Istraživači MIT-a razvili su novu metodu 3D ispisa koja otkriva kako se sila primjenjuje na objekt. Konstrukcije su izrađene od jednog komada materijala pa se ova metoda lako može primijeniti za 3D ispis "interaktivnih ulaznih uređaja", poput joysticka, prekidača ili kontrolera.

Strukture od metamaterijala

Istraživači su elektrode integrirali u strukture izrađene od metamaterijala, materijala podijeljenih u mrežu ponavljajućih stanica. Izradili su i softver koji pomaže u izradi interaktivnih uređaja.

"Metamaterijali mogu podržati različite mehaničke funkcionalnosti. No, ako stvorimo kvaku od metamaterijala, možemo li znati okreće li se ona i za koliko stupnjeva? Naš vam rad omogućuje da mehanizam prilagodite potrebama”, kaže Jun Gong, doktorand s MIT-a i znanstveni istraživač u Appleu. Rad će biti predstavljen na virtualnom simpoziju UIST 2021 koji se održava sljedeći mjesec.

"Sposobnost integriranja osjeta izravno u materijalnu strukturu objekata omogućit će nova inteligentna okruženja u kojima objekti mogu osjetiti svaku interakciju s njima", objašnjava Stefanie Mueller, izvanredna profesorica na EECS-u i članica Laboratorija za računalne znanosti i umjetnu inteligenciju (CSAIL). "Stolac ili kauč izrađen od našeg pametnog materijala mogli bi otkriti tijelo korisnika kada on sjedne na njega i postavljati upite o određenim funkcijama poput uključivanja svjetla ili televizora ili za prikupljanje podataka za analizu i ispravljanje držanja tijela.”

Ugrađene elektrode

Budući da su metamaterijali izrađeni od rešetke stanica, kada korisnik primijeni silu na metamaterijalni objekt, neke se fleksibilne unutarnje stanice rastežu ili sabijaju. Istraživači su to iskoristili stvarajući fleksibilne stanice čije su suprotne stijenke izrađene od provodljivih i neprovodljivih niti. Provodne stijenke funkcioniraju kao elektrode.

Kad korisnik primijeni silu na mehanizam metamaterijala - pomicanjem joysticka ili pritiskom na tipke na upravljaču - provodne se stanice rastežu ili sabijaju, a udaljenost i područje preklapanja između suprotnih elektroda mijenjaju. Pomoću kapacitivnog osjetila (capacitive sensing) te se promjene mogu mjeriti i koristiti za izračun veličine i smjera primijenjenih sila, rotacije i ubrzanja.

Istraživači su izradili metamaterijalni kontroler pomoću kojeg se mijenja udaljenost i površina između suprotnih vodljivih zidova i osjeća smjer i veličina svake primijenjene sile. U ovom slučaju te su vrijednosti pretvorene u ulazne podatke za igru Pac-Man. Izradili su i glazbeni kontroler koji odgovara ruci korisnika i podatke šalje u digitalni sintesajzer.

Softversko rješenje

Brzu izradu prototipova omogućuje za tu priliku razvijen 3D editor nazvan MetaSense. Pomoću njega korisnici mogu ručno integrirati detekciju u dizajn metamaterijala ili dopustiti softveru da automatski postavi provodne stanice na optimalna mjesta. 

Istraživači sad žele poboljšati algoritme koji bi omogućili sofisticiranije simulacije. Razmišljaju i o izradi mehanizma s mnogo više vodljivih stanica. Ugrađivanje stotina ili tisuća vodljivih stanica u vrlo veliki mehanizam moglo bi omogućiti vizualizaciju interakcije korisnika s objektom u visokoj razlučivosti u stvarnom vremenu.