Emmanuel Defay

© Uwe Hentschel

Emmanuel Defay forscht am LIST daran, piezoelektrische Materialien möglichst transparent zu gestalten.

Im allgemeinen Sprachgebrauch wird bei uns Menschen zwischen fünf Sinnen unterschieden. Wir können hören, riechen, schmecken, sehen und tasten. Zweien dieser Sinne werden unsere Handys bereits gerecht. Erst konnten wir damit hören und durch die Weiterentwicklung zum Smartphone schließlich auch sehen. Am Luxembourg Institute for Science and Technology (LIST) wird bereits an der dritten Stufe geforscht: dem Tastsinn. Einer der Forscher ist Emmanuel Defay. Der Materialwissenschaftler hat sich insbesondere auf piezoelektrische Materialien spezialisiert. 

Emmanuel, was sind piezoelektrische Materialien?

Piezoelektrische Materialien sind Isolatoren die einen Stromfluss verhindern. Bei Isolatoren, die beispielsweise aus Glas, Gummi oder Kunststoff bestehen, kann die elektrische Ladung also nicht durchfließen. Im Fall piezoelektrischer Materialien kann der Strom dabei aber die Form des Isolators gezielt verändern. 

Wir an der LIST-Abteilung für Materialforschung sind in diesem Bereich auf ganz dünne Folien im Mikrometerbereich spezialisiert, die sich beispielsweise in Smartphones oder Smartwatches einbauen lassen. In der Regel wird dafür als Träger Silikon verwendet. Doch wir befassen uns unter anderem damit, diese piezoelektronischen Materialien auf Glas aufzubringen. Und dieses Glas könnte dann als Fenster in Häusern oder Autos zum Einsatz kommen, oder aber eben in Smartphones. 

Was bringt eine solche Anwendung auf der Oberfläche eines Smartphones?

Wir arbeiten momentan mit dem Start-Up-Unternehmen Hap2U aus Frankreich zusammen, das bereits eine technische Anwendung dafür hat. Dabei handelt es sich aber noch nicht um die ultradünnen Folien, sondern zunächst um kleine Flächen von ungefähr einem Quadratzentimeter und einer Dicke von einem Millimeter. Diese werden auf dem Display eines Smartphones installiert. Die Idee dieser piezoelektronischen Folien beziehungsweise flachen Klötze ist die, Vibrationen auf das Glas zu übertragen. 

Die Übertragung von Vibrationen im Smartphone ist aber doch nichts Neues…

Ja, das stimmt. Smartphones können vibrieren, und das kann man auch mit der Hand fühlen. Was aber nicht möglich ist, ist eine differenzierte und feine Wahrnehmung mit den Fingern. Man fühlt also nur die Vibration, mehr aber auch nicht. Mit dieser neuen Technologie, bei der Akustikwellen in einer sehr viel höheren Frequenz erzeugt werden, lassen sich die Vibrationen vielfältig und sehr fein variieren. 

Es besteht also die Möglichkeit, die Textur von Gegenständen, die wir auf dem Display sehen, durch Vibrationen zu simulieren. Wir sehen beispielsweise einen Stein auf dem Bildschirm, fahren mit dem Finger darüber, und es fühlt sich an wie ein Stein. Genauso gut kann man auch die Beschaffenheit unterschiedlicher Textilien über das Display erfühlen. 

Wenn ich also zukünftig online eine Hose oder ein T-Shirt bestellen will, kann ich vorher tasten, ob der Stoff angenehm ist oder nicht?

Exakt. Das ist eines der möglichen Einsatzgebiete. Das Unternehmen, mit dem wir arbeiten, hat ein sehr anschauliches Demonstrationsmodell entwickelt, um zu zeigen, was möglich ist. Sie haben ein Tablet mit der Technik ausgestattet. Auf dem Display zu sehen ist ein Fisch mit Schuppen. Je nachdem, in welche Richtung der Nutzer mit dem Finger über die Schuppen des Fisches fährt, fühlt es sich entweder glatt an oder aber er spürt bei jeder Schuppe einen kleinen Widerstand. In Kombination mit dem Bild des Fisches entsteht dadurch der Eindruck, als könne man die Schuppenstruktur tatsächlich fühlen. Außerdem ist diese Technologie die einzige, die eine Art „Knopf-Lösung“ bietet. Das macht es möglich, ein Klicken zu fühlen, wenn man auf die Glasoberfläche drückt.

Piezoelektrische Materialien müssen also möglichst transparent sein?

Genau das ist die Herausforderung. Isolatoren sind in den meisten Fällen ja ohnehin durchsichtig. Was wir brauchen, sind dazu dann noch Elektroden, die ebenfalls möglichst transparent sind, was wiederum ein weiteres Projekt der Abteilung für Materialwissenschaften ist. Und wir forschen daran, das zusammenzufügen. Eine solche Transparenz ist nicht für alle piezoelektronischen Anwendungen auf Glas notwendig, in unserem konkreten Fall aber schon.

Was denkst du, wann unsere Smartphones oder Tablets mit dieser Technik ausgestattet sein werden?

Das ist schwer zu sagen. Aber es wird in vielen Bereichen mit Hochdruck daran gearbeitet. Auf dem sogenannten Technology Readiness Level (TRL), mit dem man den Entwicklungsstand einer neuen Technologie auf einer Skala von eins bis neun definiert, sind wir nach meiner Einschätzung derzeit ungefähr bei Level vier. Wir sind also in einer Stufe, in der die Industrie bereits involviert ist, Anwendungen ausprobiert und weiterentwickelt.  

Interview: Uwe Hentschel

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Wie werden die piezoelektronischen Bestandteile auf das Glas aufgetragen?

Dazu sagt Emmanuel Defay: „Es gibt verschiedene Möglichkeiten. Wir machen es mit einem Drucker, weil das Rohmaterial, mit dem wir arbeiten, flüssig ist. Das macht die Anwendung vergleichsweise kostengünstig, da man das Material nur genau dort auftragen kann, wo man es benötigt. 

Eine andere Möglichkeit ist die, die Flüssigkeit auf eine rotierende Glasoberfläche aufzutragen. Durch die Zentrifugalkraft wird das Liquid dann gleichmäßig verteilt. Danach schneidet man dann das heraus, was man nicht benötigt. Im Gegensatz zum Drucken fällt dabei aber dann viel Abfall an, weswegen die Druck-Variante allein schon aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht interessanter ist.“ 

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