Objetos impressos em 3D sentem como um usuário está interagindo com eles

Pesquisadores desenvolveram um novo método para mecanismos de impressão 3D que detectam como a força está sendo aplicada a um objeto. As estruturas são feitas de uma única peça de material, para que possam ser prototipadas rapidamente. Um designer pode usar esse método para imprimir em 3D dispositivos de entrada interativos, como joystick, interruptor ou controlador portátil, em uma única passagem.

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

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

Como os metamateriais são feitos de uma grade de células, quando o usuário aplica força a um objeto metamaterial, algumas das células internas flexíveis se esticam ou comprimem. Os pesquisadores tiraram vantagem disso criando “células de cisalhamento condutoras” – células flexíveis que têm duas paredes opostas feitas de filamento condutor e duas paredes feitas de filamento não condutor. As paredes condutoras funcionam como eletrodos.

Quando um usuário aplica força ao mecanismo de metamaterial - movendo uma alça de joystick ou pressionando os botões em um controlador - as células de cisalhamento condutoras se esticam ou comprimem e a distância e a área de sobreposição entre os eletrodos opostos mudam. Usando sensoriamento capacitivo, essas mudanças podem ser medidas e usadas para calcular a magnitude e direção das forças aplicadas, bem como rotação e aceleração. Ao entender como os usuários de joystick aplicam forças, um projetista pode prototipar formas e tamanhos de alça exclusivos para pessoas com força de preensão limitada em determinadas direções.

Um designer pode criar e ajustar rapidamente dispositivos de entrada exclusivos e flexíveis para um computador, como um controlador de volume que pode ser comprimido ou uma caneta dobrável. O Meta-Sense, o editor 3D desenvolvido pelos pesquisadores, permite essa prototipagem rápida. Os usuários podem integrar manualmente a detecção em um projeto de metamaterial ou permitir que o software coloque automaticamente as células de cisalhamento condutoras em locais ideais.

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