Messaufbau zur Untersuchung der mechanischen Ankopplung von dielektrischen Elastomerstapelaktoren für taktile Anwendungen

An der Technischen Universität Darmstadt wird an dielektrischen Elastomerstapelaktoren (DEA) für den Einsatz in vibrotaktilen Displays geforscht. Da der Mensch sehr sensitiv auf vibrotaktile Reize reagiert, ist die Wahrnehmung von kleinsten Schwingungsamplituden von weniger als einem Mikrometer möglich. Im realen Anwendungsszenario interagiert der Nutzer mit dem Display, indem er den Finger auf die Aktoroberfläche legt oder drückt. Einerseits wird der DEA dabei mit einer externen Last beaufschlagt. Andererseits wird die planare Ausdehnung des Aktors durch ein Festkleben am Finger behindert und der Aktor somit gebremst. Diese Punkte sind die kritischen Merkmale der späteren Verwendung. Zur Optimierung der mechanischen Ankopplung an die Aktorauflage einerseits und den Nutzer andererseits, sowie zur Optimierung des Aktordesigns selbst, sollen DEAs mit verschiedenen Auflage- und Deckschichten bezüglich einer Verwendung als vibrotaktiles Display mit dem neuen Messplatz charakterisiert werden können. In dieser Arbeit wird demnach ein Messplatz aufgebaut, mit dem eine externen Last zwischen 1 mN und 12 N auf einen dynamisch betriebenen DEA eingekoppelt werden kann. Währenddessen kann der mit bis zu 500 Hz aktuierte DEA dynamisch charakterisiert werden. Um die kleinstmögliche Kraft von 1 mN erzeugen zu können, ist ein sehr kleine Deformation des DEAs von 60 nm nötig. Realisiert wird dies durch einen Piezomotor mit Linearführung. Zur Auswertung der Messungen wird ein LabView-Programm erstellt, dass es ermöglicht die Kraft als stellvertretende Messgröße zur Beurteilung der taktilen Reize aufzunehmen. Die taktile Wahrnehmung wird somit durch die Amplitude der dynamischen Kraft beurteilt. Dies ermöglicht es den Anwendungsfall durch ein hautähnliches viskoelastisches Material als Kontaktmaterial zwischen der externen Last und dem aktuierten DEA nachzubilden. Die Reibung an der Kontaktfläche bremst den aktuierten DEA und beeinflusst somit dessen Amplitude, das hautähnliche Material simuliert realistische Reibungsverhältnisse an der Kontaktstelle. Der Messplatz ermöglicht es mittels eines Kraftsensors Dielektrische Elastomerstapelaktoren lastabhängig für das beschriebene Anwendungsszenario zu vermessen. Zum Abgabezeitpunkt der Arbeit erlauben die Ergebnisse eine qualitative Beurteilung. Es kann somit untersucht werden, welche Optimierungsmaßnahmen eine Verbesserung bewirken