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Engenheiros criam objetos impressos em 3D que percebem como o usuário está interagindo com eles

Divulgação, MIT

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

segunda-feira, 20 setembro 2021 06:00

Áreas

Biomateriais. Biomecânica. Engenharia Biomédica. Reabilitação.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, desenvolveram um novo método para mecanismos impressos em 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 feitas por prototipagem rápida. Um designer pode usar esse método para imprimir em 3D “dispositivos de entrada interativos”, como um joystick, switch ou controlador de mão, de uma só vez.

Para conseguir 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.

“Metamateriais podem suportar diferentes funcionalidades mecânicas. Mas, se criarmos uma maçaneta de metamaterial, também podemos saber se a maçaneta da porta está sendo girada e, em caso afirmativo, em quantos graus. Se você tiver requisitos especiais de detecção, nosso trabalho permite que você personalize um mecanismo para atender às suas necessidades ”, disse Jun Gong, coautor do trabalho e ex-aluno visitante de doutorado no MIT, agora cientista pesquisador da Apple.

Jun Gong escreveu o artigo ao lado de seus colegas autores Olivia Seow, estudante de pós-graduação no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) do MIT, e Cedric Honnet, um assistente de pesquisa no Media Lab do MIT. Outros coautores são o estudante de graduação do MIT Jack Forman e a autora Dra. Stefanie Mueller, que é professora do EECS e membro do Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL).

“O que acho mais empolgante no projeto é a capacidade de integrar o sensoriamento diretamente na estrutura material dos objetos. Isso permitirá novos ambientes inteligentes nos quais nossos objetos podem sentir cada interação com eles. Por exemplo, uma cadeira ou sofá feito de nosso material inteligente pode detectar o corpo do usuário quando ele se senta e usá-lo para consultar funções específicas (como ligar a luz ou a TV) ou coletar dados para análise posterior (como detectar e corrigir a postura corporal)”, explicou a Dra. Stefanie Mueller.

Eletrodos embarcados

Como os metamateriais são feitos de uma grade de células, quando o usuário aplica força a um objeto de metamaterial, algumas das células interiores flexíveis se esticam ou comprimem.

Os pesquisadores aproveitaram isso 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 condutor se esticam ou comprimem, e a distância e a área de sobreposição entre os eletrodos opostos mudam. Usando a detecção capacitiva, essas mudanças podem ser medidas e usadas para calcular a magnitude e a direção das forças aplicadas, bem como a rotação e a aceleração.

Para demonstrar isso, os pesquisadores criaram um joystick de metamaterial com quatro células de cisalhamento condutoras embutidas em torno da base da alça em cada direção (para cima, para baixo, para a esquerda e para a direita). Conforme o usuário move a alça do joystick, a distância e a área entre as paredes condutoras opostas mudam, de modo que a direção e a magnitude de cada força aplicada podem ser detectadas. Nesse caso, esses valores foram convertidos em entradas para um jogo “PAC-MAN”.

Ao compreender como os usuários de joystick aplicam as forças, um designer pode criar um protótipo de formas e tamanhos exclusivos de alças para pessoas com força de preensão limitada em certas direções.

Os pesquisadores também criaram um controlador de música projetado para se ajustar à mão do usuário. Quando o usuário pressiona um dos botões flexíveis, as células de cisalhamento condutivas dentro da estrutura são comprimidas e a entrada detectada é enviada para um sintetizador digital.

“Em uma impressora 3D multimaterial, um bico seria usado para filamento não condutor e um bico seria usado para filamento condutor. Mas é bastante complicado porque os dois materiais podem ter propriedades muito diferentes. Requer muitos ajustes de parâmetros para definir a velocidade, temperatura ideal, etc. Mas acreditamos que, à medida que a tecnologia de impressão 3D continua a melhorar, isso será muito mais fácil para os usuários no futuro ”, disse Jun Gong.

No futuro, os pesquisadores gostariam de melhorar os algoritmos por trás do MetaSense para permitir simulações mais sofisticadas. Eles também esperam criar mecanismos com muito mais células de cisalhamento condutoras. Incorporar centenas ou milhares de células de cisalhamento condutoras em um mecanismo muito grande pode permitir visualizações em alta resolução e em tempo real de como um usuário está interagindo com um objeto, concluiu Jun Gong.

Os resultados serão apresentados no próximo mês de outubro no ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST 2021).

Acesse o artigo científico completo que será apresentado no simpósio (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do MIT (em inglês).

Fonte: Adam Zewe, MIT News Office. Imagem: Divulgação, MIT.

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