Der richtige Taster für Wearables

Bild 1: Jeder Tactile Switch besitzt individuelle Charakteristika. Panasonic

In den späten 1980er Jahren wurde LifeAlerts „HELP! I’ve fallen and I can’t get up!” zu einem der bekannsten Catchphrases der Infomercials. Das Gerät des Unternehmens, das für Senioren beworben wurde, bot damals die einfache und gleichzeitig revolutionäre Möglichkeit, im Falle eines Sturzes die Notfallhilfe via Knopfdruck zu alarmieren. Und richtig geraten, es handelte sich dabei um eines der ersten für die Massenproduktion geschaffenen medizinischen Wearables. Wearables, auch bekannt unter dem etwas sperrigen deutschen Begriff „Tragbare Computersysteme“, umfassen alle Vorrichtungen, die am Körper getragen werden können. Diese Definition beinhaltet alles, von Schrittmachern, Aktivitätsverfolgern wie Fitnessarmbändern und Uhren bis hin zu Smart Watches. Immer mehr Menschen, die an einer chronischen Krankheit leiden, nutzen die digitalen Hilfsmittel, um ihre Lebensqualität zu verbessern und ihre Krankheit zu bewältigen. Wearables haben sich dabei aber von lebensrettenden Geräten auch zu Modeaccessoires entwickelt und kommen derzeit als Activitätsmonitor-Armbänder, Smartwatches und Smart Glasses bis hin zu GPS-tauglichen Schuhen auf den Markt. Sprich: Wearables sind schon längst im Massenbewußtsein angekommen und stehen mit den Entwicklungsschritten, die wir derzeit auf dem Sensor- und Wirelessmarkt sehen, erst noch vor dem richtig großen Durchbruch.

Elektromechanische Eingabe-Komponenten

Wie stark tragbare Computersysteme dabei sind, den Markt zu erobern, wird deutlich wenn man sich folgende Zahlen vergegenwärtigt: Allein im dritten Quartal 2017, verzeichneten tragbare Computersysteme ein Plus von 7,3 Prozent gegenüber dem Vorjahr und kamen auf 26,3 Millionen verkaufte Einheiten, laut eines Berichts des IDCs Worldwide Quarterly Wearable Device Tracker, 2017. Dabei zeigt sich, dass die Geräte längst nicht mehr nur zur Anzeige von zum Beispiel der Pulsfrequenz beim Joggen verwendet werden, sondern, um sich einen allgemeinen Überblick über die eigene Fitness zu verschaffen. Der Konsument sucht dabei vermehrt nach intelligenten Wearables (dies sind Geräte, die Anwendung von Drittanbietern ausführen) und weniger nach tragbaren Computersysteme, die nur einfache Funktionen ermöglichen. Dieser Trend hin zu Mehrzweckgeräten stellt die Anbieter gängiger Wearables vor die Herausforderung, den Grat zwischen Praktikabilität und Design zu finden. Im Fokus dieser Veränderung stehen auch gerade elektromechanische Eingabe-Komponenten.

Was wir gerade auf dem Markt sehen, lässt sich ganz gut anhand eines Vergleiches darstellen. Vom elektromechanischen Standpunkt sind eine Armbanduhr und eine Smartwatch völlig entgegengesetzt und erfordern beide ein unterschiedliches Design. Die Krone einer analogen Armbanduhr wird sehr unregelmäßig genutzt, dient sie doch lediglich der Einstellung der Uhrzeit und zum Handaufzug der Gangreserve. Bei einer Smartwatch wird über die elektromechanische Eingabekomponente durch verschiedene Anzeigefelder gewechselt, durch das Menü gescrollt oder Einstellungen individuell justiert – es werden Pulsnachrichten verwaltet, die Wochenperformance in Sachen Fitness ausgerechnet, Musik ausgewählt und vieles mehr. Dabei ist der Kontakt und die Bedienbarkeit von entscheidender Bedeutung, da durch sie überhaupt erst ein Erleben der Smartwatch ermöglicht wird: es muss ein befriedigendes, haptisches Erleben oder ein positives „Click Feeling“ (Haptik) erzeugt werden, ein hoher Lebenszyklus garantiert sein und eine Konsistenz in der Bedienung erreicht werden. Sprich: desto mehr Funktionalität und Möglichkeiten mit in das Endgerät eindesignt werden, desto mehr tritt auch die Frage nach dem richtigen Taster in den Vordergrund.

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Bild 2: Panasonic benutzt für die Produktion seiner IP67-Tactile-Switches ein patentiertes Laserschweiß-Verfahren, bei dem man den Taster mit einem dünnen Nylon-Film versiegelt, der über dem Schaltaktor angebracht wird. Panasonic

Eine wichtige Rolle im Bereich Bedienelemente spielt die Haptik, die sich ganz nach Kundenwunsch gestalten lässt. Beim haptischen Erleben für zum Beispiel Tactile Switches muss man zu allererst Augenmerk auf die Betätigungskraft legen, die auf den Taster wirken soll. Jeder Tactile Switch besitzt individuelle Charakteristika, die sich unter anderem in der Klick-Ratio ausdrücken lassen (Bild 1). Das Klick-Ratio beschreibt den spürbaren Widerstand, der bei der Anwendung wirkt. Desto höher das Klick-Ratio ist, desto knackiger und dynamischer fühlt sich der Taster an. Hochwertige Taster garantieren in der Regel, abhängig von der Druckkraft, eine Lebensdauer von 100.000 bis eine Millionen Schaltzyklen. Genau wie die Kraft-Weg-Ratio ist auch die durchschnittliche Lebensdauer (Schaltzyklen) für jeden Taster im Datenblatt spezifiziert.

Tragbare Unterhaltungselektronik und Wearables erfordern meist eine relativ hohe Klick-Ratio und kürzere Weg-Verhältnisse (short stroke). Dadurch wird sichergestellt, dass die Handhabung ein Feedback für den Nutzer schafft und ein Gefühl für Wertigkeit entsteht. Sind alle Wearables also gleich? Dazu Eric Ewing: Auch hier gibt es Ausnahmen, denn der Ort an dem die tragbaren Computersysteme schließlich zum Einsatz kommen, spielt eine genauso wichtige Rolle. Für Wearables, die am Kopf getragen werden, wie Hörgeräte und Smartglasses, spielt das Gewicht die erste entscheidende Rolle. Hier plant man mit einer geringen Betätigungskraft (Light Force), da sich diese Anwendungen außerhalb des direkten Sichtfeldes befinden und eine sanfte Berührung für die Handhabung ausreichen muss. Die Verwendung von Taster mit niedriger Betätigungskraft (Push Force) schließt eine Verletzungsgefahr aus. Anders ist dies bei Wearables, die für den Anwender leicht zugänglich und im direkten Sichtfeld liegen. Hier sind die elektromechanischen Komponenten darauf ausgerichtet, eine hohe Betätigungskraft (High Operation Force) widerzuspiegeln.

Konkret bezogen auf das Beispiel Smartwatch gilt: die Schalter der Smartwatch werden meist über die Pinch Grip Strength oder auch Daumenkraft betätigt bei der der Daumen gegen die Unterkante drückt während der Zeigefinger auf den Schalter wirkt. Wie stark diese Kraft sein kann, die dabei auf den Schalter wirkt, lässt sich am besten anhand der Tatsache vergegenwärtigen, dass Felsenkletterer sich mit der Pinch Grip Strength selbst hochziehen können. Der Vorteil eines solchen elektromechanischen Designs liegt darin, dass der Taster ein direktes Feedback für den Benutzer darstellt und er Bedienfehlern wie zum Beispiel zufälligen Stößen und Schläge besser widerstehen kann. Insbesondere für Wearables im Sportbereich ist dies ein zwingender Designaspekt.

Schutz durch patentiertes Laserschweiß-Verfahren

Tactile Switches für Wearables müssen auch unter erschwerten Umweltbedingungen über viele Jahre hinweg sicher arbeiten. Dazu ist der Schutz vor ungewolltem Eindringen von Wasser, Dämpfen, Feuchtigkeit, Staub und anderen Kontaminaten zu gewährleisten. Das hat weniger mit der Wasserundurchlässigkeit des Gerätes zu tun (hier spielt die Produktverbauung eine weitaus größere Rolle). Vielmehr sollen die Schalter lange unter den gleichen Bedingungen einsetzbar sein und keine frühzeitigen Verschleißerscheinungen davontragen. Solche Anforderungen werden zum Beispiel durch die Schutzart IP67 für das Gehäuse von Tastern spezifiziert. Üblicherweise wird dazu eine adhäsiv befestigte Silikon-Membran verwendet. Silikon altert jedoch relativ schnell und verliert im Laufe der Zeit auch an Elastizität.

Panasonic benutzt für die Produktion seiner IP67-Tactile-Switches ein patentiertes Laserschweiß-Verfahren (Bild 2). Bei diesem Verfahren wird der Taster mit einem über dem Schaltaktor angebrachten dünnen Nylon-Film versiegelt. Damit wird die Haptik des Schalters bewahrt und vor Verschleißerscheinungen geschützt. Gerade bei Fitness-Wearables empfiehlt es sich, auf eine IP67-verifizierte Variante zu setzen, da diese Geräte an Händen, Füßen und Kopf getragen werden und damit den Körperzonen ausgesetzt sind, die den meisten Schweiß produzieren. Dabei stellt nicht so sehr das Wasser als vielmehr das Salz im Schweiß die größte Gefahr für den wartungsfreien Gebrauch von Schaltern dar. Bei einem Bluetooth Headset, das beim Sport getragen wird, besteht folgendes Problem: hier läuft der Schweiß entlang des Kabels direkt in die Vorrichtung, die sowohl zur Lautstärkenregelung als auch als Mikrophon dient. Ist hier kein Wasserschutz nach IP67gewährleistet, dringt Schweiß in den Schalter ein. Das Salz aus dem Schweiß kann den Schalter verklemmen und zerstören.

Löst der Touchscreen den Taster ab?

Zu Recht werden Touchscreens als einer der interaktivsten und intuitivsten Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine angesehen, was den Erfolg von Smartphones und Tablets erklären mag. Bei der Auswahl einer Benutzeroberfläche für Wearables aber muss die richtige Auswahl durch Funktionalität und Energie-Verbrauch bestimmt werden.

• Touchscreens machen erst dann wirklich Sinn für tragbare Computersysteme, wie Smartwatches, wenn das Gerät auf die Interaktion mit dem Benutzer ausgerichtet ist, statt rein auf Sensordaten.

• Touchscreens ermöglichen ein einfaches Navigieren durch Menüpunkte. Eine große Hürde für die Verwendung von Touchscreens als Interface aber bleibt, dass sie viel Energie verbrauchen und damit die Akkulaufzeit des tragbaren Geräts erheblich einschränken.

Touchscreens werden kleiner, bieten letztendlich die gleiche Funktionalität wie Taster und werden auch sicherlich ihre Marktdominanz zunehmend ausbauen. Was aber nicht passieren wird, ist eine komplette Verdrängung. Das liegt zum einen klar am angesprochenen Energieverbrauch – mit jedem zum Vorteil des Touchscreens eliminierten Taster sinkt auch gleichzeitig die Lebensdauer der Batterie. Ebenfalls bleibt derzeit keine andere Alternative, wenn man das Gerät komplett ausschalten möchte, als die elektromechanische Taster-Lösung – sprich: der On/Off-Button wird uns auf alle Fälle erhalten bleiben.

Weitere Informationen erhält der interessierte Leser von Panasonic Industry Europe.

(ah)