离散制造业

3D打印对象,可感知用户交互

麻省理工学院的研究人员正在将传感能力集成到由重复细胞组成的3D打印结构中,这使设计师能够快速原型化交互输入设备。看到视频。

由亚当Zewe. 9月15日,2021年
麻省理工学院(MIT)

麻省理工学院的研究人员开发了一种3D打印机制的新方法,可以检测施加在物体上的力。这些结构是由单一的材料制成的,所以它们可以迅速被制成原型。设计师可以使用这种方法一次性打印“交互式输入设备”,如操纵杆、开关或手持控制器。

为了实现这一点,研究人员将电极集成到由超材料制成的结构中,这些结构是分为重复细胞网格的材料。它们还创建了编辑软件,帮助用户构建这些交互设备。

“超材料可以支持不同的机械功能。但是如果我们创造了超材料门把手,我们也可以知道门把手正在旋转,如果是的话,通过多少程度?如果您有特殊的传感要求,我们的工作使您能够定制一种满足您需求的机制,“MIT Indo Apple In Apple的研究科学家是一位研究科学家。

龚先生用MIT Media Lab中的MIT Media Lab的研究助手和CEDRIC Honnet中的研究生of everivia seoW写下了overivia seok的olivia seow。其他共同作者是麻省理工学院杰克福克甲博物馆和高级作者Stefanie Mueller,他是EECS的副教授和计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)。该研究将在下个月计算用户界面软件和技术的计算机械研讨会协会。

“我发现这个项目最令人兴奋的是,它能够将感知直接集成到物体的材料结构中。这将使新的智能环境成为可能,在这种环境中,我们的物体可以感知与它们的每次交互,”穆勒说。“例如,一把椅子或沙发上由我们的智能材料可以检测用户的身体当用户坐在它,要么用它来查询特定功能(如打开光或电视)或收集数据后分析(如检测和纠正体位)。”

嵌入式电极

因为超材料是由网格单元构成的,当用户对超材料对象施加力时,一些灵活的内部单元会拉伸或压缩。

研究人员通过创造“导电剪切单元”来利用这一点,柔性电池具有由导电长丝和由非导电丝制成的两个壁制成的两个相对的壁。导电壁用作电极。

当用户施加到超材料机制时 - 移动操纵杆手柄或按压控制器上的按钮 - 导电剪切单元拉伸或压缩,并且相对电极之间的距离和重叠区域变化。使用电容感测,可以测量这些变化,并用于计算所施力的大小和方向,以及旋转和加速度。

麻省理工学院的研究人员开发了一种方法,将传感能力集成到由重复细胞组成的3D打印结构中,这使设计师能够快速原型化交互输入设备。麻省理工学院(MIT)

麻省理工学院的研究人员开发了一种方法,将传感能力集成到由重复细胞组成的3D打印结构中,这使设计师能够快速原型化交互输入设备。麻省理工学院(MIT)

为了证明这一点,研究人员创造了一个超材料操纵杆,在手柄底部的每个方向(上、下、左、右)嵌入四个导电剪切细胞。当用户移动操纵杆手柄时,相对的导电墙之间的距离和面积就会发生变化,所以每个作用力的方向和大小都可以被感知。在这种情况下,这些值被转换成“吃豆人”游戏的输入。

通过了解操纵杆用户如何施加力量,设计师可以为在特定方向上握力有限的人设计独特手柄形状和尺寸的原型。

研究人员还创建了一种旨在符合用户手的音乐控制器。当用户按下一个灵活的按钮之一时,将结构内的导电剪切单元被压缩,并且感测输入被发送到数字合成器。

这种方法可以让设计师快速创建和调整独特的、灵活的电脑输入设备,比如可压缩的音量控制器或可弯曲的触控笔。

一个软件解决方案

研究人员开发的3D编辑器MetaSense实现了这种快速原型。用户可以手动将传感集成到超材料设计中,或者让软件自动将导电剪切单元放置在最佳位置。

“该工具将模拟物体在施加不同力时的变形情况,然后使用这种模拟变形来计算哪些单元格的距离变化最大。变化最大的细胞是导电剪切细胞的最佳候选细胞,”龚说。

研究人员努力使MetaSense直接,但打印如此复杂的结构存在挑战。

“在多维3D打印机中,一个喷嘴用于非导电长丝,一个喷嘴将用于导电丝。但它非常棘手,因为这两种材料可能具有截然不同的特性。它需要大量的参数调整来解决理想的速度,温度等。但我们认为,随着3D打印技术继续变得更好,未来用户将更容易,“他说。

在未来,研究人员愿意改进元素背后的算法,以实现更复杂的模拟。

他们也希望创造出具有更多导电剪切细胞的机制。Gong说,在一个非常大的机制中嵌入成百上千的导电剪切细胞,可以实现高分辨率、实时的可视化,显示用户如何与一个物体互动。


亚当泽..
作者简介:亚当Zewe,麻省理工学院新闻办公室