Noen typer 3D-printede objekter kan nå «føles» ved hjelp av en ny teknologi for å bygge sensorer direkte inn i materialene. En ny studie fant at denne forskningen kan føre til nye interaktive enheter, som smarte møbler.
Denne nye teknologien bruker metamaterialer – stoffer som består av et rutenett av gjentakende enheter – for å 3D-printe objekter. Når kraft påføres et fleksibelt metamateriale, kan noen av cellene strekke seg eller komprimeres. Elektrodene som er innlemmet i disse strukturene kan oppdage størrelsen og retningen på disse formforandringene, samt rotasjon og akselerasjon.
I denne nye studien laget forskerne gjenstander av fleksibel plast og ledende filamenter. Disse har celler så små som 5 mm i bredden.
Hver celle har to motstående vegger laget av ledende filamenter og ikke-ledende plast, og de ledende veggene fungerer som elektroder. Kraften som påføres objektet endrer avstanden og overlappingsområdet mellom de motstående elektrodene, og produserer et elektrisk signal som viser detaljer om den påførte kraften. Medforfatteren av forskningsrapporten sa at på denne måten kan denne nye teknologien «sømløst og diskret integrere sensorteknologi i trykte objekter».
Forskere sier at disse metamaterialene kan hjelpe designere med raskt å lage og justere fleksible datamaskininndataenheter. For eksempel brukte de disse metamaterialene til å lage en musikkkontroller designet for å passe formen på en menneskehånd. Når brukeren klemmer på en av de fleksible knappene, bidrar det genererte elektriske signalet til å styre en digital synthesizer.
Forskerne lagde også en joystick av metamateriale for å spille Pac-Man. Ved å forstå hvordan folk bruker kraft på denne joysticken, kan designere designe unike håndtaksformer og -størrelser for personer med begrenset grep i bestemte retninger.
Medforfatteren av forskningsrapporten sa: «Vi kan oppfatte bevegelse i ethvert 3D-printet objekt. Fra musikk til spillgrensesnitt er potensialet virkelig spennende.»
Forskere har også laget 3D-redigeringsprogramvare, kalt MetaSense, for å hjelpe brukere med å bygge interaktive enheter ved hjelp av disse metamaterialene. Den simulerer hvordan et 3D-printet objekt deformeres når forskjellige krefter påføres, og beregner hvilke celler som endrer seg mest og er mest egnet for bruk som elektroder.
MetaSense lar designere 3D-printe strukturer med innebygde sensorfunksjoner i én omgang. Dette gjør prototyping av enheter superrask, for eksempel joysticks, som kan tilpasses for personer med ulike tilgjengelighetsbehov.
Å bygge inn hundrevis eller tusenvis av sensorenheter i et objekt kan bidra til å oppnå høyoppløselig sanntidsanalyse av hvordan brukere samhandler med det. For eksempel kan en smartstol laget av dette metamaterialet oppdage brukerens kropp, og deretter slå på et lys eller en TV, eller samle inn data for senere analyse, for eksempel å oppdage og korrigere kroppsholdning. Disse metamaterialene kan også finne bruk i bærbare applikasjoner.
Publisert: 27. september 2021
