Sommige 3D-geprinte objecten kunnen nu worden 'voeld', dankzij een nieuwe technologie waarbij sensoren direct in het materiaal worden ingebouwd. Een nieuwe studie heeft aangetoond dat dit onderzoek kan leiden tot nieuwe interactieve apparaten, zoals slim meubilair.
Deze nieuwe technologie maakt gebruik van metamaterialen – stoffen die bestaan uit een raster van herhalende eenheden – om objecten in 3D te printen. Wanneer er kracht wordt uitgeoefend op een flexibel metamateriaal, kunnen sommige cellen ervan uitrekken of samendrukken. De elektroden die in deze structuren zijn ingebouwd, kunnen de grootte en richting van deze vormveranderingen detecteren, evenals rotatie en versnelling.
In deze nieuwe studie hebben de onderzoekers objecten gemaakt van flexibel plastic en geleidende vezels. Deze objecten bevatten cellen met een doorsnede van slechts 5 mm.
Elke cel heeft twee tegenover elkaar liggende wanden, gemaakt van geleidende filamenten en niet-geleidend plastic. De geleidende wanden fungeren als elektroden. De kracht die op het object wordt uitgeoefend, verandert de afstand en het overlappingsgebied tussen de tegenover elkaar liggende elektroden, waardoor een elektrisch signaal ontstaat dat details over de uitgeoefende kracht weergeeft. De co-auteur van het onderzoeksrapport stelde dat deze nieuwe technologie op deze manier "sensortechnologie naadloos en onopvallend in geprinte objecten kan integreren".
Onderzoekers zeggen dat deze metamaterialen ontwerpers kunnen helpen om snel flexibele computerinvoerapparaten te creëren en aan te passen. Zo gebruikten ze deze metamaterialen bijvoorbeeld om een muziekcontroller te maken die is ontworpen om in de vorm van een menselijke hand te passen. Wanneer de gebruiker een van de flexibele knoppen indrukt, helpt het gegenereerde elektrische signaal om een digitale synthesizer aan te sturen.
De wetenschappers maakten ook een joystick van metamateriaal om Pac-Man te spelen. Door te begrijpen hoe mensen kracht uitoefenen op deze joystick, kunnen ontwerpers unieke handgreepvormen en -maten ontwerpen voor mensen met een beperkte grip in bepaalde richtingen.
De co-auteur van het onderzoeksrapport zei: "We kunnen beweging waarnemen in elk 3D-geprint object. Van muziek tot game-interfaces, de mogelijkheden zijn echt veelbelovend."
Onderzoekers hebben ook 3D-bewerkingssoftware ontwikkeld, genaamd MetaSense, waarmee gebruikers interactieve apparaten kunnen bouwen met behulp van deze metamaterialen. De software simuleert hoe een 3D-geprint object vervormt wanneer er verschillende krachten op worden uitgeoefend en berekent welke cellen het meest veranderen en het meest geschikt zijn om als elektroden te gebruiken.
MetaSense stelt ontwerpers in staat om in één keer structuren met ingebouwde sensoren te 3D-printen. Dit maakt het prototypen van apparaten, zoals joysticks, supersnel. Deze joysticks kunnen bovendien worden aangepast aan mensen met verschillende toegankelijkheidsbehoeften.
Door honderden of duizenden sensoren in een object te integreren, kan een zeer nauwkeurige, realtime analyse worden verkregen van hoe gebruikers ermee interageren. Een slimme stoel gemaakt van dit metamateriaal kan bijvoorbeeld het lichaam van de gebruiker detecteren en vervolgens een lamp of tv aanzetten, of gegevens verzamelen voor latere analyse, zoals het detecteren en corrigeren van de lichaamshouding. Deze metamaterialen kunnen ook worden toegepast in draagbare apparaten.
Geplaatst op: 27 september 2021
