenieuren der TU und UdK Berlin. Zentrale Frage des interdisziplinären „Hybrid-Talks“: „Werden Prototypen im klassischen Sinn überflüssig, wo Produkte und Verfahren im virtuellen Raum entstehen?“.

Prototypen bleiben trotz virtueller Entwicklungsverfahren wichtig

UdK-Professor Ängeslevä sprach sich klar für Prototypen aus. Am vereinfachten Modell mit zwei Dutzend Metallkugeln hätte sich sein Team vergegenwärtigen können, welche Bewegungen sie überhaupt erzeugen können – und wie sie im Raum wirken. Diese realen Eindrücke flossen dann ins virtuelle Modell mit allen 714 Kugeln ein. „Auch im Gespräch mit dem Kunden war die Verbindung von physischem und virtuellem Raum wichtig“, erklärte er. Die Simulation allein hätte sie nicht davon überzeugt, dass die Skulptur ihr Geld wert sein wird.

Auch in seinem aktuellen Projekt für einen südkoreanischen Kunden wechselt Ängeslevä ständig zwischen virtuellem und physischem Modell. Er will Licht aus einer beweglichen Quelle an einer amorphen, spiegelnden Fläche so reflektieren, dass es Schriftzeichen auf die umgebenden Wände wirft. Was in der Simulation funktioniert, hat – übersetzt in reale Werkstoffe – Tücken. So ergab sich das Problem, dass sich auf der exakt berechneten, CNC-gefrästen Fläche beim Chrom-Beschichten zu runde Kanten bildeten. Die Folge: schöne, aber konturlose Spiegelungen. Das Oberflächendesign musste überdacht werden. „Prototyping hilft, Unerwartetes zu erkennen, Hypothesen zu evaluieren, aber auch als Rahmen für Reflexion und Kommunikation mit unseren Kunden“, lautete daher Ängesleväs Fazit.

„Blended Prototyping“ bindet Testnutzer frühzeitig ein

Darum geht es auch beim „Blended Prototyping“, über das TU-Forscher Benjamin Bähr berichtete. Er entwickelt benutzerfreundliche mobile Software-Interfaces. Um herauszufinden, was Smartphone-Nutzer als benutzerfreundlich empfinden, binden Bähr und seine Kollegen schon in der Frühphase der Entwicklung Testnutzer ein. Ihnen geben sie auf Papier skizzierte Displays an die Hand. „Die Hemmschwelle, Kritik zu äußern, ist damit niedriger, als wenn sie den Eindruck haben, ein fertig entwickeltes Produkt zu testen“, berichtete er. Zudem können sie in die Skizze direkt einzeichnen, wie und wo sie eine Funktion lieber finden würden. „Wegwerf-Prototyping“ – das zwar günstig ist, aber den Nachteil hat, dass sich Entwürfe nur schwer weiterentwickeln lassen. Schließlich entsteht in Testsituationen mit Smartphones schnell die Konstellation, dass die Entwickler den Testern buchstäblich im Nacken sitzen. Das soll das „Blended Prototyping“ verhindern.

Dafür bringen Digitalkameras und angeschlossene Server die Papierdisplays in Datenformate, die als Applikationen auf dem Smartphone-Display erscheinen. Die Designer sitzen bei der Prototypenentwicklung um einen Tisch, tauschen sich aus und skizzieren, was Kameras und Server dann auf die Handys der Tester übertragen. Der Charme dabei: Die „Kreuzung“ mit dem Server verleiht den Smartphones im Entwicklungsprozess hohe Rechenleistung, die Entwickler können ihre Entwürfe weiter entwickeln, statt sie stets aufs Neue skizzieren zu müssen – und sie können von fern sehen, wie die Tester das Interface nutzen.

Prof. Rainer Stark, Leiter des TU-Fachgebiets Industrielle Informationstechnik und Direktor des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), kann sich durchaus vorstellen, dass es Prototypen in zwei Jahrzehnten nur noch als Augmented Reality (Erweiterte Realität) geben wird. Noch aber erforscht er, wie Benutzern vorzugaukeln ist, dass sie Produkte bedienen, die es noch nicht gibt. Etwa eine Autoheckklappe. Starks Team kann sie beim „Smart Hybrid Prototyping“ durch Verknüpfung von Simulationsdaten mit einem simplen mechanischen Hebelmodell und einem echtzeitgesteuerten Elektromotor derart realistisch nachbilden, dass sämtliche Kräfte beim Öffnen und Schließen spürbar werden. Selbst variierender Gasdruck in den Dämpfern bei -20 °C oder +30 °C ist so erlebbar.

„Smart Hybrid Prototyping“ soll Produkte in der Frühphase der Entwicklung erlebbar machen

„Smart Hybrid Prototyping soll Produkte in der Frühphase der Entwicklung, wo Entscheidungen fallen, für Entwickler, Entscheider mit Budgetverantwortung und Kunden erlebbar machen“, so Stark. Weil moderne Produkte nicht mehr nur von Mechanik, sondern zunehmend von Elektronik und Software geprägt seien, reiche klassisches Prototyping nicht mehr, um alle Produktfunktionen zu testen. An seinen hybriden Prototypen sollen sich obendrein Fertigungs- und Serviceprozesse durchspielen lassen.

Wohin die Grenzgänge zwischen virtueller und realer Welt führen könnten, skizzierte Bernd Bickel, TU-Professor für Computer Graphics. Mit seinem Team hat er einen Flip-Flop per 3-D-Druck derart genau nachbilden können, dass er nahezu das identische Biegeverhalten aufwies wie das Original. Schlüssel dazu war der exakt geplante und gesteuerte Auftrag der polymeren Druckmaterialien.

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