Die Apfeltapete

Katja Milker, Christoph Meißner und Julian Seifert haben sich final für den Entwurf einer interaktiven Fläche entschieden, welche die Funktion einer Leselernhilfe für blinde Kinder erfüllt. Konzeptuell verbindet diese Tapete die Bedürfnisse von sehenden und blinden Kindern zugleich, wenn man in diesem Zusammenhang den Begriff der Barrierefreiheit verwenden mag, so wäre dies zutreffend.

Die Tapete setzt sich sowohl aus optischen als auch haptischen Reizen - in Kombination mit einem auditiven Feedback - zusammen, man kann sie betrachten und tasten. Bei Letzterem findet eine Interaktion zwischen Benutzer und Objekt statt, daraus resultiert jedoch nicht nur ein Unterhaltungswert, sondern ebenfalls ein Lerneffekt.

Es gibt verschiedene Hilfsmittel für blinde Kinder zur Erlernung der Blindenschrift von Gustav Braille, die Sechs-Tasten Schreibmaschine, das Schreibbrett, die Blindenfibel und anderes jedoch bedient sich keiner dieser Gegenstände einer aktustisch-haptischen Funktion, um den Lerneffekt zu verstärken.

Durch unseren Entwurf einer optisch, haptisch und akustisch funtkionierenden Tapete soll ebenso eine Kommunikation zwischen sehenden und blinden Menschen entstehen. Eine gemeinsame Auseinandersetzung mit dem jeweiligen Thema der Tapete. Die beiden Funktionen Lernen und Spielen verbinden sich miteinander.

Konzept

Die Tapete setzt sich aus den einzelnen Phasen des Leselernprozeßes zusammen. Der Grad an Komplexität innerhalb einer Textstruktur steigt mit der Wandhöhe. In durchschnittlicher Sitzhöhe eines 5-jährigen Kindes beginnt die Auseinandersetzung mit einzelnen Buchstaben des Braille-Alphabetes, nach oben hin folgen Worte, dann Sätze und schließlich ein Text.

Die Tapete soll in Kinderzimmern, Wartezimmern - zum Beispiel beim Augenarzt, in Kindertagesstätten, Vorschulen und Schulen eingesetzt werden.

Aufbau der Apfeltapete

Die Tapete besteht aus drei Teilen; dem Aufsteller, der Mikrokontrollereinheit und dem an ihr angeschlossenen Computer.

Der Aufsteller besteht aus den folgenden Schichten:

Pressspanplatte Die Pressspanplatte bildet die Rückwand des Aufstellers. Sie ist 200 cm hoch und 70 cm breit. An ihr sind Standfüße angebracht, so dass der Aufsteller frei stehen kann.
Wellkarton In der Wellkartonschicht sind in dafür angepasste Aussparungen die Taster der Tastermatrix versenkt.
Moosgummimatte Die Moosgummimatte dient als Träger für die Tastermatrix auf der Rückseite und der Metallkugeln auf der Vorderseite. Um die Taster Schlitze eingebracht, damit sie leichter auszulösen sind und nach Betätigung wieder zurückspringen.
Metallkugeln Die Metallkugeln stellen die Punkte der Braille-Schrift dar und sind gleichzeitig haptisches Element der Tapete. Sie sind in kleine Vertiefungen in der Moosgummimatte eingeklebt.
Tastermatrix Die Tastermatrix ist in Zeilen und Spalten unterteilt. Sie besteht aus acht Zeilen und acht Spalten. An den Kreuzungspunkten der Spalten und Zeilen verbindet ein Taster die Kabel, so dass bei Tastendruck ein Kreis geschlossen wird. Der MK kann dadurch ermitteln, welche Taste gedrückt wurde. Ein Flachbandkabel mit 16 Adern verbindet sie mit dem MK.
Plot Die sichtbare Front der Tapete besteht aus einem Plot auf 170g Papier, welches wasserabweisend beschichtet ist (abwischbar). In den Plot sind für die Metallkugeln Löcher eingestanzt, damit die Kugeln zu einem Teil durch sie hinduchragen können.

Mikrocontrollereinheit

Um mit der Tapete interagieren zu können, sind die Braille-Zeichen mit Tastern ausgestattet. So kann eine Sprachausgabe ausgelöst werden, wenn ein Buchstabe, Wort oder Satz gedrückt wird.
Dazu ist hinter der Moosgummischicht eine Matrix aus 8x8 Tastern eingebracht, welche von der Mikrokontrollereinheit abgetastet wird.
Die Matrix ist durch ein 16-poliges Flachbandkabel mit der Mikrokontrollereinheit verbunden.

Die Platine setzt sich im wesentlichen aus vier elektronischen Elementen/Elementgruppen zusammen:

Mikrokontroller Atmel Atmega16
Der Mikrokontroller (MK) tastet die Tastermatrix der Tapete ab, ermittelt die gedrückte Taste und steuert die Sprachausgabe des MP3-Players, bzw. übermittelt dem PC die Tastennummer.
Der MK Atmega16 ist ein Mikrokontroller mit 8 Bit RISC-Architektur mit 16 Mhz. Er hat einen 16 Kbyte großen Programmspeicher (dieser ist in system programmable, d.h. lediglich via Programmieradapter und -stecker programmierbar) sowie 1 Kbyte internen Arbeitsspeicher (SRAM) und 512 Byte EEPROM (persistenten Speicher).
Er verfügt über 40 PINs, davon sind 32 programmierbare I/O-Pins. Diese sind in Ports zusammengefasst: Port A bis D.
Programmierbar ist der MK über die Pins der internen Programmierschnttstelle an Port B. An Port A und C sind die Zeilen und Spalten der Tastermatrix angeschlossen. Über Port D kommu-niziert der MK sowohl mit dem MP3-Player (via 74HC4066) als auch mit dem PC.

Analogswitch 74HC4066
Dieses Bauelement verfügt über vier analoge Schalter. Es schließt einen Stromkreis zwischen zwei Pins, sobald am Steuerpin des entsprechenden Schalters High (+5V) anliegt.
Wir verwenden dieses Bauteil zur Steuerung des Players. Dazu werden die Bedienelemente des MP3-Players mit Hilfe des 4066 überbrückt und durch den MK gesteuert.
X4-TECH BogieMan II 128 MB MP3-PLAYER
Dieser handelsübliche MP3-Player verfügt über einen Flashspeicher mit einer Kapazität von 128MB. Für unser Projekt haben wir das Gehäuse entfernt und die Schalter bzw. Kippschalter mit Hilfe des 4066 überbrückt.

Serielle Schnittstelle mit MAX RS232-Pegelkonverter
Diese Schnittstelle dient der Kommunikation zwischen MK und PC. Sie konvertiert die Pegel der logischen Zustände von 0V/+5V am MK in -12V/12V am seriellen Anschluss am PC.
Beschaltung siehe Schaltbild:

Programmierung der Mikrocontrollereinheit
Die Mikrocontrollereinheit wird C programmiert, mit AVRGCC kompiliert und der Maschinencode wird per Programmieradapter in den Programmspeicher des MK geladen. Der AVRGCC generiert sog. HEX-Maschinencode. Vom AVRGCC werden Bibliotheken mitgeliefert, welche umfangreiche Basisfunktionen bereitstellen.
Das Programm, welches die MK-Einheit steuert, ruft zu Programmbegin initialisierend eine Funktion auf (USART_init()), welche die serielle Schnittstelle des MK aktiviert und initialisiert. D.h. es wird die Schnittstelle zwischen MK und PC aktiviert. Diese dient zum einen zur Fehlersuche, zum anderen zur Übermittlung der Tasternummer an Max/MSP.
Codebeispiel ansehen

Da das Modul für die Soundwiedergabe durch interne Entprellung der Tasten eine zu große Latenz erzeugt (damit nicht aus Versehen eine Eingabe ausgelöst wird), eignet sich für die Präsentation der Tapete die Umsetzung durch MAX/Msp. Der Vorteil dabei ist eine sehr große Geschwindigkeit bei der Wiedergabe der Samples.