3D印刷されたオブジェクトは、ユーザーがそれらとどのように相互作用しているかを感知します
研究者は、力がオブジェクトにどのように加えられているかを検出する3Dプリントメカニズムの新しい方法を開発しました。構造は単一の材料で作られているため、迅速にプロトタイプを作成できます。設計者は、この方法を使用して、ジョイスティック、スイッチ、ハンドヘルドコントローラーなどのインタラクティブな入力デバイスを1回のパスで3Dプリントできます。
これを達成するために、研究者たちは電極をメタマテリアルから作られた構造に統合しました。メタマテリアルは、繰り返しセルのグリッドに分割された材料です。また、ユーザーがこれらのインタラクティブデバイスを構築するのに役立つ編集ソフトウェアも作成しました。
センシングはオブジェクトの材料構造に直接統合できるため、オブジェクトがオブジェクトとの各相互作用をセンシングできるインテリジェントな環境が可能になります。たとえば、スマートマテリアルで作られた椅子やソファは、ユーザーが座ったときにユーザーの体を検出し、それを使用して特定の機能（ライトやテレビの電源を入れるなど）を照会したり、後で分析するためにデータを収集したりできます（体の姿勢を検出して修正します。
メタマテリアルはセルのグリッドから作成されるため、ユーザーがメタマテリアルオブジェクトに力を加えると、柔軟な内部セルの一部が伸びたり縮んだりします。研究者たちは、「導電性せん断セル」を作成することでこれを利用しました。これは、導電性フィラメントで作られた2つの対向する壁と、非導電性フィラメントで作られた2つの壁を持つ柔軟なセルです。導電性の壁は電極として機能します。
ユーザーがメタマテリアルメカニズムに力を加えると（ジョイスティックのハンドルを動かすか、コントローラーのボタンを押す）、導電性せん断セルが伸びたり縮んだりして、対向する電極間の距離と重なり合う領域が変化します。静電容量センシングを使用すると、これらの変化を測定して、加えられた力の大きさと方向、および回転と加速度を計算するために使用できます。ジョイスティックのユーザーがどのように力を加えるかを理解することで、設計者は特定の方向で握力が制限されている人々のために、独自のハンドルの形状とサイズのプロトタイプを作成できます。
設計者は、スクイーズ可能なボリュームコントローラーや曲げ可能なスタイラスなど、コンピューター用の独自の柔軟な入力デバイスをすばやく作成して微調整できます。研究者が開発した3DエディターであるMeta-Senseは、このラピッドプロトタイピングを可能にします。ユーザーは、センシングをメタマテリアル設計に手動で統合するか、ソフトウェアに導電性せん断セルを最適な場所に自動的に配置させることができます。
このツールは、さまざまな力が加えられたときにオブジェクトがどのように変形するかをシミュレートし、このシミュレートされた変形を使用して、距離の変化が最大のセルを計算します。最も変化するセルは、導電性せん断セルとして最適な候補です。
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