Objets imprimés en 3D qui détectent la façon dont un utilisateur interagit avec eux

Les ingénieurs créent des objets imprimés en 3D qui détectent la façon dont un utilisateur interagit avec eux

Des chercheurs du MIT ont développé une méthode pour intégrer des capacités de détection dans des structures imprimables en 3D composées de cellules répétitives, ce qui permet aux concepteurs de prototyper rapidement des dispositifs d’entrée interactifs. Crédit : Massachusetts Institute of Technology

Des chercheurs du MIT ont développé une nouvelle méthode pour imprimer en 3D des mécanismes qui détectent la manière dont la force est appliquée à un objet. Les structures sont constituées d’une seule pièce de matériau, elles peuvent donc être rapidement prototypées. Un concepteur pourrait utiliser cette méthode pour imprimer en 3D des « périphériques d’entrée interactifs », comme un joystick, un commutateur ou un contrôleur portable, en une seule fois.

Pour ce faire, les chercheurs ont intégré des électrodes dans des structures constituées de métamatériaux, qui sont des matériaux divisés en une grille de cellules répétitives. Ils ont également créé un logiciel d’édition qui aide les utilisateurs à créer ces appareils interactifs.

« Les métamatériaux peuvent prendre en charge différentes fonctionnalités mécaniques. Mais si nous créons une poignée de porte en métamatériau, pouvons-nous également savoir que la poignée de porte est tournée, et si oui, de combien de degrés ? Si vous avez des exigences particulières en matière de détection, notre travail vous permet de personnaliser un mécanisme pour répondre à vos besoins », explique le co-auteur principal Jun Gong, ancien doctorant invité. étudiant au MIT qui est maintenant chercheur chez Apple.

Gong a écrit l’article aux côtés d’autres auteurs principaux, Olivia Seow, étudiante diplômée du département de génie électrique et d’informatique du MIT (EECS), et Cedric Honnet, assistant de recherche au MIT Media Lab. Les autres co-auteurs sont Jack Forman, étudiant diplômé du MIT, et Stefanie Mueller, auteure principale, professeure agrégée à l’EECS et membre du Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL). La recherche sera présentée au Symposium de l’Association for Computing Machinery sur les logiciels et la technologie d’interface utilisateur le mois prochain.

« Ce que je trouve le plus excitant dans le projet, c’est la capacité d’intégrer la détection directement dans la structure matérielle des objets. Cela permettra de créer de nouveaux environnements intelligents dans lesquels nos objets pourront détecter chaque interaction avec eux », a déclaré Mueller. « Par exemple, une chaise ou un canapé fabriqué à partir de notre matériau intelligent pourrait détecter le corps de l’utilisateur lorsque celui-ci s’assoit dessus et l’utiliser pour interroger des fonctions particulières (comme allumer la lumière ou la télévision) ou pour collecter des données pour une analyse ultérieure ( comme la détection et la correction de la posture du corps). »

Électrodes intégrées

Étant donné que les métamatériaux sont constitués d’une grille de cellules, lorsque l’utilisateur applique une force sur un objet en métamatériau, certaines des cellules intérieures flexibles s’étirent ou se compriment.

Les chercheurs en ont profité pour créer des « cellules de cisaillement conductrices », des cellules flexibles qui ont deux parois opposées en filament conducteur et deux parois en filament non conducteur. Les parois conductrices fonctionnent comme des électrodes.

Lorsqu’un utilisateur applique une force sur le mécanisme du métamatériau, en déplaçant une poignée de joystick ou en appuyant sur les boutons d’un contrôleur, les cellules de cisaillement conductrices s’étirent ou se compressent, et la distance et la zone de chevauchement entre les électrodes opposées changent. Grâce à la détection capacitive, ces changements peuvent être mesurés et utilisés pour calculer l’amplitude et la direction des forces appliquées, ainsi que la rotation et l’accélération.

Pour le démontrer, les chercheurs ont créé un joystick en métamatériau avec quatre cellules de cisaillement conductrices intégrées autour de la base de la poignée dans chaque direction (haut, bas, gauche et droite). Lorsque l’utilisateur déplace la poignée du joystick, la distance et la zone entre les parois conductrices opposées changent, de sorte que la direction et l’amplitude de chaque force appliquée peuvent être détectées. Dans ce cas, ces valeurs ont été converties en entrées pour un jeu « PAC-MAN ».

En comprenant comment les utilisateurs de joystick appliquent des forces, un concepteur pourrait prototyper des formes et des tailles de poignées uniques pour les personnes ayant une force de préhension limitée dans certaines directions.

Les chercheurs ont également créé un contrôleur musical conçu pour s’adapter à la main d’un utilisateur. Lorsque l’utilisateur appuie sur l’un des boutons flexibles, les cellules de cisaillement conductrices à l’intérieur de la structure sont compressées et l’entrée détectée est envoyée à un synthétiseur numérique.

Cette méthode pourrait permettre à un concepteur de créer et de modifier rapidement des périphériques d’entrée uniques et flexibles pour un ordinateur, comme un contrôleur de volume compressible ou un stylet pliable.

Une solution logicielle

MetaSense, l’éditeur 3D développé par les chercheurs, permet ce prototypage rapide. Les utilisateurs peuvent intégrer manuellement la détection dans une conception de métamatériau ou laisser le logiciel placer automatiquement les cellules de cisaillement conductrices dans des emplacements optimaux.

« L’outil simulera la façon dont l’objet sera déformé lorsque différentes forces sont appliquées, puis utilisera cette déformation simulée pour calculer quelles cellules ont le changement de distance maximal. Les cellules qui changent le plus sont les candidats optimaux pour être des cellules de cisaillement conductrices.  » dit Gong.

Les chercheurs se sont efforcés de rendre MetaSense simple, mais l’impression de structures aussi complexes présente des défis.

« Dans une imprimante 3D multimatériaux, une buse serait utilisée pour le filament non conducteur et une buse serait utilisée pour le filament conducteur. Mais c’est assez délicat car les deux matériaux peuvent avoir des propriétés très différentes. sur la vitesse idéale, la température, etc. Mais nous pensons qu’à mesure que la technologie d’impression 3D continue de s’améliorer, cela sera beaucoup plus facile pour les utilisateurs à l’avenir », dit-il.

À l’avenir, les chercheurs aimeraient améliorer les algorithmes derrière MetaSense pour permettre des simulations plus sophistiquées.

Ils espèrent également créer des mécanismes avec beaucoup plus de cellules de cisaillement conductrices. L’intégration de centaines ou de milliers de cellules de cisaillement conductrices dans un très grand mécanisme pourrait permettre des visualisations haute résolution et en temps réel de la façon dont un utilisateur interagit avec un objet, explique Gong.


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Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l’actualité de la recherche, de l’innovation et de l’enseignement du MIT.

Citation: objets imprimés en 3D qui détectent comment un utilisateur interagit avec eux (2021, 14 septembre) récupéré le 14 septembre 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-09-3d-printed-user-interacting.html

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