MIT研究人員開發(fā)新型運動感應(yīng)3D打印超材料

導(dǎo)讀：麻省理工學(xué)院（MIT）研究人員利用3D打印開發(fā)出了一種可以感知用戶交互的新方法。通過3D打印超材料并集成電極傳感器,，打印結(jié)構(gòu)能夠檢測各種狀態(tài)變化,，包括施加的力和旋轉(zhuǎn)。

麻省理工學(xué)院的超材料結(jié)構(gòu)由重復(fù)細胞的網(wǎng)格組成,，其中大部分是柔性的,，可以伸展和壓縮。它還包含“導(dǎo)電剪切單元”,，有兩個由導(dǎo)電細絲制成的相對壁和兩個由非導(dǎo)電細絲制成的壁,。導(dǎo)電壁充當(dāng)感應(yīng)電極,。當(dāng)外力施加在結(jié)構(gòu)上時，導(dǎo)電剪切單元膨脹或壓縮,，從而改變導(dǎo)電壁之間的距離,。利用電容傳感器，研究人員可以測量這些距離變化,，并計算所施加力的大小,、方向、旋轉(zhuǎn)和加速度,。例如,，操縱桿手柄上、下,、左,、右移動（以及隨后的彎曲）。

△3D打印超材料機制中的銅色電容感應(yīng)電極用于感應(yīng)壓縮,。

為了證明這一點，研究人員制造了一個超材料操縱桿,，在手柄底部的每個方向（上,、下、左和右）嵌入了四個導(dǎo)電剪切單元,。當(dāng)用戶移動操縱桿手柄時,，相對的導(dǎo)電壁之間的距離和面積會發(fā)生變化，因此可以感應(yīng)到每個施加的力的方向和大小,。通過了解用戶如何將力施加在操縱桿上,，設(shè)計師可以為握力有限的人設(shè)計獨特的手柄形狀和尺寸。

△超材料由多排重復(fù)的單元組成，導(dǎo)電壁充當(dāng)電極,。照片來自麻省理工學(xué)院

研究人員還制造了一個音樂控制器,，旨在收集用戶的手部施力數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶按下其中一個柔性按鈕時,，結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)電剪切單元被壓縮,，感測到的輸入信號會被發(fā)送到數(shù)字合成器。這種方法可以讓設(shè)計人員快速創(chuàng)建和調(diào)整獨特,、靈活的計算機輸入設(shè)備,，例如可擠壓的音量控制器或可彎曲的手寫筆。

△音樂控制手柄

為了擴充3D打印方法,，麻省理工學(xué)院團隊還開發(fā)了一種名為MetaSense的3D專用編輯器,。MetaSense作為超材料CAD軟件允許用戶手動放置導(dǎo)電剪切單元或自動將傳感集成到最佳位置設(shè)計中,。雖然研究團隊聲稱已經(jīng)盡可能將MetaSense設(shè)計得簡單、易操作,，但超材料的復(fù)雜性仍需要大量的參數(shù)調(diào)整才能成功構(gòu)建,。團隊試圖不斷改進軟件算法，實現(xiàn)更復(fù)雜的模擬,，制造具有數(shù)百或數(shù)千個導(dǎo)電剪切單元設(shè)備,。

△Metasense操縱桿顯示在 (a) 原始狀態(tài)和 (b,c) 用戶交互期間的變形狀態(tài),，并相應(yīng)地檢測到導(dǎo)電剪切單元的電容變化,。

參考文獻：Gong, J. MetaSense: IntegratingSensing Capabilities into Mechanical Metamaterial.. Retrieved fromhttps://par.nsf.gov/biblio/10283486. ACM Conference on User Interface Softwareand Technology .

文獻地址：https://honnet.github.io/publications/UIST21-MetaSense.pdf

項目地址：https://www.media.mit.edu/projects/metasense/overview/