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MIT工程师3D打印出直接嵌入传感器的产品原型

2021-09-14 14:41 · 稿源: cnbeta

如果将传感功能直接整合到物体的材料中,能够应用于辅助技术和“智能”家具。近日,麻省理工学院的研究人员已经开发出一种新方法[PDF],可以 3D 打印出检测物体受力情况的机制。这些结构是由一块材料制成的,因此它们可以快速制作成原型。设计师可以用这种方法一次性 3D 打印出各种“交互式输入设备”,如操纵杆、开关或手持式控制器。

为了实现这一目标,研究人员将电极集成到由超材料制成的结构中,超材料是被划分为重复单元网格的材料。他们还创建了编辑软件,帮助用户构建这些互动设备。

该论文的第一作者龚俊(Jun Gong,音译)表示:“超材料可以支持不同的机械功能。例如我们用它制造出一个超级门把手,如果在旋转门把手的时候想要知道旋转了多少度吗?如果你有特殊的传感要求,我们的工作使你能够定制一个机制来满足你的需求”

Gong 曾是麻省理工学院的访问博士生,现在是苹果公司的研究科学家。Gong 与其他主要作者 Olivia Seow(麻省理工学院电子工程和计算机科学系的研究生)和 Cedric Honnet(麻省理工学院媒体实验室的研究助理)一起撰写了该论文。

其他共同作者是麻省理工学院的研究生 Jack Forman 和资深作者 Stefanie Mueller,她是 EECS 的副教授和计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的成员。这项研究将在下个月的计算机协会用户界面软件和技术研讨会上发表。

Mueller 表示:“我认为该项目最令人兴奋的是将传感直接整合到物体的材料结构中的能力。这将实现新的智能环境,在这种环境中,我们的物体可以感知与它们的每一次互动。例如,当用户坐在上面时,由我们的智能材料制成的椅子或沙发可以检测到用户的身体,并利用它来查询特定的功能(如打开灯或电视)或收集数据供以后分析(如检测和纠正身体姿势)”。

由于超材料是由单元格组成的,当用户对超材料物体施加力时,一些灵活的内部单元格会伸展或压缩。研究人员通过创造“导电剪切单元”来利用这一点,这些灵活的单元有两个由导电丝制成的对立壁和两个由非导电丝制成的壁。导电壁作为电极发挥作用。

为了证明这一点,研究人员创造了一个超材料操纵杆,在每个方向(上、下、左、右)的手柄底部周围嵌入了四个导电剪切单元。当用户移动操纵杆手柄时,相对的导电壁之间的距离和面积会发生变化,因此可以感觉到每个应用力的方向和大小。在这种情况下,这些数值被转换为"PAC-MAN"游戏的输入。

研究人员还创造了一个音乐控制器,旨在符合用户的手。当用户按下其中一个灵活的按钮时,结构内的导电剪切细胞被压缩,感应到的输入被发送到一个数字合成器。

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