Les objets imprimés en 3D détectent comment un utilisateur interagit avec eux

Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour imprimer en 3D des mécanismes qui détectent la façon dont la force est appliquée à un objet. Les structures sont fabriquées à partir d'une seule pièce de matériau, de sorte qu'elles peuvent être rapidement prototypées. Un concepteur peut utiliser cette méthode pour imprimer en 3D des périphériques d'entrée interactifs, comme un joystick, un interrupteur ou un contrôleur portable, en une seule passe.

Pour ce faire, les chercheurs ont intégré des électrodes dans des structures faites de métamatériaux, qui sont des matériaux divisés en une grille de cellules répétitives. Ils ont également créé un logiciel d'édition qui aide les utilisateurs à créer ces appareils interactifs.

La détection peut être intégrée directement dans la structure matérielle des objets, permettant des environnements intelligents dans lesquels les objets peuvent détecter chaque interaction avec eux. Par exemple, une chaise ou un canapé fabriqué à partir du matériau intelligent pourrait détecter le corps de l'utilisateur lorsqu'il est assis dessus et l'utiliser pour interroger des fonctions particulières (comme allumer la lumière ou la télévision) ou collecter des données pour une analyse ultérieure (comme détecter et corriger la posture du corps).

Étant donné que les métamatériaux sont fabriqués à partir d'une grille de cellules, lorsque l'utilisateur applique une force à un objet métamatériel, certaines des cellules intérieures flexibles s'étirent ou se compriment. Les chercheurs en ont profité en créant des "cellules de cisaillement conductrices" - des cellules flexibles qui ont deux parois opposées en filament conducteur et deux parois en filament non conducteur. Les parois conductrices fonctionnent comme des électrodes.

Lorsqu'un utilisateur applique une force au mécanisme de méta-matériau - en déplaçant une poignée de manette ou en appuyant sur les boutons d'un contrôleur - les cellules de cisaillement conductrices s'étirent ou se compriment et la distance et la zone de chevauchement entre les électrodes opposées changent. Grâce à la détection capacitive, ces changements peuvent être mesurés et utilisés pour calculer l'amplitude et la direction des forces appliquées, ainsi que la rotation et l'accélération. En comprenant comment les utilisateurs du joystick appliquent les forces, un concepteur pourrait prototyper des formes et des tailles de poignée uniques pour les personnes ayant une force de préhension limitée dans certaines directions.

Un concepteur pourrait rapidement créer et modifier des périphériques d'entrée uniques et flexibles pour un ordinateur, comme un contrôleur de volume compressible ou un stylet pliable. Meta-Sense, l'éditeur 3D développé par les chercheurs, permet ce prototypage rapide. Les utilisateurs peuvent intégrer manuellement la détection dans une conception de métamatériaux ou laisser le logiciel placer automatiquement les cellules de cisaillement conductrices dans des emplacements optimaux.

L'outil simule la façon dont l'objet sera déformé lorsque différentes forces sont appliquées, puis utilise cette déformation simulée pour calculer quelles cellules ont le changement de distance maximal. Les cellules qui changent le plus sont les candidats optimaux pour être des cellules de cisaillement conductrices.