Теперь некоторые виды объектов, напечатанных на 3D-принтере, можно «потрогать» с помощью новой технологии, позволяющей встраивать датчики непосредственно в их материалы. Новое исследование показало, что эта разработка может привести к созданию новых интерактивных устройств, таких как «умная» мебель.
Эта новая технология использует метаматериалы — вещества, состоящие из сетки повторяющихся элементов, — для 3D-печати объектов. При приложении силы к гибкому метаматериалу некоторые из его ячеек могут растягиваться или сжиматься. Электроды, встроенные в эти структуры, могут определять величину и направление этих изменений формы, а также вращение и ускорение.
В этом новом исследовании ученые изготовили объекты из гибкого пластика и проводящих нитей. Размер ячеек в них достигает 5 мм в ширину.
Каждая ячейка имеет две противоположные стенки, изготовленные из проводящих нитей и непроводящего пластика, причем проводящие стенки служат электродами. Сила, приложенная к объекту, изменяет расстояние и площадь перекрытия между противоположными электродами, генерируя электрический сигнал, который отображает детали приложенной силы. Соавтор исследовательского отчета заявил, что таким образом эта новая технология может «бесшовно и незаметно интегрировать сенсорные технологии в печатные объекты».
Исследователи утверждают, что эти метаматериалы могут помочь дизайнерам быстро создавать и настраивать гибкие устройства ввода для компьютеров. Например, они использовали эти метаматериалы для создания музыкального контроллера, разработанного по форме человеческой руки. Когда пользователь нажимает на одну из гибких кнопок, генерируемый электрический сигнал помогает управлять цифровым синтезатором.
Ученые также создали метаматериальный джойстик для игры в Pac-Man. Понимая, как люди прикладывают усилие к этому джойстику, дизайнеры могут создавать уникальные формы и размеры рукояток для людей с ограниченными возможностями захвата в определенных направлениях.
Соавтор исследовательского отчета сказал: «Мы можем воспринимать движение в любом объекте, напечатанном на 3D-принтере. От музыки до игровых интерфейсов — потенциал действительно впечатляет».
Исследователи также создали программное обеспечение для 3D-редактирования под названием MetaSense, которое помогает пользователям создавать интерактивные устройства с использованием этих метаматериалов. Оно имитирует деформацию напечатанного на 3D-принтере объекта при приложении различных сил и вычисляет, какие клетки изменяются сильнее всего и наиболее подходят для использования в качестве электродов.
MetaSense позволяет дизайнерам за один раз печатать на 3D-принтере конструкции со встроенными датчиками. Это значительно ускоряет прототипирование устройств, таких как джойстики, которые можно адаптировать под потребности людей с различными особенностями развития.
Встраивание сотен или тысяч сенсорных блоков в объект может помочь достичь высокоточного анализа взаимодействия пользователей с ним в режиме реального времени. Например, «умное» кресло, изготовленное из такого метаматериала, может распознавать тело пользователя, а затем включать свет или телевизор, или собирать данные для последующего анализа, например, для определения и коррекции осанки. Эти метаматериалы также могут найти применение в носимых устройствах.
Дата публикации: 27 сентября 2021 г.
