„Wäre unser Finger so groß wie die Erde, könnten wir den Unterschied zwischen Häusern und Autos fühlen“: So verdeutlichen schwedische Wissenschaftler die im September 2013 veröffentlichten Ergebnisse einer Studie zum menschlichen Tastsinn. Die als Kollaboration zwischen der Königlich Technischen Hochschule (KTH) und der Universität Stockholm sowie dem National Institute of Standards and Technology (NIST) durchgeführte Studie brachte neue Erkenntnisse: Menschen sind in der Lage, winzige Unebenheiten von 13 nm zu erfühlen – bisher war die Forschung davon ausgegangen, dass die Grenze der menschlichen Wahrnehmung bei 1.000 nm liegt. Mark Rutland, Professor für Oberflächenchemie an der KTH und federführend an dem Projekt beteiligt, über nanometerfeine Oberflächen, taktile Räume und Kinofilme für die Finger.

wal

 Mr. Rutland, wie bedeutend sind die Erkenntnisse Ihrer Studie?

Mark Rutland: Um einen Vergleich zur visuellen Wahrnehmung herzustellen: In etwa so bedeutend, als hätten wir soeben entschlüsselt, wie der Mensch Farben wahrnimmt. Wir haben erstmals gemessen und beschrieben, wie Menschen fühlen – also wie der Tastsinn physikalisch gesehen funktioniert. Darüber hinaus – und das ist vielleicht der spannendste Part – haben wir entdeckt, dass unsere Finger in der Lage sind, Unebenheiten von 13 Nanometern wahrzunehmen. Das entspricht einem sehr großen Molekül.

Könnten Sie kurz für Nichtwissenschaftler erklären, wie die Studie durchgeführt wurde?

Mark Rutland:Am Projekt beteiligt waren Wissenschaftler aus zwei Disziplinen – Oberflächenchemie und Psychologie –, wir haben also eine „psycho-physische“ Studie durchgeführt. Die Probandinnen – 20 Frauen zwischen 21 und 32 Jahren – sollten versuchen, verschiedene Oberflächen zu unterscheiden, die Ergebnisse wurden gemessen und verglichen. Hierzu haben wir zunächst 16 chemisch identische Oberflächen hergestellt, die sich jedoch in ihrer gewellten Struktur unterschieden: Die Wellenlänge reichte von 300 Nanometern bis zu 90 Mikrometern, die Höhe der Wellen von 7 Nanometern bis 4,5 Mikrometern. Zusätzlich wurden zwei nicht-gewellte, also völlig glatte Oberflächen produziert. Die Herausforderung bestand darin, eine Reihe gewellter Oberflächen herzustellen, die absolut identisch sind – bis auf die Höhe und Länge der Wellen, denn diese Parameter sollten variieren. So konnten wir sicherstellen, dass die Probanden nur die topografischen Unterschiede und nicht etwa Unterschiede anderer Art – wie etwa in Bezug auf Härte oder Temperatur – wahrnahmen, wenn sie die verschiedenen Oberflächen berührten.

Wie stellt man solche Oberflächen her?

Mark Rutland:Wir haben ein Polymer in die Länge gezogen und seine Oberfläche ausgehärtet – als das Material entspannte, entstand aufgrund des Elastizitätsunterschiedes zwischen Oberfläche und Innerem ein wellenförmiges Muster. Das so hergestellte Polymer haben wir anschließend als Form für das eigentliche Oberflächenmodell aus Epoxidharz benutzt, das sehr viel robuster war.

Wie ging es dann weiter?

Mark Rutland:Den Teilnehmerinnen wurden jeweils zwei zufällig ausgewählte Flächen vorgelegt, die sie mit verbundenen Augen erfühlen sollten. Dabei sollten sie ihren dominanten Zeigefinger im rechten Winkel zu den Wellen bewegen. Anschließend sollten sie die Ähnlichkeit der beiden Oberflächen anhand einer Skala beurteilen. Auf diese Weise haben wir eine große Anzahl von Vergleichspaaren erstellt, inklusive Wiederholungen, und das Ganze anschließend in ein statistisches Modell einfließen lassen. Die kleinsten Wellen, die noch von einer völlig glatten Oberfläche unterschieden werden konnten, hatten eine Breite von 760 und eine Höhe von 13 Nanometern. Die nächste Aufgabe bestand darin, herauszufinden, ob wir die Dimensionen der Wahrnehmung im Rahmen von Messungen erklären können – das konnten wir tatsächlich, und das ist ein weiterer Grund, weshalb die Studie so wichtig ist. Wir konnten einen direkten Zusammenhang zwischen Wahrnehmung und physikalischen Eigenschaften herstellen.

Wie fühlen Menschen denn?

Mark Rutland:Die Art und Weise, wie sich ein Gegenstand anfühlt, hat mit Reibung zu tun: Wird ein Finger über eine Oberfläche bewegt, nimmt er Vibrationen wahr, weil
die feine Maserung des Fingerabdrucks über die Strukturen der Oberfläche springt. Je nach Oberfläche werden diese Vibrationen auf unterschiedliche Weise wahrgenommen. Gleichzeitig bestimmt die Beschaffenheit der Oberfläche, wie viel Druck wir auf unseren Finger ausüben müssen, um die Vibrationen wahrzunehmen. Bei Oberflächen mit hoher Reibung müssen wir wenig, bei sehr feinstrukturierten Oberflächen hohen Druck ausüben.

Und dieser Zusammenhang zwischen Oberflächenstruktur und Fingerdruck ist messbar?

Mark Rutland:Genau. Wir haben den Druck, den die Probandinnen bei den verschiedenen Proben ausgeübt haben, mittels spezieller Geräte gemessen und die so erhaltenen Daten ebenfalls statistisch ausgewertet. So waren wir am Ende in der Lage, den Zusammenhang zwischen Oberfläche und Interaktion in einem exakten Zahlenmodell abzubilden. Diese Erkenntnisse können nun im Umkehrschluss zur Herstellung von Oberflächen genutzt werden.

Welche Folgen werden Ihre Erkenntnisse in der Anwendung haben? Können Sie konkrete Beispiele nennen?

Mark Rutland:Natürlich, es gibt etliche. Da wären etwa Textilien, Möbel oder der gesamte Kosmetikbereich: Man denke an Tücher zur Gesichtspflege, Cremes oder Shampoos, mit denen sich die Haare anders anfühlen. Auch in der Papier- und Verpackungsindustrie geht es stark um Oberflächenstruktur und Haptik. Darüber hinaus sind unsere Ergebnisse für die Robotik und Künstliche Intelligenz hochinteressant, werden sie doch dabei helfen, den „künstlichen Tastsinn“ weiterzuentwickeln. Last but not least: Die Entwicklung von Smartphones oder anderen Produkten mit Touchscreens. Wir werden bald in der Lage sein, Touchscreens herzustellen, die sich auf wesentlich differenziertere Art und Weise steuern lassen: Durch Vibrationen im Bildschirm könnten wir die Vibrationen simulieren, die mit bestimmten Oberflächen assoziiert werden, und so den Eindruck taktiler Unterschiede erwecken. Man könnte also einen Teil eines Touchscreens so designen, dass er sich bei Vibration anders anfühlt als der Rest der Fläche. Das ist u.a. ausgesprochen nützlich, wenn es um Produkte für seh- oder hörbehinderte Menschen geht.

Können wir bald auch Kunstmaterialien herstellen, die im Sinne einer perfekten taktilen Illusion ein anderes Material nachahmen, z.B. Holz, Samt oder Terracotta?

Mark Rutland:Zunächst einmal werden wir in der Lage sein, Oberflächen zu kreieren, die sich wie keine andere bekannte Oberfläche anfühlen – wir können Regionen  im „taktilen Raum“ identifizieren, die bislang nicht besetzt waren, und völlig neue Anmutungen erschaffen. Darüber hinaus wird es jedoch auch möglich sein, Oberflächen künstlich zu simulieren. Man darf jedoch eines nicht vergessen: Es ist unmöglich, die Sinne voneinander zu trennen – wir finden es angenehm, Samt zu berühren, aber ekeln uns vor einer Spinne, obwohl sie sich objektiv gesehen sehr ähnlich anfühlen. Also muss man für die perfekte Illusion auch das Aussehen und die akustischen Eigenschaften eines Gegenstandes mit einbeziehen. Wenn etwas nicht wie Terracotta aussieht, werden wir kaum der Meinung sein, dass es sich wie Terracotta anfühlt. Zudem dürfte es im Allgemeinen weitaus aufwendiger – und damit teurer – sein, eine Oberfläche zu fälschen, anstatt einfach das Original zu verwenden.

Für die Unterhaltungsindustrie könnte das dennoch interessant sein – wäre es vorstellbar, dass es irgendwann eine Art „audio-visuell-taktiles Kino“ gibt, das es uns ermöglicht, raue Steine, kuschelige Hunde oder weiche Haut auf dem Bildschirm zu fühlen?

Mark Rutland:Ich glaube, dass es in der Tat eines Tages möglich sein wird, die taktile Signatur eines Materials auf einen Touchscreen zu übertragen.

Zurück zur Gegenwart: Haptik und taktile Ästhetik spielen nicht zuletzt im Marketing eine wichtige Rolle – Consumer Brands investieren viel Geld in das haptische Design ihrer Produkte, nicht zuletzt im Bereich der Verpackung. Was impliziert Ihre Studie in dieser Hinsicht?

Mark Rutland:Eine Menge. Wir können das neu gewonnene Wissen für die taktile Ästhetik auf die gleiche Art und Weise einsetzen, wie Farben und ihre Intensität in der visuellen Ästhetik eingesetzt werden.

Nun ist die visuelle Ästhetik bereits ausführlich erforscht: Wir empfinden einige Farben als „kalt“, andere als „warm“, es ist bewiesen, dass manche Farben beruhigen, andere eher aufwühlen usw. Werden wir irgendwann die taktile Qualität und die Wirkung von Oberflächen auf ähnliche Art und Weise kategorisieren können?

Mark Rutland:Definitiv. Die sensorische Forschung versucht z.B. derzeit herauszufinden, welche Parameter für „Weichheit“ verantwortlich sind, und die verschiedenen Arten von „weich“ – etwa Baumwolle vs. Satin – zu kategorisieren. Hier werden wir bald einen ganzen Schritt weiter sein. Hat man den Zusammenhang zwischen den verschiedenen taktilen, physischen und psychischen Faktoren erst einmal verstanden, wird es irgendwann auch möglich sein, zu beschreiben, wie sich z.B. „umweltfreundlich“ oder „luxuriös“ anfühlt – und diese Information im Produkt- oder Verpackungsdesign entsprechend umzusetzen. Und damit entsteht ein machtvolles neues Marketinginstrument, mit dem sich Konsumenten, Response und Zielgruppen auf ganz neue Art und Weise steuern und adressieren lassen.

Ist es vorstellbar, dass wir irgendwann Oberflächen entwickeln können, die gezielt bestimmte Gefühle und Konnotationen hervorrufen?

Mark Rutland:Ja, und hier sind manche Unternehmen schon ganz schön weit. Ich halte es sogar für möglich, dass es irgendwann Patente für bestimmte Oberflächen – und damit „Gefühle“ – gibt.

Wie lange wird es dauern, bis wir in der Erforschung des Tastsinns auf dem gleichen Stand sind wie im Bereich der visuellen Wahrnehmung?

Mark Rutland:Obwohl unsere Erkenntnisse zweifelsohne einen Riesenschritt darstellen, wird es sicherlich noch mindestens ein Jahrzehnt, wenn nicht sogar zwei, brauchen, bis wir über das Fühlen auch nur annähernd so viel wissen wie über das Sehen.

Und wann werden Ihre Erkenntnisse konkret in Bereichen wie Produktdesign und Marketing angewendet werden?

Mark Rutland:Auch hier gibt es noch viel zu tun. Wir haben demonstriert, dass Nanostruktur als ein Teil der taktilen Architektur genutzt werden kann. Nun gilt es für Produktdesigner und Marketingtreibende, herauszufinden, was genau denn überhaupt „schön“ und „weniger schön“ ist, bevor man überhaupt entsprechende Produkte designen und herstellen kann. Um ein letztes Mal die Farb-Analogie zu verwenden: Wir haben geholfen, zu erkennen, welche Farbwellen sichtbar sind. Aber das Mischen der Farben, ihre Intensität und Kombination – all das gehört ins Reich der Kunst!

// Mit Mark Rutland sprach Till Barth.

www.kth.se

 

Print Friendly, PDF & Email