Einige 3D-gedruckte Objekte lassen sich nun „fühlen“, indem eine neue Technologie Sensoren direkt in das Material integriert. Eine neue Studie zeigt, dass diese Forschung zu neuen interaktiven Geräten wie intelligenten Möbeln führen könnte.
Diese neue Technologie nutzt Metamaterialien – Substanzen, die aus einem Raster sich wiederholender Einheiten bestehen – zum 3D-Druck von Objekten. Wird Kraft auf ein flexibles Metamaterial ausgeübt, können sich einige seiner Zellen dehnen oder zusammenziehen. 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 weisen Zellen mit einem Durchmesser von nur 5 mm auf.
Jede Zelle besteht aus zwei gegenüberliegenden Wänden aus leitfähigen Filamenten und nichtleitendem Kunststoff. Die leitfähigen Wände dienen als Elektroden. Die auf das Objekt ausgeübte Kraft verändert den Abstand und die Überlappungsfläche zwischen den gegenüberliegenden Elektroden und erzeugt ein elektrisches Signal, das Details zur ausgeübten Kraft anzeigt. Der Co-Autor des Forschungsberichts erklärte, dass diese neue Technologie auf diese Weise „Sensortechnologie nahtlos und unauffällig in gedruckte Objekte integrieren“ könne.
Forscher sagen, dass diese Metamaterialien Designern helfen können, flexible Computer-Eingabegeräte schnell zu entwickeln und anzupassen. So nutzten sie diese Metamaterialien beispielsweise für die Entwicklung eines Musik-Controllers, der der Form einer menschlichen Hand entspricht. Drückt der Benutzer einen der flexiblen Knöpfe, hilft das erzeugte elektrische Signal bei der Steuerung eines digitalen Synthesizers.
Die Wissenschaftler entwickelten außerdem einen Metamaterial-Joystick für Pac-Man. Durch das Verständnis der Krafteinwirkung auf diesen Joystick können Designer spezielle Griffformen und -größen für Menschen mit eingeschränkter Griffkraft in bestimmten Richtungen entwickeln.
Der Co-Autor des Forschungsberichts sagte: „Wir können in jedem 3D-gedruckten Objekt Bewegung wahrnehmen. Von Musik bis hin zu Spieleoberflächen – das Potenzial ist wirklich aufregend.“
Forscher haben außerdem die 3D-Bearbeitungssoftware MetaSense entwickelt, die Nutzern den Bau interaktiver Geräte mit diesen Metamaterialien erleichtert. Sie simuliert, wie sich ein 3D-gedrucktes Objekt unter Einwirkung unterschiedlicher Kräfte verformt, und berechnet, welche Zellen sich am stärksten verändern und sich am besten als Elektroden eignen.
MetaSense ermöglicht es Designern, Strukturen mit integrierten Sensorfunktionen in einem Durchgang 3D-zu drucken. Dadurch wird die Prototypenentwicklung von Geräten, wie beispielsweise Joysticks, blitzschnell und kann an unterschiedliche Bedürfnisse angepasst werden.
Die Einbettung von Hunderten oder Tausenden von Sensoreinheiten in ein Objekt ermöglicht eine hochauflösende Echtzeitanalyse der Benutzerinteraktion. Beispielsweise kann ein intelligenter Stuhl aus diesem Metamaterial den Körper des Benutzers erkennen und daraufhin Licht oder Fernseher einschalten oder Daten für spätere Analysen sammeln, beispielsweise zur Erkennung und Korrektur der Körperhaltung. Diese Metamaterialien könnten auch in tragbaren Anwendungen Anwendung finden.
Beitragszeit: 27.09.2021
