Sensores Impresos en 3D Revolucionarios Detectan Interacción del Usuario en Tiempo Real

Investigadores han desarrollado un nuevo método para imprimir en 3D mecanismos que detectan cómo se aplica fuerza a un objeto. Las estructuras están hechas de una sola pieza de material, por lo que pueden ser prototipadas rápidamente. Un diseñador podría usar este método para imprimir en 3D dispositivos de entrada interactivos, como un joystick, interruptor o 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 celdas repetitivas. También crearon software de edición que ayuda a los usuarios a construir estos dispositivos interactivos.

La detección puede integrarse directamente en la estructura material de objetos, permitiendo entornos inteligentes en los que los objetos pueden detectar cada interacción con ellos. Por ejemplo, una silla o sofá hecho del material inteligente podría detectar el cuerpo del usuario cuando se sienta y usarlo para consultar funciones particulares (como encender la luz o TV) o recopilar datos para análisis posterior (como detectar y corregir postura corporal).

Debido a que los metamateriales están hechos de una cuadrícula de celdas, cuando el usuario aplica fuerza a un objeto metamaterial, algunas de las celdas interiores flexibles se estiran o comprimen. Los investigadores aprovecharon esto creando "celdas de cizalladura conductoras" —celdas 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 metamaterial —moviendo un joystick o presionando botones en un controlador— las celdas de cizalladura conductoras se estiran o comprimen y la distancia y área de superposición entre los electrodos opuestos cambia. Usando detección capacitiva, esos cambios pueden medirse y usarse para calcular la magnitud y dirección de las fuerzas aplicadas, así como rotación y aceleración. Entendiendo cómo los usuarios de joystick aplican fuerzas, un diseñador podría prototipar 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 flexibles únicos para una computadora, como un controlador de volumen exprimible o un stylus doblable. Meta-Sense, el editor 3D que desarrollaron los investigadores, permite este prototipado rápido. Los usuarios pueden integrar manualmente la detección en un diseño de metamaterial o dejar que el software coloque automáticamente las celdas de cizalladura 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 cambian más son las candidatas óptimas para ser celdas de cizalladura conductoras.