NICEBOY_102021 NICEBOY_102021 NICEBOY_102021

Revolučné 3D tlačené metamateriály dokážu vnímať interakciu

0

Výskumníci z MIT vytvorili novú metódu na 3D tlač mechanizmov, ktoré zistia, akým spôsobom je na predmet vyvíjaná sila. Štruktúry sú vyrobené z jedného kusa materiálu, takže ich možno rýchlo prototypovať. Táto metóda by umožnila dizajnérovi zhotoviť 3D tlačou „interaktívne vstupné zariadenia“, ako je joystick, prepínač alebo ručný ovládač, naraz. a tento účel výskumníci integrovali elektródy do štruktúr vyrobených z metamateriálov, čo sú materiály rozdelené do mriežky opakujúcich sa buniek. Vytvorili takisto editačný softvér, ktorý pomáha používateľom zhotoviť takéto interaktívne zariadenia. 

„Metamateriály môžu podporovať rôzne mechanické funkcie. No ak vytvoríme kľučku dverí z metamateriálu, môžeme takisto vedieť, či sa kľučka otáča, a ak áno, o koľko stupňov,“ povedal spoluautor štúdie Jun Gong, doktorand z MIT. Na projekte je najzaujímavejšia schopnosť integrovať snímanie priamo do materiálnej štruktúry objektov. To umožní nové inteligentné prostredie, v ktorom objekty vnímajú každú interakciu s nimi.

Napríklad stolička vyrobená z tohto inteligentného materiálu dokáže rozpoznať telo používateľa, keď si na ňu sadne, a využiť to na zadanie konkrétnych funkcií (napr. zapnutie svetla alebo televízora) alebo na zhromažďovanie údajov na neskoršiu analýzu (napr. detegovanie a korekcia držania tela). Pretože metamateriály sú vyrobené z mriežky buniek, keď používateľ pôsobí na predmet z metamateriálu silou, niektoré flexibilné vnútorné bunky sa natiahnu alebo stlačia.

Vedci to využili a vytvorili „vodivé šmykové bunky“, pružné bunky, ktoré majú dve protiľahlé steny vyrobené z vodivého vlákna a dve steny z nevodivého vlákna, pričom vodivé steny fungujú ako elektródy. Keď používateľ pôsobí silou na metamateriálový mechanizmus (pohybuje rukoväťou joysticku alebo stláča tlačidlá na ovládači), vodivé šmykové bunky sa roztiahnu alebo stlačia a zmení sa vzdialenosť a plocha prekrytia medzi protiľahlými elektródami.

SWAN_042021

Pomocou kapacitného snímania možno tieto zmeny merať a použiť na výpočet veľkosti a smeru pôsobiacich síl, ako aj rotácie a zrýchlenia. Na demonštráciu tohto postupu výskumníci vytvorili metamateriálový joystick so štyrmi vodivými šmykovými bunkami zabudovanými okolo základne rukoväti v každom smere (hore, dole, vľavo a vpravo). Keď používateľ pohybuje rukoväťou joysticku, vzdialenosť a plocha medzi protiľahlými vodivými stenami sa mení, takže možno snímať smer a veľkosť každej pôsobiacej sily. V tomto prípade boli tieto hodnoty prevedené na vstupy pre hru PAC-MAN.

Výskumníci vytvorili aj hudobný ovládač navrhnutý tak, aby sa prispôsobil ruke používateľa. Keď používateľ stlačí jedno z flexibilných tlačidiel, vodivé šmykové bunky v štruktúre sa stlačia a snímaný vstup sa odošle do digitálneho syntetizátora. Tím vyvinul aj 3D editor MetaSense, ktorý umožňuje rýchle vytváranie prototypov. Používatelia môžu manuálne integrovať snímanie do návrhu metamateriálu alebo nechať softvér automaticky umiestniť vodivé šmykové bunky na optimálne miesta. 

Hoci sa výskumníci snažili, aby bol MetaSense jednoduchý, pri tlači takýchto zložitých štruktúr existujú výzvy. Navrhujú, aby sa v multimateriálovej 3D tlačiarni jedna dýza používala na nevodivé vlákno a jedna dýza na vodivé vlákno. Je to však dosť zložité, pretože tieto dva materiály môžu mať veľmi odlišné vlastnosti. Vyžaduje si to veľa ladenia parametrov, aby sa dosiahla ideálna rýchlosť, teplota atď.

V budúcnosti by výskumníci chceli zlepšiť algoritmy, ktoré stoja za systémom MetaSense, aby umožnili sofistikovanejšie simulácie. Dúfajú takisto, že vytvoria mechanizmy s oveľa väčším počtom vodivých šmykových buniek. Vloženie stoviek alebo tisícov takýchto buniek do veľmi veľkého mechanizmu by mohlo umožniť vizualizáciu interakcie používateľa s objektom v reálnom čase s vysokým rozlíšením.

Zdroj: news.mit.edu.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať