Sensorische Lichtsteuerung durch druckbare Metalltinten

Lukas Werft und Christian Dils vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM sowie Robin Hoske und Felix Rasehorn vom WINT Design Lab leiten das Projekt „Soft Interfaces“. Die Forschung zielt darauf ab, Textilien zu schaffen, die Berührungen registrieren und auf die Umweltbedingungen eingehen. Kernstück bildet dabei eine neue druckbare Tinte, die „Liquid Metal Ink“ (LMI) mit Galinstan als Basis.

Galinstan ist eine flüssige Metalllegierung aus Gallium, Indium und Zinn, die bei Raumtemperatur flüssig bleibt und einen Schmelzpunkt von −19 °C aufweist. Als ungiftige Alternative zu Quecksilber eignet sie sich dank ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichneten Fließeigenschaften für vielfältige technische Einsätze – etwa als Wärmeleitpaste in Computern.

Dieses Material wird mit einer Lösung aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) vermischt. Das Ergebnis ist eine zähflüssige, druckbare LMI, die auf elastische Substrate aufgebracht werden kann. Die dadurch entstandenen Strukturen funktionieren als Dehnungssensor. Wird leichter Druck auf sie ausgeübt, verändert sich der Widerstand des Materials und das Steuerungssystem im Fuß schaltet die Lampe ein, dimmt das Licht oder passt die Farbe an.

Tinte und Textilien

Forscher kapseln die elektrisch leitfähige Tinte in hochdehnbares thermoplastisches Polyurethan (TPU) ein und schweißen sie durch Laminieren in gewirkte Textilien ein. Das Material überzeugt nicht nur durch Funktionalität, sondern ist auch biegsam, elastisch sowie gut zu verarbeiten und vermittelt ein angenehmes Tastgefühl. Eine der damit als Prototyp gefertigten Modelle ist eine interaktive Leuchte mit textiler Abdeckung.

„Durch Berührungen können Benutzer die Lampe ein- und ausschalten, die Helligkeit dimmen und die Farbtemperatur anpassen. Die Steuerung erfolgt direkt über das textile Interface, was eine neue Dimension der Interaktivität eröffnet“, so die Forscher gegenüber dem Informationsdienst Wissenschaft (IDW).

Neue Gestaltungsmöglichkeiten

Nutzer schalten die Beleuchtung instinktiv ein oder aus. LEDs im Sockel dimmen das Licht und verändern dabei den Farbton. Die Stoffabdeckung spannt sich in einen 3D-gedruckten Rahmen und integriert sieben LMI-Sensoren (3D-Sensoren von LMI Technologies). Diese erlauben spielerische Kontrolle: Über Gestensteuerung lässt sich die Helligkeit anpassen. Das Gewebe fungiert dabei ungewohnt als direkte Schnittstelle.

Soft Interfaces zeigt das Potenzial flüssiger Metallleiterbahnen in Textilien. Das mögliche Anwendungsspektrum reicht von neuartigen Bedienelementen für smarte Wohntextilien oder intuitiven Fahrzeugoberflächen über Sensoren für tragbare Elektronik bis hin zu Soft Robotics. Die Technologie befindet sich derzeit noch im Labor- bis Prototyp-Stadium, bietet jedoch vielversprechende Ansätze für skalierbare und energieeffiziente Produkte.

Leitfähiges Filament wird im Gegensatz zu Liquid Metal Ink schon länger im Maker-Bereich verwendet. Es ermöglicht den 3D-Druck von elektrisch leitfähigen Strukturen direkt in oder auf Objekte und wird hauptsächlich in der Elektronik-Entwicklung und -Fertigung eingesetzt, um Schaltkreise, Sensoren oder Verbindungen ohne separate Verdrahtung zu integrieren. Die Leitfähigkeit ist typischerweise niedriger als bei herkömmlichen Drähten, eignet sich aber ideal für Prototypen und flexible Anwendungen.

(usz)