Image: Touchscreen unter DruckFERCHAUFERCHAUDas vom Fraunhofer-Institut IPA entwickelte Robotersystem kann typische Anwendungsszenarien von Nutzern auf beliebigen Geräten mit Mensch-Maschine-Schnittstelle, beispielsweise Touchscreens, tausendfach in kürzester Zeit nachstellen. | Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez
TechnikRoboter testet Mensch-Maschine-Schnittstellen

Touch­screen unter Druck

Lesezeit ca.: 3 Minuten
Rüdiger Vossberg

Rüdiger Voßberg

freier Journalist

Stresstest für Tastaturen und Displays: Das Fraunhofer-Institut für Produkti­ons­technik und Automati­sie­rung IPA in Stuttgart hat einen automati­sierten Belastungs­prüf­stand für Touchscreens und andere Typen sogenannter Mensch-Maschine-Schnittstellen gebaut.

01. März 2016

Der mechanische Lichtschalter zählt wohl zu den frühesten Exemplaren einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) – im internatio­nalen Sprachge­brauch auch als Human Machine Interface (HMI) bezeichnet. In den vergangenen Jahrzehnten wurden diese technischen Komponenten für die Kommunika­tion zwischen dem Menschen und seinen Maschinen von einfachsten Werkzeugen zu computer­ge­stützten Multi-Media-Tools von Ingenieuren und Wissenschaft­lern weiterent­wi­ckelt.

Der Facetten­reichtum der HMI-Schnittstellen zeigt sich heute an Beispielen wie Computer, Handy, Fernseher, Braille-Terminal oder numerischen Steuerungs­ein­heiten, deren Benutzer­ober­flä­chen vollkommen unterschied­lich sind. Und neben diesen visuellen HMI-Schnittstellen gibt es auch noch akustische und sprachge­steu­erte Exemplare, die zukünftig an Bedeutung gewinnen werden.

Alle Geräte sind in ihren speziellen Anwendungs­be­rei­chen deshalb schon unterschied­lichsten Umweltbe­din­gungen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Das verwendete Material – wie zum Beispiel in Displays – wird durch eine kontinuier­liche Benutzung besonders beansprucht und ist irgendwann in seiner Funktiona­lität so beeinträch­tigt, dass dann auch die komplette Schnittstelle dem Menschen ihren Dienst versagt.

Roboter imitiert den Fingerdruck

Nun hat das Fraunhofer-Institut für Produkti­ons­technik und Automati­sie­rung IPA in Stuttgart einen roboterge­steu­erten Lebensdau­er­test vorgestellt, mit dem Geräteher­steller gezielt ihre spezifischen Alltagsbe­an­spru­chungen simulieren können, um die Haltbarkeit der Produkte schon vor dem Verkauf zu ermitteln. „Typische Anwendungs­fälle für unterschied­liche Geräte sind in unseren automati­sierten Testreihen beliebig lange durchführ­bar“, erklärt der IPA-Experte Milad Geravand.

Zigtausende von Wiederho­lungen in wenigen Tagen: Was manuell nur schwer zu leisten wäre, absolviert jetzt das neu entwickelte Robotersystem in kürzester Zeit und kann dabei noch die unterschied­lichsten Anwendungs­fälle für Mensch- Maschine-Schnittstellen nachstellen und ungestört dauertesten: Tastenbe­fehle, Eingabe von Informationen und Aktionen mit den Fingern, der gesamten Hand oder mit einem Stift – zum Beispiel für ein Touchpad. Die Geräteher­steller können dadurch genaue Kenntnisse über die Produktqua­lität erhalten, um so ihre Garantie­leis­tungen rechtssi­cherer zu formulieren.

„Uns ist es gelungen, das Robotersystem so einzurichten, dass es einen Anwendungs­fall, wie zum Beispiel die Bedienung eines Geldauto­maten, genau nachstellen kann,“ berichtet Geravand. Für jedes zu prüfende HMI-Gerät entwerfen die Fraunhofer-Wissenschaftler zusammen mit dem Hersteller zunächst die typischen Nutzungs­sze­na­rien und Belastungs­pro­file für das spätere kommerzi­elle Einsatzge­biet.
Aufbauend auf diesen Kenntnissen richten die Forscher ihr Robotersystem ein. Herzstück der Stuttgarter Entwicklung ist der sogenannte Endeffektor, ein mit zahlreichen Sensoren besetzter Datenfinger, der sein menschli­ches Pendant für die Testzwecke mit allen Eigenschaften imitieren soll. „Unser System ist dabei so flexibel, dass wir nahezu alle vorstell­baren Berührungs­sze­na­rien simulieren können“, konstatiert Milad Geravand.

Gleichblei­bende Testqualität

Für eine detailge­treue Programmie­rung des Robotersys­tems sind zahlreiche Parameter exakt zu bestimmen, um die Belastung der Mensch-Maschine-Schnittstelle bei der Benutzung zu bewerten. Hierzu zählen beispiels­weise die Dauer und der Kraftauf­wand, mit der die Probanden ihre Handlungen ausführen, denn die Wissenschaftler messen solche Belastungen immer in authenti­schen Situationen mit Testpersonen.

Bei den Versuchs­reihen mit Touchscreens kommt es auch darauf an, wo der Kontakt mit der Oberfläche typischer­weise stattfindet. Diese Daten nutzen die Wissenschaftler, um die Kräfte und die Bewegungen des Roboterarms entsprechend zu konfigurieren.
Und der Automat lernt seine Lektionen im Handumdrehen. Geravand schätzt die durchschnitt­liche Vorberei­tungs­zeit für die einzelnen Lebensdau­er­tests auf höchstens eine Woche. „Es hat uns auch überrascht, wie schnell und präzise wir die Alltagssze­na­rien tausendfach wiederholen können.“

Der Vorteil für die Geräteher­steller: Durch die immer gleichen Bedingungen und reproduzier­baren Ergebnisse erhalten sie wichtige Erkenntnisse, die bei der Herstellung der Produkte zu einer besseren Qualität führen können.

Dabei testen die Fraunhofer-Wissenschaftler nicht nur im eigenen Labor, sondern können ihr Robotersystem entweder vor Ort beim Hersteller einrichten oder bereits bestehende Robotersys­teme für die Lebensdau­er­tests anpassen.