10.23

0 High-Fives

Recycling von Leder. Mehr dazu im Feed | Foto: HKRITA

“Design is a weapon. It can create the wrong desires and cause harm but, deployed properly, it can create a desire for a more sustainable option.”

Maximilian Missoni, Head of Design von Polestar in Monocle 168

Das kommt!

Und hier wären wir wieder – bzw. unser Newsreader mit allerlei Innovations-Impulsen aus der Forschung und Entwicklung, die – wie wir meinen – Relevanz für das Design von morgen haben.

Viele Grüße und einen guten November!

Armin Scharf & Martin Krautter

Schreib uns doch, was dich beschäftigt – und wozu du gerne mehr Informationen hättest. Wir freuen uns. Feedback gerne hierher! (Öffnet in neuem Fenster)

Der dritte Arm

Nicht nur in besonders vertrackten Situationen wäre ein dritter Arm mitunter sehr hilfreich. Tragbare Roboterarme, sogenannte WRAs, sind keine Fiktion mehr – doch wie soll man mit ihnen interagieren? Eine Studie des Human Computer Interaction Lab der Universität des Saarlandes liefert erste Antworten.

Abb: HCI / Universität des Saarlandes

Darum geht es:

So genannte WRAs (Wearable Robotic Arms) können zusätzliche Arme oder Hände sein
WRAs erweitern die Handlungsfähigkeit von Menschen
WRAs können auch medizinische Prothesen sein
WRAs erfordern eigen Interaktions-Konzepte

Ein dritter Arm oder eine dritte Hand – wer hat sich das noch nie gewünscht? Künftig könnte der Wunsch erfüllt werden – dank aktueller Soft-Robotic-Konzepte schnallt man sich den dritten Arm dann einfach um und nutzt ihn, um Dinge zu halten, zu bewegen oder zu bearbeiten. Die Szenarien sind ausgesprochen vielfältig, reichen von professionellen bis zu alltäglichen Nutzungen, also von der Montageunterstützung bis zum Tragen schwerer Taschen.

Noch ist aber die Art und Weise, wie mit diesen, unmittelbar am Körper der Nutzer getragenen Roboterglieder sinnvoll, exakt und sicher interagiert werden kann. „Der Benutzer muss beispielsweise in der Lage sein, die Aktionen des Roboters in Echtzeit zu korrigieren, komplexe Aufgaben durch direkte Steuerung des Roboters auszuführen, die Zusammenarbeit ohne vorherige Planung der Aufgabenverteilung flexibel zu gestalten oder Notsituationen zu bewältigen“. So formuliert es die Forschungsgruppe des Human Computer Interaction Lab (HCI) der Universität des Saarlandes in der Interaktions-Studie „I Need a Third Arm!“. Denn: „Es fehlt ein nutzerzentriertes, systematisches Verständnis darüber, wie Nutzer mit einem WRA interagieren möchten“.

Die empirische Studie (Öffnet in neuem Fenster) suchte nach prinzipiellen Interaktions-Modellen, nach Präferenzen der Nutzenden und nach bevorzugten Eingabebereichen sowie Steuerungszeichen. Dazu nutzte man einen passiven WRA-Prototypen in Form eines dritten Arms.

Erkennbar waren dabei „vielseitige Strategien der Interaktion“, also Berührung, Gesten, Blicke und Sprache. Wobei Gesten in der Luft und Berührungen klar im Vordergrund standen. Besonders die Übertragung der eigenen Körperbewegungen auf die des Roboters erwies sich als eine priorisierte Strategie. Waren beide Hände der Probandinnen und Probanden mit einer Aufgabe beschäftigt, dann wurden auch Geräusche genutzt – in erster Linie für grundlegende Steuerungen und Notsituationen, während Kopfbewegungen und Blicke die Bewegungen anleiteten. Handgesten auf dem Roboter selbst gehören ebenfalls zum bevorzugten Repertoire der Nutzenden.

Die Studie folgert, dass es im Grunde drei Hauptstrategien der Interaktion gibt: „Für die grundlegende Steuerung kann man sich von der Interaktion mit bestehenden Geräten inspirieren lassen“. Die Interaktion zwischen Menschen könne die Grundlage für Notfälle und kollaborative Aufgaben sein, die Körperbewegung wiederum sei eine natürliche Art, die Bewegungen des Roboters zu steuern. Eine Liste mit den bevorzugten Zeichen rundet die Studie ab, die sich als Basis für weitere Studien versteht.

I Need a Third Arm!

Von Marie Muehlhaus, Artin Saberpour, Jürgen Steimle (alle Universität des Saarlandes) und Marion Koelle (OFFIS. Oldenburg).
Die Studie ist im Original hier im pdf-Format (Öffnet in neuem Fenster) zu finden.

Human Computer Interaction Lab | Universität des Saarlandes
hci.cs.uni-saarland.de (Öffnet in neuem Fenster)
Marie Muehlhaus | muehlhaus@cs.uni-saarland.de (Öffnet in neuem Fenster)

Designrelevantes aus dem F&E-Universum – gescoutet von Martin

#sensors #microelectronics

Radar-Sensor im Winzformat

Foto: University of California, Davis

Sensoren, die Umweltdaten messen und digital bereitstellen, werden immer kleiner und billiger. Gyroskop, Temperatur, Magnetfeld, hochauflösende Kamera, Schall etc.: Wonach sich vor zwei, drei Jahrzehnten jeder Laborleiter die Finger geleckt hätte, stecken wir heute in Form des Smartphones in die Tasche. Einen weiteren Fortschritt auf diesem Feld vermelden Ingenieure der University of California, Davis (UC Davis). Sie haben einen neuen Radarsensor entwickelt, der auch kleinste Bewegungen registriert – bis hinunter zu 1/100 Millimetern. Der Sensor basiert auf der Millimeterwellen-Radartechnologie, ist nur so groß wie ein Sesamkorn und besonders energieeffizient. Ein spezielles Design eliminiert Hintergrundrauschen für genauere Messungen von Bewegungen oder Schwingungen. Im Labor detektierte der Sensor zum Beispiel den Wasserbedarf von Pflanzen, indem er minimale Änderungen der Blattdicke erfasste - als Indikator für Hydratation oder Dehydratation. Ein Schwarm solcher kostengünstigen Sensoren könnte Bewässerungssysteme in der Landwirtschaft effizienter steuern. Andere mögliche Anwendungen sind beispielsweise die Überwachung der strukturellen Integrität von Gebäuden oder leistungsfähigere Systeme für Virtuelle Realität, sagt das Team.

University of California, Davis | www.ucdavis.edu (Öffnet in neuem Fenster)

Prof. Omeed Momeni | High-Speed Integrated Electronic Systems Lab | omomeni@ucdavis.edu (Öffnet in neuem Fenster)

#fooddesign #biotec

Mikroalgen als Fisch-Ersatz

Foto: Universität Hohenheim / Lena Kopp

Sind vegane „Fisch“-Maultäschle die schwäbische Spezialität von morgen? An der Universität Hohenheim bei Stuttgart arbeiten Forschende jedenfalls an einer neuen pflanzlichen Fisch-Alternative aus Mikroalgen, die nicht nur reich an Protein und Omega-3-Fettsäuren ist, sondern auch die Umwelt schont. Die Mikroalgen werden in Photo-Bioreaktoren gezüchtet, können dabei Kohlendioxid binden und im Vergleich zu echtem Fisch Transportwege sparen. Um den intensiven Fischgeschmack der Mikroalgen für erweiterte Anwendungen zu mildern, experimentiere das Team mit verschiedenen Rezepturen sowie mit Fermentation durch Speisepilze. Das mittelfristige Ziel: eine Zulassung als neuartiges Lebensmittel, inklusive Nachweis der Sicherheit und gesundheitlichen Vorteile. Die ersten Verkostungsstudien mit Tortelloni, Flammkuchen und Smoothies aus Mikroalgen waren offenbar vielversprechend. Das Projekt wird von einem regionalen Lebensmittel-Hersteller unterstützt, der an einer späteren Vermarktung der Mikroalgen-Produkte interessiert ist.

Universität Hohenheim | Institut für Ernährungsmedizin | www.uni-hohenheim.de (Öffnet in neuem Fenster)

Prof. Dr. med. Stephan C. Bischoff | bischoff.stephan@uni-hohenheim.de (Öffnet in neuem Fenster)

#bionics #microelectronics #robotics

Lebende Technologien: Was ist machbar?

Abb: Forschungszentrum MAIN

Festhalten, was jetzt kommt, liest sich wie Science Fiction. Es geht um „lebende Technologien“, die Entwicklung von künstlichen Organismen aus mikroelektronischen Modulen, die sich selbst organisieren, verbessern und recyceln können. Ingenieur*innen an der TU Chemnitz forschen als Mitglieder des European Centre for Living Technology in Venedig an diesem hoch innovativen Thema und haben jetzt ein Resümee über den Stand der Technik in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ veröffentlicht. Darin geben die Wissenschaftler*innen des Forschungszentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN) zum ersten Mal einen umfassenden Überblick über die grundlegenden Durchbrüche im Bereich der „Lebenden Technologien“ und zeigen das Potenzial wie auch die Notwendigkeit einer solchen Entwicklung für den nachhaltigen Umgang mit technologischen Ressourcen auf. Letztlich, erklären die Forschenden, geht es darum, wie die Natur komplexe Entwicklungen auch in Umgebungen mit beschränkten Ressourcen nachhaltig zu vollziehen. Ein Beispiel aus der Forschung an der TUC: Sogenannte SMARTLETs, sie bestehen aus gefalteten und beweglichen Mikromodulen, die mit winzigen Silizium-Chips ausgestattet sind. Diese SMARTLETs können sich wie Zellen kopieren und weiterentwickeln, sie verfügen über neuromorphe Lernfähigkeiten und können sich zu größeren „Organismen“ zusammenfügen – faszinierend!

TU Chemnitz | Professur Materialsysteme der Nanoelektronik | www.tu-chemnitz.de (Öffnet in neuem Fenster)

Prof. Dr. Oliver G. Schmidt | oliver.schmidt@main.tu-chemnitz.de (Öffnet in neuem Fenster)

#recycling #materials #circulareconomy

Leder: Aus alt mach neu

Foto: HKRITA

Als Beiprodukt von Massentierhaltung und Fleischkonsum hat der traditionsreiche Werkstoff Leder in jüngerer Zeit ziemlich an Image verloren. Einige Autohersteller steigen bei ihren Sitzbezügen wie auch Modemarken bei Schuhen oder Taschen ganz auf vegane Alternativen um – die als meist synthetische Stoffe wieder eigene Probleme mit sich bringen. Gebrauchtes Leder nicht einfach wegzuwerfen, sondern in einen Stoffkreislauf zu überführen, scheint auf jeden Fall sinnvoll. Hier setzt eine Technologie an, die von Forschenden des Hong Kong Institute of Textiles and Apparel mit Unterstützung der H&M Foundation entwickelt wurde. Sie wandelt Lederabfälle in ein recycelbares und biologisch abbaubares Material um, das wie neues Leder aussieht und sich auch so anfühlt. Dafür wird das Altleder zerkleinert, um die Lederfasern zu isolieren. Dann wird das giftige Chrom aus dem Gerbvorgang in ein lösliches Salz umgewandelt und entfernt. Die gereinigten Fasern werden mit Zuckern und Proteinen zu einer gelartigen Masse verarbeitet. Diese bildet einen Film und wird mit einer zweiten Schicht aus Proteinfasern als Unterstruktur versehen. Während des Trocknens und Aushärtens verbinden sich die Fasern miteinander – stabil genug, um zu neuen Produkten verarbeitet zu werden.

www.hkrita.com (Öffnet in neuem Fenster)

#materials #coatings

Antihaftbeschichtungen ohne Fluor-Chemie

Foto: Fraunhofer IFAM

Selbstauskunft des Autors: Ich gehöre zu einer Generation, für die das „Raumfahrtmaterial“ Teflon lange synonym für Fortschritt, Lebensqualität und fettarmes Rührei stand. Inzwischen sind wir schlauer. Teflon und verwandte per- und polyfluorierte Alkylverbindungen, kurz PFAS gelten als „Ewigkeitschemikalien“, die in der Natur nicht abgebaut werden und sich mit noch weitgehend unbekannten Folgen über die Nahrungskette bis ins menschliche Gewebe anreichern. Zu Recht zeichnen sich Verbote bereits ab, doch womit zukünftig Pfannen (oder Gleitlager, oder Katheter...) beschichten? Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM hat eine fluorfreie Alternative entwickelt, die Plaslon-Beschichtung. (Öffnet in neuem Fenster) Diese Beschichtung wird mit Plasmatechnik hergestellt und bietet hervorragende Antihafteigenschaften, hohe mechanische Beständigkeit und Lebensmittelechtheit. Sie kann auf nahezu allen Werkstoffen aufgebracht werden, auch auf solchen, die bisher keine gute Antihaftwirkung hatten, wie Emaille, Glas, Steinzeug oder Porzellan. Die neuartige Beschichtung ist somit eine nachhaltige und richtungsweisende Lösung für das Design von Produkten, die eine Antihaftwirkung benötigen. Das Fraunhofer IFAM hat bereits Prozesse entwickelt, um Produkte in großen Stückzahlen wirtschaftlich zu veredeln.

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM | www.ifam.fraunhofer.de (Öffnet in neuem Fenster)

Dr. Ralph Wilken | ralph.wilken@ifam.fraunhofer.de (Öffnet in neuem Fenster)

#optics #smartmaterials #bionics

Schmetterling als Vorbild für Licht-Diffusor

Abb: Osaka University / K. Yamashits und A. Saito

Das intensive Blau der großen Morphofalter entsteht nicht durch Pigmente, sondern durch Lichtbeugung an Nanostrukturen auf den Flügeln dieser Schmetterlinge. Dieser Spur aus der Natur folgte ein Forschungsteam an der Universität Osaka und entwickelte einen nanostrukturierten Lichtdiffusor, der sowohl eine hohe Transparenz als auch eine breite Winkelstreuung aufweist. Er besteht aus transparentem Polydimethylsiloxan-Elastomer, das mit Hilfe von Plasmatechnik zweidimensionale Nanostrukturen unterschiedlicher Höhe und Breite erhält. Die beiden Seiten des Diffusors haben verschiedene strukturelle Skalen, um die Beugung für blaue und rote Lichtanteile zu korrigieren. Praktischer Nebeneffekt der Nanostruktur: ein „Lotuseffekt“, der die einfache Reinigung mit Wasser ermöglicht. Aber auch geschützt zwischen zwei Plangläsern blieben die optischen Eigenschaften weitgehend gewahrt. Der Bedarf an Diffusoren ist groß, sie werden zum Beispiel in der Hintergrundbeleuchtung von Displays, in flächigen Leuchten oder Tageslichtdecken eingesetzt – hier könnte der hohe Transmissionsgrad (>93%) der neuen Technologie die Effizienz steigern. Klares Silikonmaterial wird bereits heute für LED-Linsen eingesetzt. Lichttechniker*innen werden zudem begrüßen, dass die neuen Diffusoren je nach Ausprägung der Strukturen punktsymmetrisch (isotrop) oder achsensymmetrisch (anisotrop) streuen können.

Osaka University | www.osaka-u.ac.jp (Öffnet in neuem Fenster)

Global Strategy Unit | gi-strategy@cgin.osaka-u.ac.jp (Öffnet in neuem Fenster)

Zubehör für den Haushalts-Bot

Zum sechsten Mal hat die Electrolux-Gruppe mit Studierenden des schwedischen Umeå Institute of Design (UID) (Öffnet in neuem Fenster) zusammengearbeitet, um Ideen für das Zuhause der Zukunft zu entwickeln. Die diesjährige Aufgabe bestand darin, Zubehör für einen Service Roboter zu entwickeln, der damit die unterschiedlichsten Aufgaben im Haushalt erfüllen kann.

Die Studentinnen und Studenten untersuchten, welche neuen Lösungen und Produktdesigns gebraucht werden, wenn Putzen, Kochen, Geschirrspülen und Waschen in erster Linie vom Roboter und erst in zweiter Linie vom Menschen erledigt werden. Sie behielten dabei eine Vielzahl von Nutzenden im Blick – auch Sehbehinderte und ältere Menschen.

Tray Flex Assist

Diese Geschirrspül-Lösung unterstützt einen Roboter, der wiederum einem blinden Verbraucher hilft. Der Roboter trägt Geschirr, Gläser und Besteck in Tabletts mit einem Griff an der Oberseite zum und vom Tisch. Die Tabletts – in kontrastreichen Farben für Menschen mit eingeschränktem Sehvermögen – können direkt in den Geschirrspüler in Schubladenform gestellt werden. Der Geschirrspüler ist sprachgesteuert und verfügt über eine Öffnung, in die der Roboter seine Hand legen kann, um sie mit einer Silikonbürste zu reinigen.

Senti

Die Idee ist, dass der Roboter schwer zugängliche Bereiche für ältere Menschen saugt, die gemeinsam mit dem Roboter ihre Wohnung putzen, um aktiv zu bleiben. Der Roboter hebt den Staubsauger und die Aufsätze aus einer Dockingstation und reinigt nach den Anweisungen der App. Der Roboter bringt den Staubsauger zurück in die Docking-Station, entleert den Staub und reinigt die Aufsätze.

Atmos

Hier geht es darum, blinden Menschen das Kochen zu erleichtern und risikoärmer zu machen. Das Team hat ein Kochfeld mit einer Reihe von Löchern in der Oberseite entworfen, durch die Dampf oder Hitze freigesetzt wird – allerdings nur, wenn einer der benutzerdefinierten Töpfe darüber platziert ist. Auf dem Kochfeld kann gedämpft und an der Luft gebraten werden. Die rechteckigen Töpfe verfügen über vier kontrastreiche Farben und taktile Markierungen. Der sprachgesteuerte Roboter bringt sie auch auf den Tisch und wieder zurück.

Autocare

Diese kompakte Wäschelösung zielt darauf ab, dass ein Roboter einer alleinlebenden älteren Person hilft. Das Team hat einen Wäschekorb mit Fächern und Rädern entworfen, den der Roboter zur Waschmaschine zieht, die in die Küchenmöbel auf Hüfthöhe eingebaut ist. Die Trommel fährt aus der Wand heraus, der Roboter legt die Kleidungsstücke oben hinein, die Trommel fährt wieder ein und zeigt die verbleibende Zeit in großen, leuchtenden Zahlen auf ihrer Vorderseite an. Wenn der Waschgang beendet ist, springt die Trommel heraus, eine Schublade darunter öffnet sich, und die Wäsche fällt in die Schublade. Der Roboter kann anschließend helfen, die Wäsche zum Trocknen aufzuhängen.

Die Zusammenarbeit mit der Electrolux-Gruppe leitet auf Seiten der UID der außerordentliche Professor Thomas Degn. Zu den bisherigen Themen gehörten Entwürfe für Alleinstehende, die auf kleinem Raum leben (2022), für Mehrgenerationenhäuser (2021) und für die "neue Normalität" nach der Covid-Pandemie (2020).

Alle Fotos: Electrolux | UID

Armins Lektüretipp

Die Ablenkungsfalle

Von Reinhard Schneider | Oekom-Verlag 2023 | 264 Seiten | Print 25 Euro / E-Book 19,99 Euro

Reinhard Schneider ist geschäftsführender Gesellschafter der Werner & Mertz GmbH, besser bekannt durch seine Marke Frosch. Schneider hat das Familienunternehmen sukzessive auf Nachhaltigkeit getrimmt und dafür unter anderem 2019 den Deutschen Umweltpreis bekommen. In seinem Buch beschreibt er eingehend, dass es möglich ist, Ökologie und Ökonomie zu verbinden. Bei Frosch geht es dabei in erster Linie um die Verpackung der Reinigungsmittel, die aus Kunststoff bestehen. 2014 gelang es dem Unternehmen, eine Flasche aus 100% echtem Post-Consumer-Rezyklat herzustellen, sprich aus dem, was Gelbe Säcke zu bieten haben. Seit 2016 werden PE-Flaschen nur noch so hergestellt, seit 2021 bestehen PET-Flaschen zu 50% aus den Inhalten von Gelben Säcken. Der Titel des Buches übrigens verweist auf die vielen Aktionen der Wirtschaft, die Probleme zu umgehen und stattdessen lieber in Greenwashing zu investieren. Das schwingt mitunter etwas zu viel Eigenlob mit, aber im Grunde liegt Schneider vollkommen richtig – und hat geschäftlichen Erfolg. Denn Frosch ist zwar etwas teurer als seine Mitbewerber, aber in vielen Bereichen dennoch die Nummer 1 und eine der bekanntesten wie glaubwürdigsten Marken. Schneider ist Fan von Open Innovation und partnerschaftlichen Entwicklungen, hält nichts von der energiehungrigen Pyrolyse von Kunststoffen oder Bioplastik, weil diese kein Problem lösen. Sein Credo: Kreislaufwirtschaft. Und sagt, dass Nachhaltigkeit nicht Teil der Unternehmenskultur sei, sondern ihr Kern.

Ein schnell gelesenes, aber sehr informatives Buch, das mit manchen Annahmen aufräumt und den Blick hinter die schönen Klimaneutral-Labels schärft.

Unsere KNOW-HOW Tipps