Sommige soorten 3D-geprinte objecten kunnen nu worden 'gevoeld' met behulp van een nieuwe technologie om sensoren rechtstreeks in hun materialen te bouwen. 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 repeterende eenheden – om objecten in 3D te printen. Wanneer er kracht op een flexibel metamateriaal wordt uitgeoefend, kunnen sommige cellen ervan uitrekken of samendrukken. De elektroden in deze structuren kunnen de omvang en richting van deze vormveranderingen, evenals rotatie en versnelling, detecteren.
In deze nieuwe studie maakten de onderzoekers objecten van flexibel plastic en geleidende filamenten. Deze hebben cellen van slechts 5 mm breed.
Elke cel heeft twee tegenover elkaar gelegen wanden van geleidende filamenten en niet-geleidend plastic, en de geleidende wanden dienen als elektroden. De kracht die op het object wordt uitgeoefend, verandert de afstand en het overlappingsgebied tussen de tegenover elkaar gelegen 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 bij het snel creëren en aanpassen van flexibele computerinvoerapparaten. Zo gebruikten ze deze metamaterialen om een muziekcontroller te maken die is ontworpen om in de vorm van een menselijke hand te passen. Wanneer de gebruiker op een van de flexibele knoppen drukt, helpt het gegenereerde elektrische signaal bij het aansturen van een digitale synthesizer.
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 vormen en maten handgrepen ontwerpen voor mensen met 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 spannend."
Onderzoekers hebben ook 3D-bewerkingssoftware ontwikkeld, genaamd MetaSense, om gebruikers te helpen interactieve apparaten te bouwen met deze metamaterialen. Deze 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 voor gebruik als elektroden.
Met MetaSense kunnen ontwerpers in één keer 3D-structuren met ingebouwde sensortechnologie printen. Dit maakt het supersnel prototypen van apparaten mogelijk, zoals joysticks, die kunnen worden aangepast aan personen met verschillende toegankelijkheidsbehoeften.
Het inbouwen van honderden of duizenden sensoren in een object kan helpen bij het maken van realtime analyses met hoge resolutie van hoe gebruikers ermee omgaan. Een slimme stoel van dit metamateriaal kan bijvoorbeeld het lichaam van de gebruiker detecteren en vervolgens een lamp of tv inschakelen, of gegevens verzamelen voor latere analyse, zoals het detecteren en corrigeren van de lichaamshouding. Deze metamaterialen kunnen ook worden gebruikt in wearables.
Plaatsingstijd: 27-09-2021
