Einige Arten von 3D-gedruckten Objekten können jetzt „gefühlt“ werden, indem eine neue Technologie verwendet wird, um Sensoren direkt in ihre Materialien einzubauen.Eine neue Studie ergab, dass diese Forschung zu neuen interaktiven Geräten wie intelligenten Möbeln führen könnte.
Diese neue Technologie nutzt Metamaterialien – Substanzen, die aus einem Gitter sich wiederholender Einheiten bestehen – für den 3D-Druck von Objekten.Wenn auf ein flexibles Metamaterial Kraft ausgeübt wird, können sich einige ihrer Zellen dehnen oder zusammendrücken.Die in diese Strukturen integrierten Elektroden können das Ausmaß und die Richtung dieser Formänderungen sowie Rotation und Beschleunigung erfassen.
In dieser neuen Studie stellten die Forscher Objekte aus flexiblem Kunststoff und leitfähigen Filamenten her.Diese haben Zellen mit einer Breite von bis zu 5 mm.
Jede Zelle hat zwei gegenüberliegende Wände aus leitenden Filamenten und nicht leitendem Kunststoff, und die leitenden Wände dienen als Elektroden.Die auf das Objekt ausgeübte Kraft verändert den Abstand und den Überlappungsbereich zwischen den gegenüberliegenden Elektroden und erzeugt ein elektrisches Signal, das Details über die ausgeübte Kraft anzeigt.Der Mitautor des Forschungsberichts sagte, dass diese neue Technologie auf diese Weise „die Sensortechnologie nahtlos und unauffällig in gedruckte Objekte integrieren kann“.
Forscher sagen, dass diese Metamaterialien Designern helfen können, schnell flexible Computereingabegeräte zu erstellen und anzupassen.Beispielsweise nutzten sie diese Metamaterialien, um einen Musik-Controller zu erstellen, der der Form einer menschlichen Hand entspricht.Wenn der Benutzer eine der flexiblen Tasten drückt, hilft das erzeugte elektrische Signal bei der Steuerung eines digitalen Synthesizers.
Die Wissenschaftler haben auch einen Metamaterial-Joystick entwickelt, um Pac-Man zu spielen.Durch das Verständnis, wie Menschen Kraft auf diesen Joystick ausüben, können Designer einzigartige Griffformen und -größen für Menschen entwerfen, die in bestimmten Richtungen nur eingeschränkten Halt haben.
Der Co-Autor des Forschungsberichts sagte: „Wir können Bewegung in jedem 3D-gedruckten Objekt wahrnehmen.Von Musik bis hin zu Spielschnittstellen ist das Potenzial wirklich aufregend.“
Forscher haben außerdem eine 3D-Bearbeitungssoftware namens MetaSense entwickelt, um Benutzern beim Erstellen interaktiver Geräte mithilfe dieser Metamaterialien zu helfen.Es simuliert, wie sich ein 3D-gedrucktes Objekt bei unterschiedlichen Kräften verformt, und berechnet, welche Zellen sich am stärksten verändern und sich am besten für den Einsatz als Elektroden eignen.
MetaSense ermöglicht Designern den 3D-Druck von Strukturen mit integrierten Sensorfunktionen in einem Arbeitsgang.Dies ermöglicht eine superschnelle Prototypenerstellung von Geräten wie Joysticks, die an Personen mit unterschiedlichen Anforderungen an die Barrierefreiheit angepasst werden können.
Durch die Einbettung von Hunderten oder Tausenden von Sensoreinheiten in ein Objekt kann eine hochauflösende Echtzeitanalyse der Art und Weise, wie Benutzer damit interagieren, erfolgen.Beispielsweise kann ein intelligenter Stuhl aus diesem Metamaterial den Körper des Benutzers erkennen und dann ein Licht oder einen Fernseher einschalten oder Daten für eine spätere Analyse sammeln, beispielsweise zur Erkennung und Korrektur der Körperhaltung.Diese Metamaterialien könnten auch in tragbaren Anwendungen Verwendung finden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27.09.2021