Biopakkausinnovaatioilla kasvua

Interaktiivisilla pinnoilla tarkoitetaan erilaisiin pintamateriaaleihin asennettavia sensoreita, joilla ohjataan esimerkiksi älylaitteita (älypuhelin, tabletti, tietokone). Interaktiivisia pintoja voidaan sijoittaa esimerkiksi tauluihin, seinätapetteihin, lattiaan, huonekaluihin, pakkausmateriaaleihin jne. Sensoriteknologia perustuu kapasitiivisiiin sensoreihin, jotka tunnistavat kehon kosketuksen/läheisyyden. Kapasitanssin muutoksia mittaamalla kosketus/kehon läheisyys (input) voidaan muuttaa (output) auditiiviseksi tai visuaaliseksi palautteeksi tai signaalia voidaan käyttää erilaisten laitteiden ohjaukseen (esimerkiksi valot, robotiikka, erilaiset koneet).

Suunnitteluvaihe

Tarve

Teknistyvässä yhteiskunnassa ihmiset joutuvat päivittäin tekemisiin erilaisten käyttöliittymien kanssa (puhelimet, tietokoneet, tabletit jne.). Yhä suuremmaksi ongelmaksi on muodostunut se, millä tavalla ihminen on vuorovaikutuksessa laitteiden kanssa. Ongelmat liittyvät usein hyvin perustavanlaatuiseen kysymykseen eli siihen, millä tavalla ihmisen keho on laitteisiin yhteydessä. Ohjataanko laitteita sormilla, katseella, liikkeillä ja millä tavalla laitteet reagoivat ihmisen toimintaan. Tyypillisenä ongelmatilanteena voi pitää pienen kosketusnäytön kanssa tulevia ongelmia sormien hipaistessa kosketusnäytöillä varomattomasti vääriä näytön symboleja. Interaktiivisia pintoja voidaan hyödyntää helpottamaan ja yksinkertaistamaan esimerkiksi älylaitteiden (älypuhelimet, tabletit, tietokoneet) käyttöä. Interaktiiviset pinnat voidaan sijoittaa erikokoisiin kohteisiin ja sensoreiden kokoa voidaan muuntaa käyttötarkoituksen mukaan. Tämän vuoksi erilaisia pintoja voidaan muuttaa vuorovakutteisiksi kuten tauluja (opastustaulut), seinätapetit, huonekalut (vanhukset, sairaalat, hoivakodit) jne.

Kartoitus/Tutkimus

Sermien (lopulta teoksessa katosta roikkuvia tauluja) erilaisia värjäytymisvaihtoehtoja käytiin läpi avautuvista väripusseista live-tilanteessa maalaamiseen, mutta näissä vaihtoehdoissa aina uusien sermikankaiden hankkiminen tuntui mahdottomalta. Lopulta vaihtoehdoksi nousi lapsen sateenvarjossa nähty reaktio, jossa sateenvarjon kuviot värjääntyivät sateella eri värisiksi.

Tällaisen tekniikan toteuttamiselle etsittiin vaihtoehtoja netistä. Seuraava vaihe oli etsiä Suomesta mahdollista värin maahan tuojaa. Myös värien soveltuvuus erilaisille painomenetelmille oli kartoituksen kohteena.

Interaktiivisia pintoja on testattu erilaisia lattiapäälysteissä (muovimatot) sijoittamalla maton alle ohjelmoitavia sensoreita. Lattiamateriaalien lisäksi on testattu sensorien sijoittamista tarra- ja pleksimateriaalien taakse. Tarkoituksena on ollut selvittää toisaalta pintoihin tulostettavien kuvioiden kestävyyttä (irtoamisherkkyys pinnoista) ja eri pintapamteriaalien vaikutusta sensorien toimintaherkkyyteen. Myös pinta-alan vaikutusta sensorien toimintaan on tutkittu. Interaktiivisten pintojen ja sensoriteknologian edellyttämä sähköäjohtava materiaali vaikuttaa merkittävästi valmistusprosessin nopeuteen ja sensorien toimintaan. Tämän vuoksi on testattu myös erilaisia sähköäjohtavia materiaaleja ja mahdollisuuksia automatisoida sensorien leikkaamista Kongsbergin monitoimikoneen avulla.

Prioriteetit

Tarpeita voi olla monia ja erilaisia ratkaisuja voi löytyä kartoituksessa. Tässä vaiheessa yritetään pitää kirkkaana mielessä, että millaista haastetta ollaan ratkaisemassa ja miksi. Prioriteettina oli se, että tauluja voi käyttää esityksissä uudestaan ja uudestaan. Kankaan tulee kestää toistuva kastuminen ilman, että se alkaa käpristelemään tai kutistuu. Maalipinnan piti olla niin ohut, että alla oleva maalaus tulee kirkkaasti esiin, mutta sen verran peittävä, että maalaus pysyy aluksi piilossa katsojilta. Interaktiivisia pintoja voidaan soveltaa moniin eri käyttökohteisiin. Tässä projektissa testattiin aluksi erilaisia lattiamattomateriaaleja ja korkealuokkaisten kuvien tulostamista niihin ja erilaisten sensorimateriaalien soveltumista erilaisiin materiaaleihin. Toisena prioriteettina on ollut interaktiivisen taulun kehittäminen. Taulu on suunniteltu Keskisuomen kesksusairaalan uuden rakennuksen (Nova) lastenosastolle. Taulun tavoitteena on vaikuttaa lasten mielialaan esimerkiksi vähentämällä toimenpiteitä odottavien lasten pelkotiloja ja jännitystä. Tällä voi olla suurikin vaikutus toimenpiteiden onnistumiseen ja toivottuun hoidolliseen lopputulokseen.

Proton rakentaminen

Interaktiivisen maton valmistamisessa valittiin testiin erilaisia lattiapäällysteissä käytettyjä muovimattomateriaaleja. Mattomateriaalien pinnat ovat aikaisemmissa testeissä osoittautuneet kuvien tulostamisen kannalta ongelmallisiksi. Ongelmia on ilmennyt ennen kaikkia tulostusaineen irtoaminen pinnasta esimerkiksi taivutettaessa muovimattoa. Testeissä löytyi useita tarkoitukseen soveltuvia materiaaleja, mutta osa materiaaleista osoittautui väriaineen pysymisen kannalta ongelmallisiksi. Tulostettavia kuvioita vaihdeltiin ja aluksi käytettiin yksinkertaisia kuvioita (ympyröitä). Toisessa vaiheessa kuviot vaihdettiin korkealuokkaisiin valokuviin. Valokuvien tulostaminen onnistui hyvin sen jälkeen, kun maton pinnalle oli tulostettu valkoinen pohjaväri.
Interaktiivisen taulun rakentamisessa haluttiin testata sähköäjohtavan kankaan käyttöä sensoreina. Kankaan alapuolella on liima, jota kuumentamalla kangas saadaan pysymään tiukasti pohjamateriaalin päällä. Aluksi kangasta testattiin muovipintaiseen pieneen (50 cm x 50 cm) levyyn. Kankaan liimauksen jälkeen siihen leikattiin sensorien ääriviivat. Ylimääräisen kankaan poistamisen jälkeen pinnalle jäi halutut sensorikuviot.
Seuraavassa vaiheessa kangas liimattiin 70 cm x 110 cm mittaiselle pahville. Liimauksen jälkeen xxx-laitteella leikattiin sensorien ääriviivat ja poistettiin ylimääräinen kangas. Tällöin taulun pohjalle saatiin halutut sensorit ja niihin liityvät johtimet. Sensorien päälle liimattiin tarrakuva, jonka päälle liimattiin kelmu suojaamaan tarrakuvaa (maisemakuva, johon on sijoitettu mielikuvituselämiä).
Kuva tulostettiin myös pleksille (1 mm; xxx materiaalia) ja testattiin sen soveltumista taulun materiaaliksi. Pleksi osoittautui erittäin toimivaksi ratkaisuksi. Pleksin alle sijoitetaan sensorit eläinhahmojen kohdalle. Eläinhahmoja kevyesti koskettamalla tai tuomalla käsi lähelle hahmoja, sensorit tunnistavat kosketuksen/käden läheisyyden ja välittävät signaalin elektroniikkaan. Elektroniikkayksikkö käsittelee signaalin ja lähettää sen langattomasti host-laitteeseen, joka tuottaa halutun efektin (ääni, puhe, jne.)

Käyttökokemukset

Älymattoa on testattu eri yhteyksissä (musiikinopetus, erityisoppijat, kehitysvammaiset) ja sen on todettu toimivan odotetulla tavalla. Mattoon tulostetut kuviot ovat kestäneet hyvin kulutusta ja pintamateriaalin alla suojaan sijoitetut sensorit ovat kestäneet hyvin rasitusta (kävely, hyppely, materiaalin taivutus jne.).
Interaktiivinen taulu sijoitetaan seinälle, joten se ei joudu samanlaiseen rasitukseen. Myös taulu on osoittautunut luotettavasti toimivaksi ja lapsia innostavaksi ja motivoivaksi.
Seuraavassa vaiheessa pyritään löytämään ratkaisuja sensoripintojen valmistusprosessin nopeuttamiseen. Samoin etsitään valmistuskustannuksia alentavia materiaaliratkaisuja ja valmistustapoja.