Die Technologie hinter Wallhack's nächster Generation von Glas-Mauspad-Oberflächen

Index

• 1. Ein benutzerorientierter Ansatz zur Leistung
• 2. Tribologie Forschung & Oberflächenmikrotopografie
• 3. Aufbau eines Reibungsrahmens für Spieler
• 4. Die Herausforderung, Reibung genau zu messen
• 5. Anwendung der Forschung: Engineering von VA-005 & CR-005
• 6. Gewichtete kinetische Reibung: Warum das Gleiten unter Druck ändert

1. Ein benutzerorientierter Ansatz zur Leistung

Die Wahl des richtigen Mauspads ist eine persönliche Entscheidung. Jeder Stil einer Person, von der Mausgriffführung über den Handdruck bis zur Geschwindigkeit der Mausbewegung, beeinflusst, welche Art von Oberfläche sich gut anfühlt. Mauspads sind nicht für alle gleich geeignet, insbesondere auf hohen Spielniveaus. Dieses Verständnis legte den Grundstein für Wallhack’s neueste technische Forschung zu Glas-Mauspad-Oberflächen. Wir begaben uns auf eine forschungsorientierte Mission, um grundlegend zu verstehen, warum verschiedene Glasoberflächen unterschiedliche Gleiteigenschaften aufweisen, damit wir neue Oberflächen entwickeln konnten, die auf unterschiedliche Vorlieben zugeschnitten sind. Diese Reise führte uns in die Bereiche der Tribologie und der Oberflächenmikrotopografie (im Wesentlichen die Wissenschaft der Reibung und der mikroskopischen Oberflächenstruktur). Durch die Anwendung dieser Wissenschaften strebten wir an, ein Wissensfundament zu schaffen, von dem aus verschiedene Glasoberflächen so entwickelt werden konnten, dass sie spezifische Gleiterlebnisse bieten, von Geschwindigkeit bis Kontrolle.

2. Tribologie Forschung und Oberflächenmikrotopografie

Wir wollten zuerst die Mikroskalennstruktur der Mauspad-Oberflächen quantifizieren und charakterisieren. Mit hochauflösender Laserscannung und optischer Bildgebung kartierten wir die mikroskopische Landschaft zahlloser geätzter Glasoberflächen. In diesem Maßstab (gemessen in Mikrometern) ist die Oberfläche überhaupt nicht flach; sie ist ein komplexes Terrain aus winzigen Höhen, Tälern und Mustern, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Diese Mikrotopografie beeinflusst direkt die Reibung und das Gleiten: Verschiedene Texturen ändern nicht nur die tatsächliche Kontaktfläche zwischen den Mausgleitern und dem Glas, sondern verändern auch die vorherrschenden tribologischen Mechanismen, die im Spiel sind, was wiederum die Reibung beeinflusst.

3. Aufbau eines Reibungsrahmens für Spieler

In der Tribologie wird die Reibung als die widerstandsable kraft definiert, die der Bewegung entgegenwirkt und entsteht, wenn zwei Oberflächen in Kontakt relativ zueinander bewegt werden.

Diese Kraft kann mathematisch beschrieben werden als:      F_Reibung=μ⋅N

Wo N die Normalkraft ist, die sich aus dem Gewicht des Objekts ergibt (in diesem Fall das Gewicht der Maus und der Hand/Unterarm des Benutzers, die auf die Maus drücken) und μ der Reibungskoeffizient ist. Diese Formel impliziert eine lineare Korrelation zwischen μ und N. Daher steigt bei mehr auf die Maus ausgeübtem Druck (wenn N zunimmt) die Reibungskraft F_Reibung linear an.

Für Mauspad-Nutzer ist der Reibungskoeffizient μ der wichtigste Teil der Gleichung, da dieser Wert die Menge des Widerstands quantifiziert, die bei einer spezifischen Kombination von Mauspad-Oberfläche und Mausgleitern auftritt. Niedrige Werte von μ deuten auf niedrige Reibung hin, während hohe Werte hohe Reibung zur Folge haben.

Es gibt zwei Haupttypen von Reibungskoeffizienten:

• Statischer Reibungskoeffizient (μ_S): Die Schwelle der Kraft, die nötig ist, um die Maus von einem Stillstand in Bewegung zu bringen. Dies ist typischerweise der höchste Reibungswert, den du erleben wirst, er definiert den Widerstand, der zu Beginn einer Bewegung fühlbar ist. Ein niedriger μ_S bedeutet einen weniger widerstandsfähigen Start, während ein höherer μ_S mehr Anfangswiderstand bietet.
• Kinetischer Reibungskoeffizient (μ_K): Die Reibung während einer gleichmäßigen Mausbewegung. Dieser definiert, wie widerstandsfähig das Gleiten wirkt, sobald die Maus in Bewegung ist. Ein niedriger μ_K erzeugt ein schnelles, müheloses Gleiten, wohingegen ein höherer μ_K bedeutet, dass du während der Mausbewegung mehr Widerstand spürst.

Während unserer Forschung führten wir auch eine dritte Metrik ein, die sich von konventionellen tribologischen Begriffen unterscheidet:

• Gewichtete kinetische Reibung (μ_K-W): Dasselbe wie die kinetische Reibung, jedoch unter höherem Mausdruck gemessen (simuliert, wenn ein Spieler härter drückt, zum Beispiel beim Versuch, die Maus zu stoppen).

Dieses Trio von Reibungskoeffizienten vermittelt ein umfassendes Bild des Gleitherverhaltens eines Mauspads: die statische Reibung bestimmt den Widerstand beim Anlaufen, die kinetische Reibung definiert den Widerstand bei fortlaufender Bewegung, und die gewichtete kinetische Reibung zeigt, wie die kinetische Reibung ansteigt, wenn mehr Druck auf die Maus ausgeübt wird.

4. Die Herausforderung, Reibung genau zu messen

Die Beziehung zwischen der Mikrotopografie einer Oberfläche und ihrem Reibungsprofil ist nicht nur komplex, sondern auch die Wissenschaft der Reibungsmessung selbst. Viele Faktoren können die Reibungsmessungen beeinflussen. Zu den wichtigen Variablen gehören beispielsweise:

• Oberflächenstruktur: das getestete Finish oder die Textur der geätzten Glasoberfläche.
• Mausgleitermaterial: das Material der Mausgleiter und deren Oberflächenzustand.
• Testgeschwindigkeit: die Gleitegeschwindigkeit während des Tests.
• Anzahl der Gleiter: die Anzahl der verwendeten Mausgleiter.
• Anordnung der Gleiter: das Muster/die Platzierung der Gleiter auf der Maus.
• Verschleiß der Gleiter: der Abnutzungszustand der Gleiter (neu vs. eingefahren vs. abgenutzt).
• Bewegungsdistanz: die Länge der Teststrecke (wie weit die Maus während eines Tests bewegt wird).
• Pfadgeometrie: der Bewegungsweg (ob die Maus in einer geraden Linie oder entlang eines gekrümmten Pfades, wie Kreisen, bewegt wird).
• Umgebung: Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
• Normallast: der Druck auf die Maus.

All diese Faktoren beeinflussen die Reibungsmessungen, sodass es ziemlich schwierig ist sicherzustellen, dass die Reibungstests konsistent sind und dass die Tests vergleichbar sind. Unser Ziel war es, all diese Variablen zu kontrollieren, außer demjenigen, der getestet wird (wie die Oberfläche des Pads oder das Gleitermaterial). Selbst etwas so Einfaches wie die Nutzung einer Gleitermaterialgruppe kann die Reibung erheblich verändern – genug, um die wissenschaftliche Integrität eines Experiments zu ruinieren.

Obwohl es standardisierte Reibungstestmaschinen gibt, erfüllte keine von ihnen unsere Anforderungen für Tests von Mauspads und Mausgleitern. Zudem sind die meisten Reibungstestgeräte nach ISO- oder ASTM-Standards gebaut, die für Tests von Kunststoffen und Folien gedacht sind, nicht für Glas. Diese Probleme führten uns dazu, Wallhacks eigene proprietäre Reibungstestmaschine und Methodik zu entwickeln. Dies gewährleistete zuverlässige Reibungsmessungen während der Entwicklung der 005-Serie Pads.

5. Anwendung der Forschung: Engineering von VA-005 & CR-005

Mit dieser umfangreichen Forschung über die Wissenschaft hinter geätzten Mauspad-Oberflächen für Glas konnten spezifische Oberflächen entwickelt werden. Dies führte zu zwei neuen Oberflächen für Wallhacks 5. Generation von Glas-Mauspads, den VA-005 und den CR-005.

Diese Oberflächen verfolgen jeweils einen völlig anderen Ansatz zur Mikrotopografie der Oberfläche, um zwei unterschiedliche Reibungsprofile und Gleiterlebnisse zu schaffen.

Die VA-005 bietet eine mikroskopische Landschaft aus pyramidenartigen Strukturen. Diese Strukturen sind speziell darauf ausgelegt, die Reibung zwischen dem Glas und den Mausgleitern zu reduzieren. Es gibt nur wenige Kontaktpunkte, und die Kontaktpunkte sind nicht scharf. Dies begrenzt die Reibung auf zwei Arten. Erstens bedeutet eine geringere tatsächliche Kontaktfläche weniger molekulare Bindungen und damit weniger adhäsive Reibung. Zweitens sind die Spitzen der harten Glas-Pyramiden nicht sehr scharf, tatsächlich ist der Winkel der Wände der Pyramiden sehr flach. Diese 3D-Mikrogeometrie begrenzt die durch Asperitätsdeformation oder Pflügen verursachte Reibung, was eine Form von Reibungskraft ist, die auftritt, wenn zwei Oberflächen sich gegenseitig physisch verformen oder verkanten, wie eine Säge, die durch Holz schneidet, oder wie die Lauffläche von Schuhen, die mit dem Boden verkantet. In diesem Fall geschieht dies jedoch in einem viel kleineren Maßstab.

Die CR-005-Oberfläche hingegen wurde präzise für Kontrolle entwickelt. Ihre Mikrotopografie besteht aus einer dichten Ansammlung von konkaven Strukturen, die kleinen Kratern ähneln. Diese Mikrotopografie beschränkt die tatsächliche Kontaktfläche, um ein insgesamt sanftes Gleiten zu erzeugen. Dennoch wirken die Ränder jedes Kraters als physische Asperitäten, die die Reibung, die aus tribologischem Pflügen resultiert, erhöhen. Dies führt zu höherer statischer Reibung sowie hoher kinetischer Reibung, was ein kontrolliertes, stabiles Gleiten erzeugt. Darüber hinaus dringen diese mikroskopischen Asperitäten umso mehr in die Mausgleiter ein, je mehr Druck auf die Maus ausgeübt wird, was zu einem hohen Maß an gewichteter kinetischer Reibung führt (siehe nächster Abschnitt für eine detaillierte Erklärung).

6. Gewichtete kinetische Reibung: Warum das Gleiten unter Druck ändert

Wie bereits beschrieben, erklären die grundlegenden Eigenschaften der Reibung, dass es eine lineare Korrelation zwischen dem nach unten ausgeübten Druck auf die Maus und der Reibung zwischen den Gleiten und der Oberfläche des Mauspads geben sollte. Dieses Prinzip gilt jedoch nicht immer in der Praxis, da es davon ausgeht, dass die Reibungsmechanismen unverändert bleiben, selbst wenn der Druck steigt. Während dies für flache, starre Oberflächen wie Stahl gelten kann, ist es nicht immer für weichere Materialien wie die Polymere, aus denen die Mausgleiter normalerweise bestehen, wahr.

Im Fall eines geätzten Mauspads mit feinen mikroskopischen Strukturen und Polymer-Mausgleitern verändert sich die Art und Weise, wie die weiche Polymeroberfläche mit der Mikrotopografie des Glases unter höherem Druck interagiert, grundlegend. Daher wird das traditionelle Verständnis der linearen Reibungskoeffizienten leicht verzerrt.

Um dies zu verstehen, betrachten wir zwei Szenarien:

Szenario 1: Verwendung der CR-005-Oberfläche mit PTFE-Gleitern unter einem leichten aufgebrachten Druck (ähnlich wie bei normalem Gebrauch). Wie in Abbildung 6 gezeigt, bleiben die Gleiter bei leicht ausgeübtem Normaldruck größtenteils auf der CR-005-Oberfläche und „drücken nicht in die mikroskopischen Oberflächenasperitäten, hohe Reibungsrückstände“. Hier wirken hauptsächlich die molekularen Haftreibkräfte, nicht das Pflügen oder Verkeilen zwischen Oberflächenasperitäten.

Szenario 2: Verwendung derselben CR-005-Oberfläche und PTFE-Gleiter unter hohem aufgebrachten Druck (ähnlich wie beim Drücken, um die Maus zu stoppen). Wie in Abbildung 6 gezeigt, drückt die harte Glasoberfläche viel tiefer in die weicheren PTFE-Gleiter. Dies führt zu einem völlig anderen Reibungsmechanismus, da das Glas jetzt auf mikroskopischer Ebene physisch in die weichen PTFE-Gleiter gedrückt wird. Infolgedessen ist die Adhäsion nicht mehr die dominierende Reibungskraft, das Pflügen der Glas-Mikroasperitäten in das weiche PTFE ist nun die relevanteste Reibungskraft. Dies erhöht den Reibungskoeffizienten selbst, je mehr Gewicht auf die Maus gelegt wird.

Abbildung 6: Lineare Reibungskraft, wenn die Last auf flachen, starren Oberflächen steigt, vs. nicht-lineare Erhöhung der Reibungskraft, wenn die Last auf CR-005 steigt

Der Unterschied, wie die Reibungskraft in diesen beiden Szenarien erzeugt wird, bedeutet, dass der Reibungskoeffizient (μ) nicht mehr konstant ist; die Reibungskraft wird nun durch grundlegend verschiedene Mechanismen erzeugt, wenn die Normalkraft zunimmt. Mit anderen Worten, bei einigen geätzten Glasoberflächen können sowohl der statische als auch der kinetische Reibungskoeffizient variieren, wenn mehr Druck ausgeübt wird – obwohl die Schulbuchtheorie uns sagt, dass der Reibungskoeffizient gleich bleiben sollte.

Aber was bedeutet das für das Gleiterlebnis? Im Wesentlichen werden Oberflächen, deren Reibungskoeffizienten steigen, je mehr Druck auf die Maus ausgeübt wird (d.h. die gewichtete kinetische Reibung im Vergleich zur normalen kinetischen Reibung höher ist), so empfunden, als ob sie einen zusätzlichen Schub an Bremskraft erhalten, über das hinaus, was du nur durch den zusätzlichen Druck auf einer typischen harten Oberfläche erwarten würdest.