Sensores 3D Impressos Revolucionários Detectam Interação do Usuário em Tempo Real

Pesquisadores desenvolveram um novo método para imprimir em 3D mecanismos que detectam como força está sendo aplicada a um objeto. As estruturas são feitas de uma única peça de material, então podem ser prototipadas rapidamente. Um designer poderia usar este método para imprimir em 3D dispositivos de entrada interativos, como um joystick, interruptor ou controle portátil, em uma única passada.

Para realizar isso, os pesquisadores integraram eletrodos em estruturas feitas de metamateriais, que são materiais divididos em uma grade de células repetitivas. Eles também criaram software de edição que ajuda usuários a construir esses dispositivos interativos.

Sensoriamento pode ser integrado diretamente na estrutura de material de objetos, permitindo ambientes inteligentes nos quais objetos podem sentir cada interação com eles. Por exemplo, uma cadeira ou sofá feito do material inteligente poderia detectar o corpo do usuário quando ele se senta e usá-lo para consultar funções particulares (como acender a luz ou TV) ou coletar dados para análise posterior (como detectar e corrigir postura corporal).

Como metamateriais são feitos de uma grade de células, quando o usuário aplica força a um objeto metamaterial, algumas das células internas flexíveis esticam ou comprimem. Os pesquisadores aproveitaram isso criando "células de cisalhamento condutivas" — células flexíveis que têm duas paredes opostas feitas de filamento condutivo e duas paredes feitas de filamento não condutivo. As paredes condutivas funcionam como eletrodos.

Quando um usuário aplica força ao mecanismo de metamaterial — movendo a alça de um joystick ou pressionando botões de um controle — as células de cisalhamento condutivas esticam ou comprimem e a distância e área de sobreposição entre os eletrodos opostos muda. Usando sensoriamento capacitivo, essas mudanças podem ser medidas e usadas para calcular magnitude e direção das forças aplicadas, bem como rotação e aceleração. Entendendo como usuários de joystick aplicam forças, um designer poderia prototipar formatos e tamanhos de alça únicos para pessoas com força de preensão limitada em certas direções.

Um designer poderia criar e ajustar rapidamente dispositivos de entrada flexíveis únicos para um computador, como um controlador de volume apertável ou estilete dobrável. Meta-Sense, o editor 3D que os pesquisadores desenvolveram, permite esta prototipagem rápida. Usuários podem integrar manualmente sensoriamento em um design de metamaterial ou deixar o software posicionar automaticamente as células de cisalhamento condutivas em locais ótimos.

A ferramenta simula como o objeto será deformado quando diferentes forças são aplicadas e então usa esta deformação simulada para calcular quais células têm a mudança máxima de distância. As células que mudam mais são as candidatas ideais para serem células de cisalhamento condutivas.