Nutzung der Potenziale magnetischer Formgedächtnislegierungen für die Entwicklung adaptiver nutzerzentrierter Stellteile (MAFANUS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Gundelsweiler; Professor Dr.-Ing. Thomas Maier
• Fachliche Zuordnung: Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564608338

Durch zunehmend komplexere Produkte und Maschinen mit hoher Funktionsintegration rücken für die Entwicklung der Mensch-Maschine-Schnittstelle (engl. HMI) intelligente und multifunktionale Stellteile zunehmend in den Mittelpunkt. Dabei ist in einem veränderlichen bzw. komplexen Bedienumfeld insbesondere die Möglichkeit einer adaptiven Anpassung des Stellteils an die Bedienaufgabe und/oder die bedienende Person für eine effektive, effiziente und zufriedenstellende Bedienung unabdingbar. Für die Umsetzung solcher adaptiver, nutzerzentrierter Stellteile mittels veränderlicher Bediencharakteristik und einstellbarer Informationskodierung durch haptisches Feedback, stellt die Verwendung sogenannter „Smart Materials“ eine vielversprechende Option dar. In diesem Projekt soll die erstmalige Verwendung von magnetischen Formgedächtnislegierungen (MSM) in der Entwicklung adaptiver, nutzerzentrierter Stellteile untersucht werden. MSM-Legierungen zeigen Deformationen unter Einfluss eines äußeren Magnetfelds. Sie besitzen Eigenschaften wie eine Dehnung im Prozentbereich, hohe magnetisch induzierte, mechanische Spannungen, sensorisch nutzbare, dehnungsabhängige Größen und die Fähigkeit Dehnungen leistungslos zu halten. Dieses vielversprechende aber bisher unerforschte Potential für die Verwendung im Bereich von Stellteilen soll hier näher untersucht werden. Im Projekt wird ein funktionsfähiger Demonstrator eines MSM-basierten Stellteils entstehen, welcher abschließend im Rahmen einer Probandenevaluation auf seine Usability hin untersucht wird. Dazu erfolgt zunächst eine systematische Analyse von Anforderungen und die Generierung von Wirkprinzipien für ein adaptives MSM-basiertes Stellteil. Verschiedene Lösungskonzepte werden generiert und deren Wirkungsweise in Anlehnung an einen morphologischen Kasten aufgezeigt. Aus dieser Übersicht wird eine Kombination von Anforderungen und Wirkprinzipien ausgewählt, anhand derer nachfolgend ein Demonstratorsystem entwickelt, aufgebaut und untersucht wird. Für die Entwicklung des Demonstratorsystems werden zunächst die Teilsysteme des Stellteils und des MSM-Systems entwickelt und charakterisiert, bevor eine Zusammenführung in das Gesamtsystem bis hin zum Aufbau des Demonstratorsystems erfolgt. Aufbauend darauf wird das entwickelte MSM-basierte Stellteil in den Kontext einer Bedienaufgabe eingebettet und im Rahmen einer Probandenstudie untersucht. Dabei werden die eingebrachten adaptiven Eigenschaften des MSM-basierten Stellteils hard- und softwareseitig überprüft und die Eignung zum Einsatz im HMI anhand der Usability evaluiert. Die Ergebnisse der Probandenevaluation und des Entwicklungsprozesses werden abschließend gemeinsam analysiert und allgemeine Gestaltungsrichtlinien für die Nutzung magnetischer Formgedächtnislegierungen in adaptiven, nutzerzentrierten Stellteilen abgeleitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen