3Dプリントされた物体の中には、新しい技術を用いて素材に直接センサーを組み込むことで、「触覚」を感じられるものも登場している。新たな研究によると、この研究はスマート家具などの新しいインタラクティブデバイスの開発につながる可能性があるという。
この新しい技術は、メタマテリアル（繰り返し単位の格子状構造からなる物質）を用いて物体を3Dプリントする。柔軟なメタマテリアルに力が加わると、その構成要素の一部が伸縮する。これらの構造に組み込まれた電極は、形状変化の大きさや方向、回転や加速度を検出することができる。
今回の新たな研究で、研究者たちは柔軟なプラスチックと導電性フィラメントでできた物体を作製した。これらの物体には、幅わずか5mmの小さな細胞が含まれている。
各セルは、導電性フィラメントと非導電性プラスチックでできた2つの対向する壁で構成されており、導電性の壁が電極として機能します。物体に力が加わると、対向する電極間の距離と重なり合う面積が変化し、加わった力の詳細を示す電気信号が生成されます。研究報告書の共著者は、この新しい技術によって「センシング技術を印刷物にシームレスかつ目立たずに統合できる」と述べています。
研究者らは、これらのメタマテリアルを用いることで、設計者が柔軟なコンピュータ入力デバイスを迅速に作成・調整できると述べている。例えば、彼らはこれらのメタマテリアルを用いて、人間の手の形にフィットするように設計された音楽コントローラーを開発した。ユーザーが柔軟なボタンの一つを握ると、発生した電気信号によってデジタルシンセサイザーが制御される。
研究者たちは、パックマンをプレイするためのメタマテリアル製のジョイスティックも開発した。人々がこのジョイスティックにどのように力を加えるかを理解することで、特定の方向への握力が弱い人向けに、独自の形状やサイズのハンドルを設計することが可能になる。
研究報告書の共著者は、「3Dプリントされたあらゆる物体に動きを感知できる。音楽からゲームのインターフェースまで、その可能性は非常に刺激的だ」と述べている。
研究者たちは、これらのメタマテリアルを用いてインタラクティブなデバイスを構築するための3D編集ソフトウェア「MetaSense」も開発した。このソフトウェアは、3Dプリントされた物体に様々な力が加わった際にどのように変形するかをシミュレーションし、どの細胞が最も大きく変化し、電極として使用するのに最も適しているかを計算する。
MetaSenseを使えば、設計者はセンサー機能を内蔵した構造物を一度に3Dプリントできます。これにより、ジョイスティックなどのデバイスのプロトタイプ作成が非常に迅速になり、さまざまなアクセシビリティニーズを持つユーザーに合わせてカスタマイズすることが可能になります。
物体に数百個または数千個のセンサーユニットを埋め込むことで、ユーザーと物体とのインタラクションを高解像度かつリアルタイムで分析することが可能になります。例えば、このメタマテリアルで作られたスマートチェアは、ユーザーの身体を検知し、照明やテレビをオンにしたり、身体姿勢の検出や修正などの後分析のためのデータを収集したりすることができます。これらのメタマテリアルは、ウェアラブルデバイスへの応用も期待されます。
投稿日時：2021年9月27日
