麻省理工学院利用3D打印制作力传感超材料结构
2021-09-24 13:08:02   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，近日，麻省理工学院（MIT）的工程师团队利用3D打印制作的超材料结构将电极直接集成到物体中，从而使物体能够感知用户交互信息。

基于电容感应原理，超材料可以感知按压、加速度、开关、剪切力，因此可以作为游戏操纵杆

“超材料可以支持不同的机械功能。”关于这项技术最新进展的论文共同作者Jun Gong介绍说，“但是，如果我们设计一款超材料门把手，我们也可以知道门把手是否正在旋转。如果是，还能知道旋转了多少度？如果您有特殊的传感要求，我们正在进行的研究可让您定制出满足需求的传感机制。”

工程师们注意到，当力被施加到超材料结构时，一些晶胞壁会弯曲。于是，工程师们利用3D打印技术制作了由柔性晶胞组成的超材料操纵杆。大多数晶胞使用非导电丝打印，但手柄底部周围晶胞的晶胞壁却恰恰相反，由被称为“导电剪切晶胞”的导电丝制成。

演示操纵杆中的铜色晶胞壁可导电，能够感知外界施加的力，从而控制计算机游戏中角色

利用电容感应原理，测量不同导电极之间的距离和重叠情况变化，可以“计算力的大小和方向，以及旋转和加速度”。计算值随后被转换为吃人豆（Pac-Man）游戏的向上、向下、向左、向右信号输入，如下面视频所示（以及如称重秤、数字合成器的手持音乐控制器，甚至加速度计等其他应用）。

该团队还开发了一款命名为“MetaSense”的软件，允许设计人员创建传感对象，自动模拟超材料结构中放置导电晶胞的最佳位置。

“该工具将模拟当施加不同外力时物体如何变形，然后计算哪些晶胞的距离变化最大。”在项目期间，Gong是麻省理工学院的客座博士生，现在担任苹果（Apple）公司的研究科学家，“变化最大的晶胞是导电剪切晶胞的最佳候选者。”

研究人员认为，这项研究会促进家具与超材料的结合。例如，可以检测用户何时坐下并触发房间灯打开或电视机打开，或者用于检测身体姿势并提出纠正建议。接下来的工作包括建立更大型的传感机制，如数千个导电剪切晶胞，并改进软件算法，以便更好地模拟。

论文链接：https://honnet.github.io/publications/UIST21-MetaSense.pdf

延伸阅读：

《超材料和超表面技术及市场-2021版》

《印刷和柔性传感器技术及市场-2021版》