1. Aufbau und Bedienung der Zwillings-Tasten-Maus oder Twin-Key-Mouse

2. Psychologische Leitprinzipien der Konstruktion der Twinkey

3. Forschungs- und Entwicklungsprojekt TWINKEY

Mit der traditionellen Schreibmaschinentastatur (QWERTY) lassen sich Zahlen, Texte und Befehle (zB in Form von ASCII-Zeichen(ketten)) unter Ausnützung einer weitverbreiteten Fertigkeit in den Computer eingeben. Allerdings wirken sich die fehlende Normierung der zusätzlichen Steuer- und Funktionstasten (Cursorbewegungen, Del, Ins, etc.) und teilweise auch die nationalsprachlichen Unterschiede beim Benützen verschiedener Geräte nachteilig aus. Für die Eingabe von grafisch-räumlichen DAten und für die Befehlseingabe mittels Menu (zB sog. Ikonen in sog. Desktop-Interfaces) wurden zusätzliche Zeigegeräte entwickelt (zB Maus, TAblett, Joystick, Lichtgriffel, etc.), die meistens der Tastatur als parallele Eingabemöglichkeiten beigesellt werden.

Dieser in einer konservativen Evolution entstandene Eingabegerätesatz weist massive ergonomische Mängel auf. Insbesondere sind für die Daten- und Befehlseingabe in der Regel stets beide Hände nötig; und die Ausnützung der Steuer- und Funktionstasten sowie der Zeigegeräte erfordert das Verlassen der Basisstellung auf der mittleren Tastenreihe durch eine oder beide Hände derart, dass nur sehr geübte Benutzer die Ausnahme- und/oder die Basisstellung ohne visuelle Kontrolle fehlerfrei einnehmen können. Ohne die grundsätzliche Anlage der Tastatur bzw. das Verhältnis zwischen Hand und Tastatur in der Regel in Frage zu stellen, sind eine grosse Zahl von Reformvorschlägen vor allem mit dem Ziel der Geschwindigkeitserhöhung gemacht worden (zB Dvorak Layout), haben jedoch keine allgemeine Verbreitung gefunden. Gelegentlich wird erwartet, dass die Daten- und Befehlseingabe mit Hilfe der Stimme in Bälde die Tastaturen ablösen wird; aus verschiedenen Gründen halte ich dies für wenig wahrscheinlich. Um einen deutlichen Entwicklungsschritt des Human-Computer-Interface auf der Computerinput-Seite zu erreichen, ist es vielmehr angezeigt, den an sich sinnvollen Einsatz der Hand grundlegend zu überdenken und zu optimalisieren.

Es ist nämlich ohne weiteres möglich, nicht nur einen grösseren Teil der Bewegungsmöglichkeiten der Hand zu nutzen, sondern auch die genutzten mit verringerten Fehlerwahrscheinlichkeiten einzusetzen. Beispielsweise kann man zeitlich koordinierte Fingerbewegungen ("Akkorde" wie beim Klavierspielen) für die Erzeugung von vielen Eingabezeichen auf wenigen Tasten und gleichzeitig die Hand als ganze zum Zeigen einsetzen. Jede Einzelhand könnte so mit einer als Tastatur ausgebildeten "Maus" koordiniert zeigen und schreiben, und dabei je nach den Erfordernissen der Aufgabe und den Möglichkeiten des Programms mit einer geeigneten Kombination von räumlichem Verhalten und Tastendrücken Daten erzeugen oder Operationen auslösen. Gibt man den beiden Händen je eine (axialsymmetrisch) gleich ausgelegte Tastenmaus, so lässt sich nicht nur die Geschwindigkeit, sondern vor allem die Ergonomie und die Effizienz des Eingabevorgangs deutlich verbessern. Gleichzeitig kann man einigen arbeitspsychologischen Humanisiserungs-Postulaten besser gerecht werden, etwa der "differentiellen und dynamischen Arbeitsgestaltung" (ULICH).

Im folgenden werden Aufbau und Bedienung der Zwillings-Tasten-Maus in Grundzügen beschrieben und Vorschläge zum Entwurf von Hardware und Software vorgestellt. Anschliessend werden einige psychologische Grundsätze formuliert, aus denen heraus die Konstruktion des Eingabegerätes erfolgt ist. Schliesslich wird ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt skizziert, das die Konstruktion von Prototypen und deren arbeitspsychologische Überprüfung und Verbesserung bis zur Produktionsreife zum Ziel hat.

1. Aufbau und Bedienung der Zwillings-Tasten-Maus oder Twin-Key-Mouse

1.1 Physischer Aufbau und Grundsätze der Bedienung

Abbildung 1 zeigt die Tastenmaus in etwas schematisierter Form. Sie muss jedoch handgerecht überformt und in der Grösse optimalisiert werden. Die einzelnen Tasten sollen auf einem hügelförmigen Geilde so angeordnet werden, dass den unterschiedlichen Fingerlängen angemessen Rechnung getragen wird, also nicht notwendig in Reih und Glied. In Normalstellaung der Hand soll zudem ein sicheres Führen der Maus für die Zeigeoperationen mööglich sein. Die Tastenmaus für die rechte und die linke Hand sind axialsymmetrisch ausgelegt, sonst aber in jeder Hinsicht gleich. Vermutlich werden für die Produktion zwei bis drei Grössen nötig sein.

Im Boden der Tastenmaus ist eine der üblichen Positionsveränderungsaufnahme-Einrichtungen eingebaut, bevorzugt eine mechanisch-optische Einrichtung, die auf einer beliebigen Tischfläche jeden Ortswechsel nach Geschwindigkeit und relativer Lage verarbeiten und weitermelden kann.

Die Tastenmaus umfasst das Haupttastenfeld mit 3 Reihen von je 4 Tasten. In der Basisstellung ruhen Zeigefinger (1), Mittelfinger (2), Ringfinger (3) und der kleine Finger (4) auf der mittleren Reihe, der Ruhestellung (rest); die 4 Finger werden stets als Gruppe nach der oberen (top) oder unteren (bottom) Reihe verschoben.

Als Zusatztasten sind am äusseren Rand die Returntaste (RET für Return, vom kleinen Finger nach Abspreizen zu bedienen) und am inneren oberen Rand die Escapetaste (ESC für Escape, Zeigefinger nach Abspreizen) vorgesehen.

Weiter sind 3 Umschalttasten beigefügt: am inneren unteren Rand des Hauptfeldes die Grossbuchstabentaste (MAJ für Major, dh Grossbuchstaben) und direkt darunter die Zifferntaste (NUM für Numerische Zeichen); diese beiden Tasten sind mit dem Daumen (0) zu bedienen. Etwas weiter unten befindet sich noch die Control-Taste (CTRL); sie ist mit dem Handballen zu bedienen und hügelförmig so ausgebildet, dass im gedrückten oder ungedrückten Zustand eine gute Verbindung der Hand mit der ganzen Tastenmaus, und damit deren Führung auf der horizontalen Tischfläche gewährleistet ist.

Die Umschalttasten haben für die Dauer ihres Gedrücktseins eine modifizierende Wirkung auf die Bedeutung der Haupttasten. Einzeln gedrückt bleiben sie bedeutungslos. Werden sie jedoch im Anschluss an die Escapetaste betätigt, so bleibt ihre Umschaltfunktion bis zur nächsten Umschaltung wirksam (locked).

Eine oder mehrere Haupttasten und Umschalttasten können also in Kombination gedrückt werden; für die Zusatztasten ist dies nur ausnahmsweise der Fall. Um alle sinnvollen, dh von der Anatomie der Hand her leicht fallenden Tastenkombinationen ("Akkorde") erfassen zu können, wird ein Bezeichnungssystem vorgeschlagen, dessen Elemente in Abbildung 1 in der unteren äusseren Ecke jeder Taste eingetragen sind. Als Akkordbezeichnungen können sie in der Reihenfolge: Umschalttaste(n) - Haupttastenreihe und -finger - Zusatztaste, zu einem eindeutigen Akkordnamen kombiniert werden. Beispielsweise heisst CNb34, dass gleichzeitig die Controltaste, die Zifferntaste und die beiden äusseren Tasten (Ring- und Kleinfinger) auf der unteren Hauptfeldreihe also insgesamt 4 Tasten miteinander, gedrückt sind; oder MR bedeutet Majuskel und Return, also Daumen und abgespreizter Kleinfinger zusammen, was zB mit der Funktion "change level or window" belegt ist. Mit "Akkord" wird im folgenden jede mögliche Tastenkombination, also auch eine Einzeltaste, nicht aber die Nullkombination, bezeichnet.

Wie bei den traditionellen Computertastaturen ist Escape stets eine Voraustaste, die Umschalttasten jedoch Paralleltasten. Die sinnvollen Kombinationen der 3 Umschalttasten ergeben 6 nutzbare Tastaturmodi. Diesen Modi werden im allgemeinen die folgenden Bedeutungsbereiche zugeordnet:

U = Unshift, dh keine Umschalttaste: Kleinbuchstaben und einige Satzzeichen

M = Major: die entsprechenden Grossbuchstaben und einige weitere Zeichen

N = Numeric: die Ziffern und alle weiteren Zeichen

C = Control: Steuerfunktionen, welche als Grundfunktionen gelten können

CM und CN = Control-Major und Control-Numeric: variable Funktionstasten (diese beiden Modi übernehmen zur Hauptsache die Rolle der traditionellen Funktionstasten und der Alternate-Taste der IBM-Tastatur)

MN und CMN = Major Numeric und Control Major Numeric (nur in Ausnahmefällen) für spezifische Funktionen

In jedem Modus sind unter Einhaltung der Regel, dass die 4 Finger des Haupttastenfeldes stets nur auf einer Reihe aktiv sind (und natürlich unter Ausschluss der Nullkombination), 3 mal 15 oder 45 Akkorde, insgesamt also 6 mal 45 oder maximal rund 270 Tastenkombinationen möglich. Mithin können ohne weiteres alle ASCII-Zeichen und eine ausreichende Anzahl von zusätzlichen Zeichenketten mit einer einzelnen Tastenmaus gesendet werden. (Da das gleichzeitige Drücken von M und N mit dem Daumen heikel ist und also MN und CMN von wenigen Ausnahmen abgesehen wegfallen, werden die kombinatorisch eigentlich möglichen 8 Modi oder 360 Akkorde nicht voll ausgeschöpft.)

Dazu kommt die Möglichkeit, mit der Voraustaste <Escape> die Zahl der direkt erzeugbaren Zeichenketten zu verdoppeln. Weitere Steuerzeichen sind durch die Bewegung der Tastenmaus in der Ebene möglich, wobei gegebenenfalls der Bewegungsbeginn und/oder das Bewegungsende durch ausgewählte Akkorde angezeigt werden und den Bewegungen entweder räumliche oder symbolische Bedeutungen zugeordnet werden können.

Es kommt nun vor allem darauf an, die Zuordnungen der Bedeutungen bzw. Zeichen(ketten) zu den einzelnen Akkorden so zu wählen, dass ein Optimum an Effizienz erzielt, und kombiniert damit, die Erlernbarkeit möglichst erleichtert werden kann. Die folgenden Vorschläge orientieren sich an einer Reihe von Prinzipien, teils logischer, teils psychologischer, teils pragmatischer Natur, über die im zweiten Abschnitt weitere Aussagen gemacht werden. Grundsätzlich gilt jedoch, dass die Akkord-Zeichen-Zuordnung eine Sache der Empirie ist und also nicht ein für alle mal und definitiv festgelegt werden kann. Es ist aber gleichzeitig angebracht, die hauptsächlichen Zuordnungen im Sinne einer Empfehlungsnorm festzulegen und einen weiteren Bereich von Zuordnungen für anwendungs- oder benutzerspezifische Anforderungen im Sinne des Flexibilitätsgewinns offenzuhalten.

Die beiden Zwillinge werden, was die Positionsdatenverarbeitung betrifft, völlig identisch ausgelegt, für die Tastaturzeichen jedoch (axial-)symmetrisch um die Blick- oder Haupthandlungsrichtung des Benutzers. Damit wird erreicht, dass jede Hand des Benutzers über eine vollständige Tastatur verfügt und nach Bedarf die andere Hand für andere Aufgaben eingesetzt werden kann, zB abkreuzen auf einer Liste. Weiter ist es möglich, dass jeder Benutzer mit der von ihm bevorzugten Hand arbeiten kann, ohne dass an der Eingabeeinrichtung die mindeste Modifikation vorgenommen werden muss. Der Hauptgewinn dieser Redundanz besteht jedoch ähnlich wie bei den menschlichen Körperhälften weniger in der definitiven Spezialisierung, sondern in der Ermöglichung einer relativen und flexiblen Funktionenpräferenz und insbesondere in der jederzeit möglichen Funktionensubstitution zwischen den beiden Händen. Mehr über die ergonomische Bedeutung dieser Verdoppelung im 3. Abschnitt.

Ein zusätzlicher Gewinn der Doppeltastenmaus ist von ihrem mutmasslichen Einfluss auf die äussere Computer- bzw. Terminalarchitektur zu erwarten oder zu erhoffen. Die für einen Arbeitsplatz wichtigste Fläche zwischen dem menschlichen Körper und dem Bildschirm wird nämlich heute normalerweise von der Tastatur besetzt. Es wäre sinnvoll, diese Fläche für Datenvorlagen, Bücher, Dokumente, Arbeitsnotizen etc. einzusetzen. Auf solchen Unterlagen muss ja oft auch geschrieben werden. An praktisch allen heutigen Computerarbeitsplätzen müssen solche Unterlagen seitlich plaziert werden und können oft nur unter beträchtlichen Halsverrenkungen mit entsprechenden gesundheitlichen Folgen benützt werden. Der üfr die Informationsaufnahme wertvollste Platz unmittelbar unter dem Bildschirm wird bei den Mikorcomputern zudem häufig anstatt durch Arbeitsunterlagen durch die relativ selten benutzte Floppy-Station beansprucht (bzw. muss für deren Bedienung freigehalten werden). Der für handschriftliche Ergänzungen (zB Checklisten) wertvollste Platz unmittelbar vor dem Menschen wird durch die unifunktionelle Tastatur eingenommen. Die beiden Mäuse können nun aber ohne weiteres seitlich von Dokumenten gelagert und dort odöler sogar auf den Dokumenten benutzt werden.

1.2 Die Normzuordnung von Akkorden und Zeichen

Für die Konstruktion der Prototypen sollen die nachfolgenden Zuordnungen, jedoch in leicht änderbarer Weise, implementiert werden. Sie werden hier in Tabellenform gegeben und im 3. Abschnitt teilweise begründet. Derzeit sind alle Zuordnungen als Vorschläge zu betrachten, welche zunächst an Häufigkeitsdaten der Einzelbuchstaben und der wichtigsten Buchstabenfolgen in den Hauptsprachen (Englisch, Deutsch, Französisch, Spanisch) überprüft und optimalisiert werden müssen.

Zusatz Sommer 1988: Vermutlich ist es bersser, den kleinen Finger in jeder Zeile auf einer Mini-Shift-Taste zeinzusetzen, so dass pro Zeile nur noch 2 mal 7 Akkorde möglich sind. Die nachfolgenden Details sind nur als Illustration gedacht.

1.2.1 UNSHIFT

1.2.1.1 Einzeltasten

1.2.1.2 Zweierakkorde

Plosive Frikative Liquide etc.

1.2.1.3 Dreier- und Viererakkorde

Aufschlussreicher ist möglicherweise die folgende Darstellung:

Dabei bedeutet ein Punkt = keine Taste gedrückt; ein Bindestrich = diese Taste ebenfalls gedrückt; ein Buchstabe oder (wenn kursiv eine Buchstabenkombination) = alle betreffenden Tasten gleichzeitig gedrückt.

1.2.2 MAJOR

1.2.2.1 Einzeltasten

1.2.2.2 Zweierakkorde

Plosive Frikative Liquide etc.

1.2.2.3 Dreier- und Viererakkorde

1.2.3 NUMERIC

1.2.3.1 Einzeltasten

1.2.3.2 Zweierakkorde

1.2.3.3 Dreier- und Viererakkorde

In der mehr bildlichen Darstellung:

1.2.4 CONTROL

1.2.5 MAJOR-NUMERIC

1.2.6

Die Kombinationen CM und CN werden nicht ausgeführt. Dasselbe gilt für die nach ESCAPE folgenden Möglichkeiten.

2. Psychologische Leitprinzipien der Konstruktion der Twinkey.

(noch nicht ausgeführt)

2.1 Auftretens-Wahrscheinlichkeiten

Kompromisse zwischen Hauptsprachen, nicht überaus strikt

2.2 Symmetrie

2.3 Tastenanordnung

2.3.1 Laute-Verwandtschaften

Zwar besteht zwischen Phonemen der gesprochen und Signemen der geschriebenen Sprache nicht eine durchgehend eindeutige Zuordnung; dennoch ist die Annahme prüfenswert, dass Verwandtschaften der Phoneme, dh Gemeinsamkeiten in der Motorik ihrer Erzeugung beim Sprechen, gewisse Gruppierungen konstituieren, welche als Gruppierungen der Signeme mit Vorteil wiederverwendet werden. Twinkey unterscheidet demgemäss innerhalb des Alfabets einmal zwischen Vokalen und Konsonanten; und innerhalb der Konsonanten ist je eine Reihe der Tastatur den Gruppen der Frikativen, der Plosiven und der Liquiden (einschl. Nasale) zugeordnet.

2.3.2 Kontrastprinzip

2.3.3 Gruppierungsprinzipien

2.3.4 Gruppengrösse

2.4 universelle Steuerbefehle

2.5 Flexibilität

2.5.1 Individualisierungsmöglichkeit

Besondere Aufmerksamkeit muss der Erlernbarkeit der Tastatur gewidmet werden, da im Unterschied zur QWERTY-Tastatur nur die wenigsten Zeichen auf der Tastatur selbst aufgeführt werden können. Eine Optimale Darstellungsweise, die auch in einem Bildschirm-Hilfe-File abgerufen werden kann, muss noch gefunden werden. Möglicherweise sind Zeilen in folgendem Format brauchbar:

3. Forschungs- und Entwicklungsprojekt TWINKEY

3.1 Stufenplan

Es ist ein dreistufiges Vorgehen vorgesehen. Auf einer ersten Stufe soll mit den beschränkten Mitteln der beteiligten Universitätsinstitute ein funktionsfähiges Demonstrationsmodell erstellt werden. Gleichzeitig sollen durch Einreichung einer Patentschrift (im wesentlichen eine gekürzte Fassung des vorliegenden Papiers) allfällige Verwertungsrechte gesichert werden. Eine Recherche beim Patentamt in München könnte gegebenenfalls eine Klärung der Situation bringen.

Falls das Ergebnis informeller Probierversuche befriedigend ausfällt, sollen auf einer zweiten Stufe in Zusammenarbeit mit einem industriellen Partner (zB Hasler, Logitech), eventuell im Rahmen eines Beitrages der Kommission zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (KWF, Sekretär: Dr. Peter Kuentz, Wildhainweg 21, Postfach 2338, 3001 Bern, 031 61 21 43; Kommissionsmitglied Prof. E. Schumacher, Bern), eine Prototypen-Kleinserie gebaut werden. Mit dieser Serie wären gründliche psycho-ergonomische Untersuchungen durchzuführen und im Anschluss daran die nötigen Revisionen am Gerät vorzunehmen. Die Entwicklung und Erprobung des für die Durchsetzung der Twinkey unentbehrlichen Tutorials und der Online-Hilfen wäre ebenfalls ein Teil dieser Stufe.

Auf einer dritten Stufe müsste das Projekt voll von einem Unternehmen übernommen werden. Begleituntersuchungen und Revisionsimpulse von Seiten der Psycho-Ergonomie wären weiterhin erwünscht. Auf dieser Stufe wäre ebenfalls die Anpassung von Twinkey an weitere Computersysteme (Hardware, Software) vorzunehmen. Wichtige Software-Häuser müssten zur Ausstattung ihrer Programme mit Twinkey-Drivern gewonnen werden.

Es scheint unter den heutigen Gegebenheiten sinnvoll, die Entwicklungsarbeit im Bereich Mikrocomputer/Workstation voranzutreiben und sowohl Demomodell wie Prototypen auf einer IBM-PC-Bus-Karte zu realisieren und mit einem MS-DOS-Driver zum ergänzen.

Es folgt eine detaillierte Aufgabenliste für die ersten beiden Stufen mit Vorschlägen für die zu nutzenden Ressourcen sowie Grobschätzungen des Aufwandes.

3.2 Stufe Demonstrationsmodell

Für die erste Stufe sollte ein Projektleiter auf der Stufe Assistent eingesetzt werden, der in enger Zusammenarbeit mit dem Initiator und einer kleinen Projektgruppe von Beratern die wesentlichen Arbeiten durchführt bzw. ausgibt, überwacht und koordiniert.

3.2.1 Sichtung der Literatur über Tastaturen

- studentische Arbeitsgruppe, Seminararbeit etc.; Datenbanken?

- 400 bis 600 Mannstunden.

3.2.2 Auswertung von linguistischer Literatur zur Optimalisierung der Anordnungen und Akkorde

- Projektleiter unter Konsultation von Linguisten

- 20 bis 50 Stunden

3.2.3 Studium von Handformen, Tastaturgrössen, Layout

- Projektleiter unter Beizug von Anatomen, Ergonomen

- 20 bis 50 Stunden

3.2.4 Erstellen und Anpassen von Plastilin-Modellen über einer handelsüblichen Maus (zB Logitech), Einsetzen von handelsüblichen Druckschaltern

- Projektleiter mit Hilfskräften; Material ca. Fr. 500.-

- 20 bis 40 Stunden

3.2.5 Erstellen eines Schaltplanes für Mäuse und Buskarte; Bau der Steuerungshardware mit handelsüblichen Komponenten

- Auftrag an Technikum oder ETH-Abteilung; material ca. Fr. 500

- ?

3.2.6 Erstellen der Software für die Decodierung der Tastenakkorde und Umsetzung in ASCII-Code. Funktionsfähige Software ohne Optimierung. Driver für MS-DOS bzw. ein bestimmtes geeignetes Programm (Tabellenkalkulation oder Grafik).

- Projektleiter in Zusammenarbeit mit Informatikstudent(en)

- 200 Mannstunden (?)

3.2.7 Verfassen eines Entwicklungsberichtes mit Produktbeschreibung und Erfahrungsberichtes

- Projektleiter

- 50 Mannstunden

3.2.8 Durchführen und Auswerten von informellen Erfahrungsversuchen mit den am Projekt beteiligten und einigen weiteren Personen

- Projektleiter, Projektgruppe

- 30 Mannstunden

3.2.9 Verfassen und Einreichen eines Finanzierungsgesuchs für den Bau einer Protoypenserie

- Projektleiter, Projektgruppe

- 50 Mannstunden

3.3 Stufe Prototypen

3.3.1 eines Prototyps

Alfa-Test des Prototyps: Hardware, Software, Ergonomie, Lernbarkeit

Revision aufgrund der gemachten Erfahrungen

Bau einer Kleinserie von ca. 20 Stück

Beta-Test

Ergonomisch-psychologische òberprüfung unter Laborbedindungen

Feldprüfungen bei unrterschiedlichen Usern

Vertriebsfragen?

Dienstleistungen?

etc. etc.

3.4 Spezialfragen

3.4.1 Fadenkreuz zwischen den beiden Mäusen für Absolut-Positionsaufnahme möglich?

Nachtrag 1988: der Zeitaufwand ist vermutlich massiv unterschätzt!

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