3d Printed Structures Comprised Of Repetitive Cells 777x518 1 2
Thông tin công nghệ

Các kỹ sư của MIT tạo ra các đối tượng in 3D có thể cảm nhận được cách người dùng tương tác với chúng

Các nhà nghiên cứu từ MIT đã phát triển một phương pháp tích hợp khả năng cảm biến vào các cấu trúc có thể in 3D bao gồm các tế bào lặp đi lặp lại, cho phép các nhà thiết kế tạo mẫu nhanh chóng các thiết bị đầu vào tương tác. Tín dụng: Được phép của các nhà nghiên cứu

Advance kết hợp cảm biến trực tiếp vào vật liệu của một đối tượng, với các ứng dụng cho công nghệ hỗ trợ và đồ nội thất “thông minh”.

Các nhà nghiên cứu của MIT đã phát triển một phương pháp mới cho các cơ chế in 3D giúp phát hiện cách tác dụng lực lên một vật thể. Các cấu trúc được làm từ một phần vật liệu duy nhất, vì vậy chúng có thể được tạo mẫu nhanh chóng. Một nhà thiết kế có thể sử dụng phương pháp này để in 3D “thiết bị đầu vào tương tác”, chẳng hạn như cần điều khiển, công tắc hoặc bộ điều khiển cầm tay, chỉ trong một lần.

Để thực hiện điều này, các nhà nghiên cứu đã tích hợp các điện cực vào các cấu trúc làm từ siêu vật liệu, là vật liệu được chia thành một mạng lưới các ô lặp lại. Họ cũng tạo ra phần mềm chỉnh sửa giúp người dùng xây dựng các thiết bị tương tác này.

Siêu vật liệu có thể hỗ trợ các chức năng cơ học khác nhau. Nhưng nếu chúng ta tạo ra một tay nắm cửa siêu vật liệu, chúng ta cũng có thể biết rằng tay nắm cửa đang được xoay, và nếu có, bao nhiêu độ? Nếu bạn có yêu cầu đặc biệt về cảm biến, công việc của chúng tôi cho phép bạn tùy chỉnh một cơ chế để đáp ứng nhu cầu của bạn, ”đồng tác giả Jun Gong, cựu nghiên cứu sinh tại MIT, hiện là nhà khoa học nghiên cứu tại Apple, cho biết.

Gong đã viết bài báo này cùng với các tác giả chính Olivia Seow, một sinh viên tốt nghiệp tại MIT Khoa Kỹ thuật Điện và Khoa học Máy tính (EECS), và Cedric Honnet, một trợ lý nghiên cứu tại MIT Media Lab. Các đồng tác giả khác là nghiên cứu sinh Jack Forman của MIT và tác giả cao cấp Stefanie Mueller, phó giáo sư tại EECS và là thành viên của Phòng thí nghiệm Khoa học Máy tính và Trí tuệ Nhân tạo (CSAIL). Nghiên cứu sẽ được trình bày tại Hội nghị chuyên đề về Công nghệ và Phần mềm Giao diện Người dùng của Hiệp hội Máy tính Máy tính vào tháng tới.

“Điều tôi thấy thú vị nhất ở dự án là khả năng tích hợp cảm biến trực tiếp vào cấu trúc vật chất của vật thể. Điều này sẽ cho phép các môi trường thông minh mới, trong đó các đối tượng của chúng ta có thể cảm nhận từng tương tác với chúng, ”Mueller nói. “Ví dụ: một chiếc ghế hoặc đi văng được làm từ vật liệu thông minh của chúng tôi có thể phát hiện cơ thể người dùng khi người dùng ngồi trên đó và sử dụng nó để truy vấn các chức năng cụ thể (chẳng hạn như bật đèn hoặc TV) hoặc thu thập dữ liệu để phân tích sau này ( chẳng hạn như phát hiện và điều chỉnh tư thế cơ thể). ”

Điện cực nhúng

Bởi vì siêu vật liệu được tạo ra từ một mạng lưới các ô, khi người dùng tác động lực lên một vật siêu vật liệu, một số ô bên trong linh hoạt sẽ giãn ra hoặc nén lại.

Các nhà nghiên cứu đã tận dụng điều này bằng cách tạo ra “tế bào cắt dẫn điện”, các tế bào linh hoạt có hai thành đối nhau được làm từ sợi dẫn điện và hai thành được làm từ sợi không dẫn điện. Các bức tường dẫn điện có chức năng như các điện cực.

Khi người dùng tác động lực lên cơ chế siêu vật liệu – di chuyển tay cầm cần điều khiển hoặc nhấn các nút trên bộ điều khiển – các tế bào cắt dẫn điện giãn ra hoặc nén, và khoảng cách và diện tích chồng chéo giữa các điện cực đối diện sẽ thay đổi. Sử dụng cảm biến điện dung, những thay đổi đó có thể được đo và sử dụng để tính toán độ lớn và hướng của các lực tác dụng, cũng như chuyển động quay và gia tốc.

Để chứng minh điều này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một cần điều khiển siêu vật liệu với bốn tế bào cắt dẫn điện được gắn xung quanh đế của tay cầm theo mỗi hướng (lên, xuống, trái và phải). Khi người dùng di chuyển cần điều khiển, khoảng cách và diện tích giữa các bức tường dẫn điện đối diện sẽ thay đổi, do đó có thể cảm nhận được hướng và độ lớn của mỗi lực tác dụng. Trong trường hợp này, những giá trị đó đã được chuyển đổi thành đầu vào cho trò chơi “PAC-MAN”.

Thiết bị đầu vào linh hoạt này đã được in 3D thành một mảnh với các điện cực cảm biến màu đồng được tích hợp vào cấu trúc của nó. Tín dụng: Được phép của các nhà nghiên cứu

Bằng cách hiểu cách người dùng cần điều khiển tác dụng lực, một nhà thiết kế có thể tạo ra hình dạng và kích thước tay cầm độc đáo cho những người có lực cầm hạn chế ở một số hướng nhất định.

Các nhà nghiên cứu cũng tạo ra một bộ điều khiển âm nhạc được thiết kế để phù hợp với bàn tay của người dùng. Khi người dùng nhấn một trong các nút linh hoạt, các tế bào cắt dẫn điện trong cấu trúc được nén và đầu vào cảm biến được gửi đến bộ tổng hợp kỹ thuật số.

Các điện cực cảm biến điện dung màu đồng được tích hợp vào cơ chế siêu vật liệu in 3D này được sử dụng để cảm nhận độ nén. Tín dụng: Được phép của các nhà nghiên cứu

Phương pháp này có thể cho phép nhà thiết kế nhanh chóng tạo và điều chỉnh các thiết bị đầu vào linh hoạt, độc đáo cho máy tính, như bộ điều khiển âm lượng có thể bóp hoặc bút stylus có thể uốn cong.

Một giải pháp phần mềm

MetaSense, trình chỉnh sửa 3D mà các nhà nghiên cứu đã phát triển, cho phép tạo mẫu nhanh chóng này. Người dùng có thể tích hợp thủ công cảm biến vào một thiết kế siêu vật liệu hoặc để phần mềm tự động đặt các tế bào cắt dẫn điện ở những vị trí tối ưu.

“Công cụ sẽ mô phỏng vật thể sẽ bị biến dạng như thế nào khi các lực khác nhau được tác dụng, và sau đó sử dụng biến dạng mô phỏng này để tính toán ô nào có khoảng cách thay đổi lớn nhất. Các tế bào thay đổi nhiều nhất là ứng cử viên tối ưu để trở thành tế bào cắt dẫn điện, ”Gong nói.

Các nhà nghiên cứu đã cố gắng làm cho MetaSense trở nên đơn giản, nhưng có những thách thức đối với việc in ra các cấu trúc phức tạp như vậy.

“Trong một máy in 3D đa vật liệu, một đầu phun sẽ được sử dụng cho dây tóc không dẫn điện và một đầu phun sẽ được sử dụng cho dây tóc dẫn điện. Nhưng nó khá phức tạp vì hai vật liệu có thể có các đặc tính rất khác nhau. Nó đòi hỏi rất nhiều điều chỉnh thông số để đạt được tốc độ, nhiệt độ lý tưởng, v.v. Nhưng chúng tôi tin rằng, khi công nghệ in 3D tiếp tục trở nên tốt hơn, điều này sẽ dễ dàng hơn nhiều cho người dùng trong tương lai, ”ông nói.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu muốn cải thiện các thuật toán đằng sau MetaSense để cho phép các mô phỏng phức tạp hơn.

Họ cũng hy vọng tạo ra cơ chế với nhiều tế bào cắt dẫn điện hơn. Gong cho biết, việc nhúng hàng trăm hoặc hàng nghìn tế bào cắt dẫn điện trong một cơ chế rất lớn có thể cho phép hình dung thời gian thực, độ phân giải cao về cách người dùng tương tác với một vật thể.

Tham khảo: “MetaSense: Tích hợp khả năng cảm biến vào cơ học” của Jun Gong, Olivia Seow, Cedric Honnet, Jack Forman và Stefanie Mueller.
PDF

Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.