Vissa typer av 3D-utskrivna objekt kan nu "kännas" med hjälp av en ny teknik för att bygga in sensorer direkt i materialet. En ny studie fann att denna forskning kan leda till nya interaktiva enheter, såsom smarta möbler.
Denna nya teknik använder metamaterial – ämnen som består av ett rutnät av upprepade enheter – för att 3D-skriva ut objekt. När kraft appliceras på ett flexibelt metamaterial kan vissa av dess celler töjas ut eller komprimeras. Elektroderna som är inbyggda i dessa strukturer kan detektera storleken och riktningen på dessa formförändringar, såväl som rotation och acceleration.
I den här nya studien tillverkade forskarna föremål av flexibel plast och ledande filament. Dessa har celler så små som 5 mm breda.
Varje cell har två motstående väggar gjorda av ledande filament och icke-ledande plast, och de ledande väggarna fungerar som elektroder. Kraften som appliceras på objektet ändrar avståndet och överlappningsområdet mellan de motstående elektroderna, vilket producerar en elektrisk signal som visar detaljer om den applicerade kraften. Medförfattaren till forskningsrapporten sa att på detta sätt kan denna nya teknik "sömlöst och diskret integrera sensorteknik i tryckta objekt".
Forskare säger att dessa metamaterial kan hjälpa konstruktörer att snabbt skapa och justera flexibla datorinmatningsenheter. Till exempel använde de dessa metamaterial för att skapa en musikkontroll utformad för att passa formen av en mänsklig hand. När användaren trycker på en av de flexibla knapparna hjälper den genererade elektriska signalen till att styra en digital synthesizer.
Forskarna tillverkade också en joystick av metamaterial för att spela Pac-Man. Genom att förstå hur människor applicerar kraft på denna joystick kan designers designa unika handtagsformer och storlekar för personer med begränsat grepp i vissa riktningar.
Medförfattaren till forskningsrapporten sa: ”Vi kan uppfatta rörelse i vilket 3D-utskrivet objekt som helst. Från musik till spelgränssnitt är potentialen verkligen spännande.”
Forskare har också skapat 3D-redigeringsprogramvara, kallad MetaSense, för att hjälpa användare att bygga interaktiva enheter med hjälp av dessa metamaterial. Den simulerar hur ett 3D-utskrivet objekt deformeras när olika krafter appliceras, och beräknar vilka celler som förändras mest och är mest lämpade att använda som elektroder.
MetaSense gör det möjligt för konstruktörer att 3D-utskriva strukturer med inbyggda sensorfunktioner i ett svep. Detta gör prototypframställningen av enheter supersnabb, till exempel joysticks, som kan anpassas för individer med olika tillgänglighetsbehov.
Att bädda in hundratals eller tusentals sensorenheter i ett objekt kan bidra till högupplöst realtidsanalys av hur användare interagerar med det. Till exempel kan en smart stol tillverkad av detta metamaterial detektera användarens kropp och sedan tända en lampa eller TV, eller samla in data för senare analys, såsom att detektera och korrigera kroppshållning. Dessa metamaterial kan också användas i bärbara applikationer.
Publiceringstid: 27 sep-2021
