3Dプリントされた物体の中には、素材に直接センサーを組み込む新技術によって「触覚」を得られるものも登場しています。新たな研究によると、この研究はスマート家具などの新たな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のことです。
この新技術は、繰り返し単位の格子構造からなる物質であるメタマテリアルを用いて3Dプリント物体を作製します。柔軟なメタマテリアルに力が加わると、一部の細胞が伸縮します。この構造に組み込まれた電極は、これらの形状変化の大きさと方向、そして回転と加速度を検出できます。
この新たな研究で、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作られた物体を作製しました。これらの物体のセルは幅5mmほどしかありません。
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作られた2つの対向壁を持ち、導電性壁は電極として機能します。物体に加えられた力によって、対向電極間の距離と重なり合う面積が変化し、加えられ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、このようにして、この新技術は「センシング技術を印刷物にシームレスかつ目立たないように統合できる」と述べています。
研究者によると、これらのメタマテリアルは、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・調整するのに役立つとのことです。例えば、彼らはこれらのメタマテリアルを用いて、人間の手の形状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ました。ユーザーが柔軟なボタンの1つを押すと、発生する電気信号がデジタルシンセサイザーの制御に役立ちます。
科学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ジョイスティックも開発しました。このジョイスティックに人がどのように力を加えるかを理解することで、特定の方向の握力が限られている人向けに、独自の形状やサイズのハンドルを設計できるようになります。
研究報告書の共著者は、「3Dプリントされたあらゆる物体の動きを認識できます。音楽からゲームインターフェースまで、その可能性は実に刺激的です」と述べています。
研究者たちは、これらのメタマテリアルを用いたインタラクティブなデバイスの構築を支援するため、「MetaSense」と呼ばれる3D編集ソフトウェアも開発しました。このソフトウェアは、3Dプリントされたオブジェクトに異なる力が加えられた際にどのように変形するかをシミュレーションし、どの細胞が最も変化し、電極として最も適しているかを計算します。
MetaSenseを使用すると、設計者はセンシング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を非常に迅速に作成でき、さまざまなアクセシビリティニーズを持つ人々に合わせてカスタマイズできます。
物体に数百、数千のセンサーユニットを埋め込むことで、ユーザーがどのようにその物体とインタラクションするか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、照明やテレビを点灯させたり、身体の姿勢を検知・修正するなど、後で分析する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、ウェアラブル機器への応用も期待されています。
投稿日時: 2021年9月27日
