Некоторые виды 3D-печатных объектов теперь можно «пощупать», используя новую технологию для встраивания датчиков непосредственно в их материалы.Новое исследование показало, что это исследование может привести к появлению новых интерактивных устройств, таких как умная мебель.
Эта новая технология использует метаматериалы — вещества, состоящие из сетки повторяющихся единиц — для объектов 3D-печати.Когда к гибкому метаматериалу прикладывается сила, некоторые его клетки 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 исследователи изготовили объекты из гибкого пластика и проводящих нитей.У них есть клетки размером до 5 мм в ширину.
Каждая ячейка имеет две противоположные стенки из проводящих нитей и непроводящего пластика, причем проводящие стенки служат электродами.Сила, приложенная к объекту, изменяет расстояние и площадь перекрытия между противоположными электродами, создавая электрический сигнал, который показывает детали приложенной силы.Соавтор исследовательского отчета сказал, что таким образом эта новая технология может «бесшовно и ненавязчиво интегрировать сенсорную технологию в печатные объекты».
Исследователи говорят, что эти метаматериалы могут помочь дизайнерам быстро создавать и настраивать гибкие компьютерные устройства ввода.Например, они использовали эти метаматериалы для создания музыкального контроллера, соответствующего форме человеческой руки.Когда пользователь нажимает одну из кнопок с назначаемой функцией, генерируемый электрический сигнал помогает управлять цифровым синтезатором.
Ученые также сделали джойстик из метаматериала для игры в Pac-Man.Понимая, как люди прилагают усилия к этому джойстику, дизайнеры могут создавать уникальные формы и размеры рукояток для людей с ограниченным захватом в определенных направлениях.
Соавтор исследовательского отчета сказал: «Мы можем воспринимать движение в любом напечатанном на 3D-принтере объекте.От музыки до игровых интерфейсов потенциал действительно захватывающий».
Исследователи также создали программное обеспечение для 3D-редактирования под названием MetaSense, чтобы помочь пользователям создавать интерактивные устройства с использованием этих метаматериалов.Он имитирует деформацию напечатанного на 3D-принтере объекта при приложении различных сил и вычисляет, какие клетки изменяются больше всего и больше всего подходят для использования в качестве электродов.
MetaSense позволяет дизайнерам печатать структуры со встроенными датчиками за один раз.Это позволяет очень быстро создавать прототипы устройств, таких как джойстики, которые можно настроить для людей с различными потребностями в доступности.
Встраивание сотен или тысяч сенсоров в объект может помочь в анализе того, как пользователи взаимодействуют с ним, в реальном времени с высоким разрешением.Например, умный стул из этого метаматериала может обнаруживать тело пользователя, а затем включать свет или телевизор или собирать данные для последующего анализа, такого как обнаружение и коррекция положения тела.Эти метаматериалы также могут найти применение в носимых устройствах.
Время публикации: 27 сентября 2021 г.