3D-печатные объекты чувствуют, как пользователь взаимодействует с ними

Исследователи разработали новый метод для механизмов 3D-печати, которые определяют, как сила применяется к объекту. Конструкции сделаны из цельного куска материала, поэтому их можно быстро прототипировать. Дизайнер может использовать этот метод для 3D-печати интерактивных устройств ввода, таких как джойстик, переключатель или портативный контроллер, за один проход.

Для этого исследователи интегрировали электроды в структуры, сделанные из метаматериалов, которые представляют собой материалы, разделенные на сетку повторяющихся ячеек. Они также создали программное обеспечение для редактирования, которое помогает пользователям создавать эти интерактивные устройства.

Восприятие может быть интегрировано непосредственно в материальную структуру объектов, создавая интеллектуальную среду, в которой объекты могут ощущать каждое взаимодействие с ними. Например, стул или кушетка, сделанные из интеллектуального материала, могут обнаруживать тело пользователя, когда пользователь сидит на нем, и либо использовать его для запроса определенных функций (таких как включение света или телевизора), либо собирать данные для последующего анализа (например, обнаружение и коррекция осанки).

Поскольку метаматериалы состоят из сетки ячеек, когда пользователь прикладывает силу к объекту метаматериала, некоторые из гибких внутренних ячеек растягиваются или сжимаются. Исследователи воспользовались этим, создав «проводящие ячейки сдвига» — гибкие ячейки, которые имеют две противоположные стенки из проводящей нити и две стенки из непроводящей нити. Проводящие стены функционируют как электроды.

Когда пользователь прикладывает силу к механизму из метаматериала — перемещает ручку джойстика или нажимает кнопки на контроллере — проводящие сдвиговые ячейки растягиваются или сжимаются, а расстояние и площадь перекрытия между противоположными электродами изменяются. С помощью емкостного датчика эти изменения можно измерить и использовать для расчета величины и направления приложенных сил, а также вращения и ускорения. Понимая, как пользователи джойстика прилагают усилия, дизайнер может создавать уникальные формы и размеры ручек для людей с ограниченной силой захвата в определенных направлениях.

Дизайнер может быстро создавать и настраивать уникальные гибкие устройства ввода для компьютера, такие как сгибаемый регулятор громкости или сгибаемый стилус. Meta-Sense, 3D-редактор, разработанный исследователями, позволяет быстро создавать прототипы. Пользователи могут вручную интегрировать датчики в конструкцию метаматериала или разрешить программному обеспечению автоматически размещать проводящие ячейки сдвига в оптимальных местах.

Инструмент моделирует, как объект будет деформироваться при приложении различных сил, а затем использует эту смоделированную деформацию для расчета, какие ячейки имеют максимальное изменение расстояния. Клетки, которые изменяются больше всего, являются оптимальными кандидатами на роль кондуктивных клеток сдвига.