Революционные 3D-печатные датчики обнаруживают взаимодействие пользователя в реальном времени

Исследователи разработали новый метод 3D печати механизмов, которые обнаруживают, как сила применяется к объекту. Структуры сделаны из единого куска материала, поэтому они могут быть быстро прототипированы. Дизайнер может использовать этот метод для 3D печати интерактивных устройств ввода, как джойстик, переключатель или ручной контроллер, в один проход.

Для достижения этого исследователи интегрировали электроды в структуры, сделанные из метаматериалов, которые являются материалами, разделенными на сетку повторяющихся клеток. Они также создали редакторское программное обеспечение, которое помогает пользователям строить эти интерактивные устройства.

Сенсирование может быть интегрировано непосредственно в материальную структуру объектов, позволяя интеллектуальным средам, в которых объекты могут чувствовать каждое взаимодействие с ними. Например, стул или диван, сделанный из умного материала, может обнаружить тело пользователя, когда пользователь садится на него и либо использовать это для запроса определенных функций (таких как включение света или телевизора) или собирать данные для последующего анализа (таких как обнаружение и коррекция позы тела).

Поскольку метаматериалы сделаны из сетки клеток, когда пользователь применяет силу к метаматериальному объекту, некоторые из гибких внутренних клеток растягиваются или сжимаются. Исследователи воспользовались этим, создав «проводящие сдвиговые клетки» — гибкие клетки, у которых две противоположные стены сделаны из проводящей нити и две стены из непроводящей нити. Проводящие стены функционируют как электроды.

Когда пользователь применяет силу к метаматериальному механизму — двигает ручку джойстика или нажимает кнопки на контроллере — проводящие сдвиговые клетки растягиваются или сжимаются, и расстояние и площадь перекрытия между противоположными электродами меняется. Используя емкостное 감жирование, эти изменения могут быть измерены и использованы для расчета величины и направления приложенных сил, а также вращения и ускорения. Понимая, как пользователи джойстика применяют силы, дизайнер мог бы прототипировать уникальные формы и размеры ручек для людей с ограниченной силой хвата в определенных направлениях.

Дизайнер мог бы быстро создавать и настраивать уникальные гибкие устройства ввода для компьютера, как сжимаемый контроллер громкости или гнутый стилус. Meta-Sense, 3D редактор, разработанный исследователями, позволяет это быстрое прототипирование. Пользователи могут вручную интегрировать сенсирование в метаматериальный дизайн или позволить программному обеспечению автоматически размещать проводящие сдвиговые клетки в оптимальных локациях.

Инструмент симулирует, как объект будет деформирован, когда разные силы применяются, и затем использует эту симулированную деформацию для расчета, какие клетки имеют максимальное изменение расстояния. Клетки, которые меняются больше всего, являются оптимальными кандидатами для проводящих сдвиговых клеток.