Los objetos impresos en 3D detectan cómo un usuario interactúa con ellos

Los investigadores han desarrollado un nuevo método para imprimir mecanismos en 3D que detectan cómo se aplica la fuerza a un objeto. Las estructuras están hechas de una sola pieza de material, por lo que se pueden prototipar rápidamente. Un diseñador podría usar este método para imprimir en 3D dispositivos de entrada interactivos, como un joystick, un interruptor o un controlador de mano, en una sola pasada.

Para lograr esto, los investigadores integraron electrodos en estructuras hechas de metamateriales, que son materiales divididos en una cuadrícula de células repetidas. También crearon un software de edición que ayuda a los usuarios a construir estos dispositivos interactivos.

La detección se puede integrar directamente en la estructura material de los objetos, lo que permite entornos inteligentes en los que los objetos pueden sentir cada interacción con ellos. Por ejemplo, una silla o un sofá fabricado con el material inteligente podría detectar el cuerpo del usuario cuando el usuario se sienta en él y usarlo para consultar funciones específicas (como encender la luz o la televisión) o recopilar datos para un análisis posterior (como detectar y corregir la postura corporal).

Debido a que los metamateriales están hechos de una cuadrícula de celdas, cuando el usuario aplica fuerza a un objeto de metamaterial, algunas de las celdas interiores flexibles se estiran o comprimen. Los investigadores aprovecharon esto al crear "células de corte conductoras", células flexibles que tienen dos paredes opuestas hechas de filamento conductor y dos paredes hechas de filamento no conductor. Las paredes conductoras funcionan como electrodos.

Cuando un usuario aplica fuerza al mecanismo del metamaterial, moviendo el mango de un joystick o presionando los botones de un controlador, las células de corte conductoras se estiran o comprimen y la distancia y el área superpuesta entre los electrodos opuestos cambia. Mediante la detección capacitiva, esos cambios se pueden medir y utilizar para calcular la magnitud y la dirección de las fuerzas aplicadas, así como la rotación y la aceleración. Al comprender cómo los usuarios de joystick aplican las fuerzas, un diseñador podría crear prototipos de formas y tamaños de mango únicos para personas con fuerza de agarre limitada en ciertas direcciones.

Un diseñador podría crear y ajustar rápidamente dispositivos de entrada únicos y flexibles para una computadora, como un controlador de volumen comprimible o un lápiz óptico flexible. Meta-Sense, el editor 3D que desarrollaron los investigadores, permite esta creación rápida de prototipos. Los usuarios pueden integrar manualmente la detección en un diseño de metamaterial o dejar que el software coloque automáticamente las celdas de corte conductoras en ubicaciones óptimas.

La herramienta simula cómo se deformará el objeto cuando se apliquen diferentes fuerzas y luego usa esta deformación simulada para calcular qué celdas tienen el máximo cambio de distancia. Las celdas que más cambian son las candidatas óptimas para ser celdas de corte conductoras.