革命的3Dプリントセンサーでユーザーインタラクションをリアルタイム検出
研究者たちは、物体に力がどう加えられているかを検出する機構を3Dプリントする新手法を開発しました。構造は単一材料から作られるため、迅速なプロトタイピングが可能です。設計者はこの手法で、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入力デバイスをワンパスで3Dプリントできます。
これを実現するため、研究者たちはメタマテリアル——繰り返しセルのグリッドに分割された材料——で作られた構造に電極を統合しました。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を助ける編集ソフトウェアも作成しました。
センシングを物体の材料構造に直接統合できるため、物体とのあらゆる相互作用を感知できる知的環境が実現します。例えば、スマート材料で作られた椅子やソファがユーザーの着座を検知し、特定機能のクエリ（照明やTVのオンなど）に使用したり、後で分析するデータ収集（姿勢検出と矯正など）に使用したりできます。
メタマテリアルはセルのグリッドで構成されるため、ユーザーがメタマテリアル物体に力を加えると、内部の柔軟なセルの一部が伸びたり圧縮されたりします。研究者たちはこれを利用し、「導電せん断セル」——対向する2壁が導電性フィラメント、他の2壁が非導電性フィラメントで作られた柔軟なセル——を作成しました。導電壁が電極として機能します。
ユーザーがメタマテリアル機構に力を加えると——ジョイスティックハンドルを動かす、コントローラーボタンを押す——導電せん断セルが伸縮し、対向電極間の距離と重なり面積が変化します。静電容量センシングでこれらの変化を測定し、加えられた力の大きさと方向、回転、加速度を計算できます。ジョイスティックユーザーがどう力を加えるか理解することで、設計者は特定方向で握力が弱い人向けのユニークなハンドル形状とサイズをプロトタイピングできます。
設計者は、コンピュータ用のユニークで柔軟な入力デバイス——握ると音量調整できるコントローラー、曲がるスタイラス——を素早く作成・調整できます。研究者たちが開発した3DエディターMeta-Senseがこの迅速なプロトタイピングを可能にします。ユーザーは手動でメタマテリアル設計にセンシングを統合するか、ソフトウェアに導電せん断セルを最適な位置に自動配置させられます。
ツールは異なる力が加わったときの物体変形をシミュレートし、このシミュレート変形を用いてどのセルが最大距離変化するか計算します。最も変化するセルが導電せん断セルの最適候補となります。
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