SmartFrame+ – Gestaltung und Testung smarter Komponenten für mobile Anwendungen
Drittmittelprojekt, Burg Giebichenstein Kunsthochschule Halle, 2016 – 2019
Projektverantwortlicher: Prof. Anette Scholz, künstlerischer Mitarbeiter: Enrico Wilde, Realisation: Enrico Wilde, +Lab Halle (Saale)

Mobilität erfordert Fortbewegungsmittel, die leicht und effizient sind, aber dennoch höchste Sicherheit gewährleisten. Die Auflösung daraus resultierender Zielkonflikte steht im Mittelpunkt des Projektes SmartFrame+. Es entwickelt eine Sensor-Aktor-Mensch-Schnittstelle, durch die mobile Anwendungen, wie beispielsweise das Fahrradfahren, besser kontrolliert werden können. Die Integration von aktorisch wie sensorisch wirkenden Piezoelementen in Spritzgussbauteile und pultrudierte Faserverbundstrukturen stellt die wesentliche technologische Herausforderung des Projektes dar. Auf der anderen Seite sind Anwendungsperspektiven gesucht, die in sinnstiftenden mobilen Produkten und Dienstleistungen münden und vor dem Hintergrund der Herausforderungen von Funktionswerkstoffen Identifikationsflächen für die Werkstoffklasse schafft.

Sensorintegration in einen Biegebalken zum späteren Test der Auslegung des Piezoelementes
 

 

Sensorintegration in einen Biegebalken zum späteren Test der Auslegung des Piezoelementes
 

Aus der Kombination von Sensorik, Geodaten und Aktorik lassen sich verschiedene Anwendungsszenarien ableiten. Während die Anwendung der Forschungs- und Entwicklungsergebnisse zunächst exemplarisch auf fahrradartige Fortbewegungsmittel ausgerichtet wird, soll die Innovation auf weitere Vertreter der Klasse human powered vehicles (HPV) übertragbar sein. Durch Integration von Piezosensoren in Rahmenstrukturen lassen sich am Fahrrad Lasteneinträge auslesen und Rückschlüsse auf die Untergrundverhältnisse ziehen. Die so sensorierten Daten werden intelligent mit Geodaten eines GPS-Moduls verknüpft und zu sicherheitsrelevanten Informationen verarbeitet. Ein haptisches-taktiles Interface stellt die Kommunikation mit dem Fahrer sicher und gibt präventiv zum Verkehrsgeschehen Handlungsempfehlungen ohne die Verwendung von Display-Anzeigen oder Ansagen weiter. Beispiel: Bei einer Bergabfahrt verschlechtert sich der Fahruntergrund (Sensordaten). In 20 Metern trifft der Fahrradfahrer auf eine schlecht einsehbare Eingabelung von rechts (Geodaten). Der rechte Fahrradgriff gibt ein Warnsignal, dass zur Aufmerksamkeitserhöhung im rechten Sichtbereich und ggf. zur Geschwindigkeitsanpassung auffordert.

Partner:

Der systemische Aufbau der konzipierten Aktor-Sensor-Schnittstelle lässt weitere Funktionen am Fahrrad zu.

Navigation. Zur Orientierung in unbekannten Gegenden und zur Streckenführung zu Fahrzielen werden häufig Navigationssysteme verwendet, wie man sie aus dem Automobilbereich kennt. Der erhöhte Aufmerksamkeitsbedarf beim Fahrradfahren birgt dabei Risiken für die Verwendung von Display-Anzeigen. Schon kleine Ablenkungen können schwerwiegende Folgen nach sich ziehen. Das Szenario setzt daher bei der Navigation auf haptisch-taktil vermittelte Handlungsanweisungen: …. der Fahrradgriff vibriert links = links abbiegen …. der Fahrradgriff vibriert rechts = rechts abbiegen. Vor Fahrbeginn muss nur ein Ziel via Smartphone festgelegt werden.

Diebstahlschutz. Wird ein Fahrrad gestohlen ist das meist sehr ärgerlich, da der verloren gegangene Wert in der Regel nicht unerheblich ist. Im Szenario wird das Fahrrad GPS-basiert gesichert. Verlässt es unerlaubt einen definierten Bereich, fäng die Struktur an zu vibrieren und ein unangenehmes akustisches Signal von sich zu geben. Das sollte den Dieb wirkungsvoll verschrecken, gibt es doch leichtere Ziele. Zudem wird das Vehikel getrackt, so dass die Polizei wichtige Hinweise zum Aufenthalt erhalten kann.

Demonstrator. In einem Demonstrator wurden Anwendungsszenarien sowie Entwicklung- und Gestaltergebnisse zusammengefasst. Das interaktive Objekt dient der finalen Ergebnisabbildung und der Skizzierung von Perspektiven.

Alternativszenarien

Laufrad. Kleinkinder mit Laufrädern benutzen im öffentlichen Raum Fußwege. In der Regel sind sie hier nicht allein, sondern mit ihren Eltern unterwegs. Nicht selten sind sie schneller als diese und müssen so im Bereich von Straßenüberquerungen eigenständig handelnl, sprich sie warten um gemeinsam mit ihren Eltern die Straße zu überqueren. Die Aufmerksamkeit gilt im ‚Laufradalter’ noch nicht ungteteilt dem Straßenverkehr. Im Szenario bringt ein Piezoelement mit Hilfe von GPS-Daten das Laufrad zum vibrieren. Es ruttelt sich oder gibt eine unangenehme akustische Frequenz von sich, um die Aufmerksamkeit des Kleinkindes zu erhöhen.

Rollstuhl. Barrierefreiheit für Rollstuhlfahrer ist noch nicht allerorts gegeben. Betroffene können sich heute teilweise an Kartenmaterialien orientieren. Die beabsichtigte Funktion geht weiter als bisherige Kartierungen. Mit Hilfe eines Piezos können Rollstuhlfahrer ihre Wege und deren Bodenbeschaffenheit aufzeichnen und via GPS-Gerät Geodaten zuordnen. Erfolgt dies von mehreren Fahrern entsteht Kartenmaterial, welches via App geteilt zur barrierefreien Orientierung im öffentlichen Raum dienen kann. Eine Orientierung kann dann visuelle oder haptisch-taktil via Piezoaktor erfolgen.

Rollerski. Wintersportler wechseln im Sommer häufig vom Langlaufski zum Skiroller. Aufgrund des Aufbaus eines solchen Gerätes weicht der Bewungsablauf für ein optimales Vorankommen deutlich von der Wintervariante ab. Dabei spielt im Besonderen die Bremse eine entscheidende Rolle. Ihr Verhalten entspricht nicht dem Grip des Skiprofils bei optimaler Belastung des klassischen Langlaufskis. Dieses Szenario setzt auf die sensorische Messung der in den Skiroller eingeleiteten (Muskel-)Kraft und steuert die Bremse adaptiv. So können optimal Bewegungsabläufe des Wintersports außerhalb der Saison trainiert werden. Darüber hinaus ist die Bremsfunktion durch ihre rein softwareseitige Regelung so einstellbar, dass auch auf andere Fahrer bzw. Nutzungsprofile eingegangen werden kann. Zumeist handelt es sich dabei um Akteure, die Sommerski als eigenständigen Sport betreiben.


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