Design Workshop 2 – illuminAID

Das Projekt „illuminAID“ wurde im Rahmen der Veranstaltung Design Workshop 2 im Wintersemester 2013/2014 von den Studenten Thomas Burghart und Marita Plafka entwickelt. Die Veranstaltung stand unter dem Thema “Backofen der Zukunft” und wurde durch die BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, insbesondere der Marke NEFF mitveranstaltet..

Idee und Motivation

Ziel des Projekts war die Entwicklung zukunftsträchtiger Ideen zur Umsetzung in der Türe eines Backofens. Unsere Idee dazu sollte ein Visualisierungskonzept sein, um die Informationen des Ofens auf eine andere Art und Weise unterstützend darstellen zu können.
IlluminAID (AID = Ambient Information Display) bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten der Anzeige von Informationen. Durch einzeln ansteuerbare LEDs, die innerhalb der Ofentür hinter der Abblendung rundherum in das Glas leuchten, können auf einfache und intuitiv verständliche Art und Weise alle nötigen Informationen für den Umgang mit dem Backofen dargestellt werden. Dies kann durch Farbe, Helligkeit und/oder Bewegung geschehen.

Beleuchtungskonzept

Unterstützend werden während dem Einstellen die ausgewählten Modi/Werte angezeigt. Dazu wurde die Symbole der realen Funktionen auf den beleuchteten Rahmen übertragen.

Bei der Benutzung wird über eine Art Progress Bar mit einem Blick klar, wie weit der Ofen mit dem Vorheizen fortgeschritten ist oder wie lange das Backgut noch im Ofen bleiben muss. Hierbei unterscheiden wir zwischen einem fließenden (Vorheizen) und einem harten Übergang (Timer).

Durch visuelles Feedback kann die Aufmerksamkeit zu wichtigen Zeitpunkten (Blinken wenn Vorheizen abgeschlossen/Zeit abgelaufen,…) auf den Ofen gelenkt werden.
Für die verschiedenen Einstellungen sollte eine einheitliche Farbe verwendet werden, damit das Konzept nicht einer Disco gleicht. Farben mit eindeutigen Bedeutungen (rot = Hitze, Warnung) können aber trotzdem eingebaut werden.

Technische Umsetzung

Um die erstellten Konzepte umsetzen zu können mussten wir ein LED-Band mit einzeln ansteuerbaren LEDs verwenden. Dabei fiel die Entscheidung auf den WS2812 RGB-LED Streifen mit 72 Lichtern pro Meter. Das LED-Band wird über einen Arduino angesteuert. Durch den Einsatz der NeoPixel Library können die einzelnen LEDs einfach angesteuert werden. So besteht hier als größte Aufgabe über die Positionen der einzelnen LEDs zu iterieren und deren Farbwert zu setzen.

Zur Steuerung des Prototyps wurde der Arduino mit einer GUI über Processing verbunden. Dies wurde nur beispielhaft verwendet, da das Konzept mit jeder Art von Input kombinierbar sein soll. Der Datenaustausch zwischen der GUI und dem Microcontroller erfolgt über den Serial-Port, an dem der Arduino angeschlossen ist. In diesen werden Buchstaben- und Zahlencodes geschrieben. Derweil hört der Arduino was auf dem Serial-Port passiert und liest die dortige Eingabe aus. Dadurch können die verschiedenen Funktionen ausgelöst werden.

Das LED-Band wurde für den Hardware-Prototypen in einer Holzkiste verbaut. Dabei strahlt es in eine Plexiglasplatte hinein. Zur besseren Streuung des Lichts wurde davor eine weiter Plexiglasplatte und semitransparentes Papier platziert.

Vorteile

Das Konzept ist unabhängig von den verschiedenen Möglichkeiten, wie man die Einstellungen vornehmen kann. Außerdem lässt sich das Konzept sehr gut bei den heutzutage häufig bevorzugten offenen Küchen benutzen, denn auch aus der Entfernung sind sämtliche Anzeigen gut zu erkennen. Besonders angenehm ist die Tatsache, dass sich das Beleuchtungskonzept an den wirklichen Funktionsweisen des Ofens orientiert, weswegen es intuitiv verständlich ist. Zudem kann man das Licht so einstellen, dass es sich auch in das Beleuchtungskonzept der kompletten Küche integriert.

Design Workshop 2 – FootSense

Das Projekt „FootSense“ wurde im Rahmen der Veranstaltung Design Workshop 2 im Wintersemester 2013/2014 von den Studenten Mengbing Guo, Lara Hirschbeck und Yixin Shou entwickelt. Die Veranstaltung stand unter dem Thema “Backofen der Zukunft” und wurde durch die BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, insbesondere der Marke NEFF mitveranstaltet.

Idee und Motivation

Am Anfang stand die Idee, den „Backofen der Zukunft“ zu entwickeln.
Nach einem ausführlichen Brainstorming, in dem allerlei Möglichkeiten der Bedienung eines Backofens besprochen, erläutert und verworfen wurden, entschieden wir uns für ein Fußsystem zur Bedienung.
Der Weg dorthin ergab sich, da es sich grundsätzlich etwas schwierig gestaltet, eine Backofentür zu öffnen, wenn man bereits ein schwer beladenes Backblech in den Händen balanciert.
Um weiteren Unannehmlichkeiten wie beschlagenen Brillen bis hin zu Verbrennungen durch heißen Dampf zuvorzukommen hatten wir nach Alternativen gesucht.

Erste Inspirationen zur Umsetzung der Interaktion per Fuß holten wir uns von Tretöffnern bei Mülleimern und dem berührungslosen Öffnungssystem der Autoheckklappen von namhaften PKW-Herstellern.

Konzeption

Erste Entwürfe auf dem Papier stellten noch ein System mit mechanischer Fuß-Taste einer Sensorerkennung gegenüber.

Letztere machte das Rennen, da sie unter anderem für alle Einbauarten von Backöfen geeignet ist, schlicht und flexibel einbaubar ist und durch Codierung in einer ganzen Fußgeste auch mehr Sicherung gegen Kinder und Haustiere bietet als eine mechanische Taste.

Es sollte weiterhin eine Projektion der Fußgeste auf den Boden erfolgen, um dem Benutzer eine Step-by-step-Anleitung zu bieten, indem die entsprechenden Fußstellungen abgebildet werden.
Bei den Fußgesten entschieden wir uns für eine Variante, welche parallel zum Ofen durchzuführen ist, um so automatisch schon einen Sicherheitsabstand des Benutzers zum Backofen vorgeben zu können.

Umsetzung

Die technische Umsetzung unsererseits erfolgte mit verschiedenen Komponenten. Als Basis diente ein PC mit Windows 8, auf dem Visual Studio 2012 installiert wurde.
Dies war nötig, um mit einer Windows Kinect für die entsprechende Gestenerkennung sorgen zu können.
Unser Prototyp erhielt eine Klappe, welche über ein Arduino UNO mit angeschlossenem Motor und einer externen Stromversorgung geöffnet und geschlossen werden konnte.
Zur Kommunikation zwischen Kinect und Arduino nutzten wir einen COM-Port.
Desweiteren war ein Beamer an den Laptop angeschlossen, welcher für die Projektion der Schritte auf den Boden sorgte. Die entsprechenden Anzeigen wurden ebenfalls über das Programm der Kinect gesteuert.

Umsetzung als professioneller Prototyp und Präsentation auf der TEI 2014

Uns wurde anschließend die Ehre zu teil, unser Konzept von NEFF in Zusammenarbeit mit dem Modellbauer Manfred Nagel von Modell-n umzusetzen.
Die wesentlichen Bestandteile wie das Arduino, die Kinect und ein Beamer blieben dabei erhalten, wurden aber in eine professionelle Präsentationsumgebung integriert und an einen NEFF-Backofen mit motorbetriebenem Slide & Hide-Türöffnungssystem angeschlossen.
Das fertige Modell wurde dann vom 16. bis 19. Februar 2014 auf der TEI 2014 von uns Studenten präsentiert.
Dabei konnten wir erste Konferenzluft schnuppern und viele positive und konstruktive Kritiken bezüglich unserer Idee sammeln. Einige Anpassungen sind bereits in Planung.

Design Workshop 2 – HoverTouch

Das Projekt „Hovertouch“ wurde im Rahmen der Veranstaltung Design Workshop 2 im Wintersemester 2013/2014 von den Studenten Sebastian Rehm und Peter Siegl entwickelt. Die Veranstaltung stand unter dem Thema “Backofen der Zukunft” und wurde durch die BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, insbesondere der Marke NEFF mitveranstaltet.

Idee und Motivation

Der Backofen ist Teil jeder modernen Küche. Idealerweise ist er leicht unterhalb Augenhöhe angebracht und gibt durch die gläserne Backofentür seinen schmackhaften Inhalt preis. Zusammen mit der obenliegenden Bedienleiste nimmt der Backofen jedoch einen großen Teil der Fläche in der Küchenzeile ein. Völlig ungenutzt bleibt dabei die großflächige Backofentüre. Genau hier setzt unser Konzept an.

Die Backofentüre wird zur interaktiven Oberfläche auf der die Elemente dargestellt werden, die bisher in der Bedienleiste verankert waren. Die oftmals kleinen und schlecht sichtbaren Beschriftungen und Symbole werden ersetzt durch große, digitale Bedienelemente. Die obere Bedienleiste mit Knöpfen und Drehreglern wird dadurch überflüssig und der Backofen verkleinert sich.

Umsetzung
Es liegt nahe als Alternative zur Steuerung des Backofens mit haptischen Bedienelemente eine Touch-Bedienung zu implementieren. Allerdings ergeben sich in Bezug auf den Nutzer-Kontext und die physikalischen Begebenheiten der Backofentüre zwei Probleme. Die unangenehme Hitze, die sich selbst auf Doppelverglasten Backofentüren niederschlägt verhindert eine angenehme, direkte Bedienung. Der zweite Nachteil ist, dass die Backofentüre verschmutzen würde, wenn die Steuerung beispielsweise mit mehligen Händen erfolgt.

Daher nutzen wir eine Technik namens HoverTouch, die aus dem Bereich der Smartphones entliehen ist. Sie ermöglicht es in einem gewissen Abstand, üblicherweise zwischen 2-10 cm, mit der Benutzeroberfläche zu interagieren. Dazu müssen keinerlei Gesten erlernt werden, da der Finger als Pointer dient und sich dadurch alle Einstellungen des Backofens vornehmen lassen.

Durch ihre Größe bieten sich die neuen Bedienelement auch zur Anzeige weiterer Informationen an. So zeigt das Temperatur-Element an wie weit der Backofen schon vorgeheizt ist. Das Element für die Stoppuhr zeigt auch grafisch an dass gerade Zeit abläuft. Somit ist auch aus weiterer Entfernung der Zustand des Backofens erfassbar.

Bei der Erstellung der eigentlichen Bedienelemente wurde insbesondere auf eine einfache Bedienbarkeit und intuitive Verständlichkeit geachtet. Um das Konzept möglichst realitätsnah zu halten haben wir den interaktiven Bereich auf den linken Rand der Türe beschränkt. Angesichts der begrenzten Genauigkeit des HoverTouch und des eingeschränkten Platzes hat sich eine Bedienung über die Hover-Dauer herauskristallisiert.

Bedienelemente werden aktiviert nachdem der Finger kurze Zeit darüber schwebt. Die Aktivierung selbst wird durch einen Fade-Effekt hervorgehoben. Nach der Aktivierung werden zwei Pfeile oder Minus und Plus zur Veränderung der jeweiligen Einstellung (Modus, Temperatur, Dauer) angezeigt. Diese werden wiederum durch Hovern getriggert. Verlässt man das aktivierte Element mit dem Finger, geht es wieder in den inaktiven Zustand über.

Technische Details und Schwierigkeiten

Um eine möglichst agile und schnelle Arbeitsweise zu garantieren haben wir uns für eine webbasierte Umsetzung des Protypen entschieden. Als Framework kam Backbone.js zum Einsatz und das Interface wurde klassisch mit HTML und CSS umgesetzt.

Der Prototyp lief auf einem handelsüblichen 19″ Monitor mit Seitenverhältnis 4:3. Um das Aussehen eines Backofens zu imitieren, wurde eine silberne Plastik-Umrandung mit einem Türgriff am Monitor befestigt. Die Software des Prototypen besteht komplett aus einer Webapplikation die stark auf JavaScript setzt um die Interaktivität der Oberfläche zu simulieren.

Für die Erkennung der Fingerinteraktionen kam ein Leap-Motion-Controller zum Einsatz, der im Griff untergebracht wurde. Im oberen Bereich funktionierte die Erkennung des Leap-Motion optimal, während das untere Drittel am Rande des Erkennungsbereichs lag. Dort kam es sporadisch zu einem Verlust der Erkennung, was aber die Interaktion nicht übermäßig beeinträchtigte.