Investigadores del MIT han desarrollado un nuevo método para imprimir en 3D mecanismos que detectan cómo se aplica la fuerza a un objeto.
Las estructuras están hechas de una sola pieza de material, por lo que pueden dar lugar a prototipos rápidamente. Un diseñador podría usar este método para imprimir en 3D «dispositivos de entrada interactivos», como un joystick, un interruptor o un controlador de mano, de una sola vez.
Para lograr esto, los investigadores integraron electrodos en estructuras hechas de metamateriales, que son materiales divididos en una cuadrícula de células repetidas. También crearon un software de edición que ayuda a los usuarios a construir estos dispositivos interactivos.
«Los metamateriales pueden soportar diferentes funcionalidades mecánicas. Pero si creamos una manija de puerta de metamaterial, ¿podemos saber también que la manija de la puerta está girando y, de ser así, en cuántos grados? Si tiene requisitos especiales de detección, nuestro trabajo le permite personalizar un mecanismo para satisfacer sus necesidades», dice en un comunicado el coautor principal Jun Gong, ex estudiante de doctorado visitante en el MIT y ahora investigador científico en Apple.
Debido a que los metamateriales están hechos de una cuadrícula de celdas, cuando el usuario aplica fuerza a un objeto metamaterial, algunas de las celdas interiores flexibles se estiran o comprimen.
Los investigadores aprovecharon esto para crear «células de corte conductoras», células flexibles que tienen dos paredes opuestas hechas de filamento conductor y dos paredes hechas de filamento no conductor. Las paredes conductoras funcionan como electrodos.
Cuando un usuario aplica fuerza al mecanismo de metamaterial, moviendo un joystick o presionando los botones de un controlador, las células de corte conductoras se estiran o comprimen, y la distancia y el área de superposición entre los electrodos opuestos cambia. Mediante la detección capacitiva, esos cambios se pueden medir y utilizar para calcular la magnitud y la dirección de las fuerzas aplicadas, así como la rotación y la aceleración.
Para demostrar esto, los investigadores crearon un joystick de metamaterial con cuatro células de corte conductoras incrustadas alrededor de la base del mango en cada dirección (arriba, abajo, izquierda y derecha). A medida que el usuario mueve el mango del joystick, la distancia y el área entre las paredes conductoras opuestas cambian, por lo que se puede detectar la dirección y la magnitud de cada fuerza aplicada. En este caso, esos valores se convirtieron en entradas para un juego «PAC-MAN».
Al comprender cómo los usuarios de joystick aplican las fuerzas, un diseñador podría crear un prototipo de formas y tamaños de mangos únicos para personas con una fuerza de agarre limitada en ciertas direcciones.
Los investigadores también crearon un controlador de música diseñado para adaptarse a la mano del usuario. Cuando el usuario presiona uno de los botones flexibles, las células de corte conductivo dentro de la estructura se comprimen y la entrada detectada se envía a un sintetizador digital.
Este método podría permitir a un diseñador crear y ajustar rápidamente dispositivos de entrada flexibles y únicos para una computadora, como un controlador de volumen comprimible o un lápiz óptico flexible.
MetaSense, el editor 3D que desarrollaron los investigadores, permite esta rápida creación de prototipos. Los usuarios pueden integrar manualmente la detección en un diseño de metamaterial o dejar que el software coloque automáticamente las celdas de corte conductoras en ubicaciones óptimas.
«La herramienta simulará cómo se deformará el objeto cuando se apliquen diferentes fuerzas, y luego usará esta deformación simulada para calcular qué celdas tienen el máximo cambio de distancia. Las células que más cambian son las candidatas óptimas para ser células de cizallamiento conductoras «, dice Gong.
