NEFF Design Workshop: Airslider – Dunstabzugshaube mit haptischem Luftkissen-Slider

 Idee und Motivation

Ziel des Projekts war die Entwicklung eins neuartigen Eingabekonzepts inklusive haptischem Feedback zur Ansteuerung einer Dunstabzugshaube. Anstelle von Druckschaltern, wollten wir die Eingabe über eine in die Vorderseite der Dunstabzugshaube integrierte touchsensitive Oberfläche ermöglichen. Der Benutzer fährt mit einem Finger über die Schaltfläche und kann analog der unten gezeigten Darstellung die Stärke der Dunstabzugshaube steuern.

Dies hat den Vorteil, dass der Benutzer nicht mehr mehrere Knöpfe drücken muss, sondern die Dunstabzugshaube direkt, schnell und stufenlos regeln kann, indem er seinen Finger an eine bestimmte Stelle auf der neuen Oberfläche bewegt. Zusätzlich wird die Eingabe durch Luft, die durch kleine Löcher in der Oberfläche strömt, fühlbar gemacht.

Vorgehen und Umsetzung

Grundvoraussetzung zur Realisierung unserer Idee waren zwei Technologien: Um Nutzereingaben zu ermöglichen – also zur Realisierung der touchsensitiven Oberfläche – benötigten wir eine kapazitive Steuerung. Außerdem mussten wir uns für das haptische Feedback, also die Umsetzung des Luftstroms mittels passenden Aktuatoren, auseinandersetzen.

Im ursprünglichen Konzept war außerdem eine Ansteuerung des Lichts vorgesehen, die im finalen Prototyp jedoch nicht umgesetzt wurde. Um den Ablauf des Projekts, und den Entwicklungsprozess in vollem Umfang darzustellen und nachvollziehbar zu machen, gehen wir in der Dokumentation der Umsetzung vom ursprünglichen Konzept aus.

Die gesamte Schaltfläche war durch eine Matrix in 10 Bereiche unterteilt, die jeweils bestimmten Einstellungen der Dunstabzugshaube entsprechen:

–      Bereich 0:         Die Dunstabzugshaube ist aus, das Licht ist aus

–      Bereich 0L:       Die Dunstabzugshaube ist aus, das Licht ist an

–      Bereich 1:         Die Dunstabzugshaube läuft auf Stufe 1, das Licht ist aus

–      Bereich 1L:       Die Dunstabzugshaube läuft auf Stufe 1, das Licht ist an etc.

Eine Bewegung nach oben sorgt in diesem Konzept dafür, dass das Licht eingeschaltet wird, eine Bewegung nach unten dafür, dass das Licht ausgeschaltet wird. Bewegungen nach Rechts und Links regeln die Stärke der Dunstabzugshaube.

Nutzereingaben mit CapSense

Berührt der Nutzer die Schaltfläche mit seinem Finger, so wird durch kapazitive Messungen ermittelt welches Feld er momentan berührt und die Dunstabzugshaube wird entsprechend eingestellt.

Für die Realisierung der Schaltfläche wurde in unserem Funktions-Prototypen eine Platte aus Kunststoff verwendet. Mit dem Lasercutter wurden in regelmäßigen Abständen Löcher (1mm Durchmesser) in die Kunststoffplatte geschnitten. Anschließend lackierten wir die Platte mit Silberleitlack, so dass 10 leitende Flächen entstanden. Die leitenden Flächen wurden über Leiterbahnen mit Kabeln verdrahtet und mit einem Arduino verbunden.

Mithilfe der CapSense-Bibliothek für Arduino wurden die erhaltenen Messwerte ausgelesen und ausgewertet. Als Vorlage für die Schaltung und das Arduino Programm wurden folgende Links verwendet:

http://dm.risd.edu/~pbadger/AM/pmwiki/pmwiki.php?n=Devices.CapacitiveSensing
http://www.arduino.cc/playground/Main/CapSense

Wichtig ist zu beachten, dass sich die eingebauten Kondensatoren nach einer Weile aufladen und somit die Messwerte verfälscht werden. Wir haben daher unserem Programm einen Counter hinzugefügt und die Pineinstellungen des Arduinos alle 30 Sekunden neu initialisiert. Hier gibts unseren Code zum Herunterladen.

Download Code (.pde)

Design

Damit die Vorderseite dem Nutzer als eine durchgehende Fläche erscheint und die 10 leitenden Felder nicht sichtbar sind, wurde die Oberfläche bis auf minimale Aussparungen an den Rändern der Löcher mit schwarzem Lack versehen. Äußerlich erscheint die gesamte Oberfläche der Schaltfläche als ein Bereich, so dass beim Nutzer der Eindruck einer kontinuierlichen Einstellung entsteht. Um trotzdem weiterhin eine kapazitive Messung zu ermöglichen, wurden rund um die Löcher Aussparung beim Lackieren freigelassen. Um das zu erreichen, haben wir die Löcher vorher mit Nägeln verschlossen.

Im Endprototyp der Firma Designobjekte wurde ebenfalls eine kapazitive Schaltung verwendet.

Lichtkonzept

Ursprünglich sollte die gesamte Schaltfläche von einem 5mm breiten Rahmen aus durchsichtigem Plexiglas eingefasst und anschließend in die Oberfläche der Dunstabzugshaube bündig eingepasst werden. Hinter der durchsichtigen Plexiglasfassung wurden LEDs angebracht, die leuchteten, sobald das Licht der Dunstabzugshaube eingeschaltet wurde.

Die Funktionsweise des Prototyps wird durch das beigefügte Video ersichtlich.

Die vier grünen LEDs im Video symbolisieren die eingestellte Stärke der Dunstabzugshaube, das gelbe Lämpchen am Arduino leuchtet, sobald das Licht eingeschaltet wird. Eine Bewegung nach oben sorgt in diesem Konzept dafür, dass das Licht eingeschaltet wird, eine Bewegung nach unten dafür, dass das Licht ausgeschaltet wird. Bewegungen nach Rechts und Links regeln die Stärke der Dunstabzugshaube.

Haptisches Feedback

Anfangs sollte das haptische Feedback, das der Nutzer bei der Interaktion mit der Dunstabzugshaube erfährt, durch einen variablen Unterdruck an der Rückseite der Schaltfläche erzeugt werden. Dadurch wurde an der Vorderseite des Bedienfeldes Luft durch die kleinen Löcher in der Oberfläche angesogen.

In unserem ersten Funktions-Protoypen wurde der Unterdruck durch einen Staubsaugermotor generiert. Tests ergaben durchaus spürbare Unterschiede bei Veränderungen der Ansaugstärke des Geräts mit verschiedenen Lochdurchmessern.

Alternativ testeten wir die Verwendung von Luftdruck, der durch einen Kompressor generiert wurde. Durch die Druckluft entsteht ein Luftkissen, auf dem der Finger des Nutzers angenehm über die Eingabefläche gleiten kann. Der Aufbau einer kompletten Steuerung war mit unseren Mitteln in der Werkstatt leider nicht möglich. Nach einiger Recherche waren wir uns allerdings sicher, dass sich eine Steuerung der Pneumatik durch magnetische Proportionalventile  und Drosseln realisieren lässt.

Letztendlich wurde der Prototyp mit der Druckluft-Variante umgesetzt (Siehe Bild vom fertigen Prototypen). Zum einen, weil das Gefühl des Gleitens auf einer Oberfläche als angenehmer empfunden wurde, zum anderen, da das Ansaugen von Luft aus der Umgebung schnell zu einer Verunreinigung der Elektronik führen würde.

Realisierung des Messeprototyps mit Manfred Nagel und Designobjekte

Anhand unseres funktionalen Prototyps konnten wir unsere Idee dem Team der Modellbaufirma Designobjekte nahebringen. Bei mehreren Abnahmeterminen konnten wir den aktuellen Stand der Prototypen begutachten und gemeinsam mit dem Modellbauer an Detailfragen arbeiten. Eine besondere Schwierigkeit in unserem Fall war zunächst, dass die Luft auch aus Löchern, die nicht vom Nutzer verdeckt wurden, herausströmte. Dies war unangenehm für den Nutzer, da dadurch ein unangenehmer kalter Luftzug im Gesicht entstand. Ein weiteres Problem war die Verzögerungszeit der Druckluftventile und damit der Verlust der scheinbaren Stufenlosigkeit. Als Lösung des Problems wurden die Löcher einzeln angesteuert, so dass die Luft nur dort ausströmt, wo der Nutzer die Oberfläche mit seinem Finger berührt.

Die finale Präsentation

Während der Munich Creative Business Week präsentierten wir unseren Prototyp im Rahmen der Ausstellung „Home Heroes“ am 12.02.2012 der Öffentlichkeit. Besucher der Ausstellung konnten außendem Semesterarbeiten zum Thema Designkonzepte für Hausgeräte von Morgen begutachten, die von den zur BSH-Gruppe gehörenden Marken Bosch, Siemens, Neff und Profilo ausgewählt wurden.

Das Besondere an den Prototypen der LMU war, dass sie im Vergleich zu den meisten Ausstellungsstücken und Ideen auch voll funktionsfähig waren. Somit konnten die Besucher das haptische Feedback direkt persönlich erfahren. Die Rückmeldungen der Besucher waren größtenteils positiv. Für uns war es ein sehr gelungener Abschluss und eine gute Möglichkeit Feedback und Anregungen zu bekommen.

Dieses kurze Video wurde während der Messe aufgenommen.

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