3D打印技术可以让物体感知施加在其上的力 从而实现新的交互式应用

一些种类的3D打印对象现在能够做到让物体进行“感知” —— 这使用了一种新技术，将传感器直接构建到它们的材料中。一项新的研究发现，这可能有助于新型的交互设备产生，如智能家具。新技术将传感能力集成到由重复细胞组成的3D打印结构中，这使设计师能够快速原型化交互输入设备。当对柔性超材料施加力时，它们的一些细胞可能会拉伸或压缩。这些结构中的电极可以检测形状变化的大小和方向，以及旋转和加速离子。

在这项新的研究中，研究人员制造了由柔性塑料和导电细丝制成的物体。这些物体的电池只有5毫米宽。每个电池有两个相对的壁，由导电丝和非导电塑料制成，导电壁用作电极。施加在物体上的力改变了相对电极之间的距离和重叠面积，产生电信号，揭示了施加力的细节。通过这种方式，这项新技术可以“无缝地、不引人注目地将感知集成到印刷品中”，该研究的合著者、苹果公司的研究科学家Jun Gong如此表示。

研究人员建议，这些超材料可以帮助设计师快速创建和调整计算机的灵活输入设备。例如，他们使用这些超材料创建了一个音乐控制器，这种超材料的设计符合人的手。当用户按下其中一个灵活的按钮时，产生的电信号有助于控制数字合成器。

科学家们还制造了一个超材料操纵杆来玩吃豆人游戏。通过了解人们如何将力施加到这个操纵杆上，设计师可以为某些方向握力有限的人设计独特的手柄形状和尺寸。“我们可以感知任何3D打印对象的运动，”该研究的合著者、麻省理工学院嵌入式系统工程师Cedric Honnet表示，“从音乐到游戏界面，巨大的潜力真是令人兴奋。”研究人员还创建了3D编辑软件，称为metaSense，以帮助用户使用这些超材料构建交互式设备。它模拟3D打印对象在应用不同力时如何变形，并计算哪些单元变化最大，哪些单元最适合用作电极。

“metaSense允许设计师一次完成具有内置传感功能的3D打印结构。这允许设备的超快速原型制作，例如操纵杆，可以为具有不同可访问性需求的个人定制，”研究合著者、麻省理工学院创造性机器学习工程师Olivia Seow说。Gong表示，将数百或数千个传感器单元嵌入到一个物体中，有助于对用户如何与之交互进行高分辨率的实时分析。。例如，用这种超材料制成的智能椅子可以检测用户的身体，然后打开灯或电视，或者收集数据以供日后分析，如检测和纠正身体姿势。Honnet同时表示，这些超材料也可用于可穿戴应用。