Capteurs 3D imprimés révolutionnaires détectent l'interaction utilisateur en temps réel

Des chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour imprimer en 3D des mécanismes qui détectent comment la force est appliquée à un objet. Les structures sont faites d'une seule pièce de matériau, elles peuvent donc être rapidement prototypées. Un concepteur pourrait utiliser cette méthode pour imprimer en 3D des dispositifs d'entrée interactifs, comme un joystick, un interrupteur ou un contrôleur portable, en une seule passe.

Pour accomplir cela, 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 construire ces dispositifs 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 fait du matériau intelligent pourrait détecter le corps de l'utilisateur lorsque celui-ci s'assoit dessus et soit l'utiliser pour interroger des fonctions particulières (comme allumer la lumière ou la TV) ou collecter des données pour une analyse ultérieure (comme détecter et corriger la posture corporelle).

Puisque les métamatériaux sont faits d'une grille de cellules, lorsque l'utilisateur applique une force à un objet en métamatériau, certaines des cellules intérieures flexibles s'étirent ou se compriment. Les chercheurs ont profité de cela en créant des « cellules de cisaillement conductrices » — des cellules flexibles qui ont deux parois opposées faites de filament conducteur et deux parois faites de filament non conducteur. Les parois conductrices fonctionnent comme des électrodes.

Lorsqu'un utilisateur applique une force au mécanisme de métamatériau — déplaçant une poignée de joystick ou 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. En utilisant la détection capacitive, ces changements peuvent être mesurés et utilisés pour calculer la magnitude et la direction des forces appliquées, ainsi que la rotation et l'accélération. En comprenant comment les utilisateurs de joystick appliquent des forces, un concepteur pourrait prototyper des formes et tailles de poignée uniques pour les personnes ayant une force de préhension limitée dans certaines directions.

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

L'outil simule comment 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.