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Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben laut einer Pressemitteilung einen Weg gefunden, intelligente Objekte in 3D zu drucken, die erfassen, wie Benutzer mit ihnen interagieren. Mit einer neu entwickelten 3D-Druck-Technologie gelang es den Forschern, Sensoren direkt in ein Objekt zu integrieren. Wenn dann eine Kraft auf den Gegenstand wirkt, erhalten die Sensoren Signale. So sollen Prototypen für intelligente Gegenstände schneller als bisher möglich sein. Asiatische Forscher entwickelten vor einiger Zeit ein Verfahren für den 3D-Druck tragbarer Sensoren mit eigener Stromversorgung.
Details zur Entwicklung
Die Forscher integrierten Elektroden in Strukturen aus Metamaterialien. Das sind künstlich hergestellte Werkstoffe mit besonderen magnetischen, optischen oder elektrischen Eigenschaften. Die Materialien bestehen aus periodischen, mikroskopisch kleinen Strukturen, den Zellen. Eine von den MIT-Forschern entwickelte Bearbeitungssoftware hilft den Nutzern beim Bau eines interaktiven Gerätes.
Die Metamaterialien bestehen aus netzwerkartigen Gittern. Einige der flexiblen inneren Zellen dehnen oder stauchen sich, wenn Kraft auf ein Objekt ausgeübt wird. Mit leitenden Scherzellen machen sich die Forscher das zunutze. Scherzellen sind flexible Zellen mit zwei gegenüberliegenden Wänden aus elektrisch leitendem Filament, die als Elektroden fungieren, und mit zwei Wänden aus nichtleitendem Material.
Wird Kraft auf den Metamaterialmechanismus ausgeübt, wie zum Beispiel beim Bewegen eines Joystick-Griffs oder das Drücken von Tasten, dehnen oder stauchen sich die leitenden Scherzellen. Die Abstände und Überlappungsflächen zwischen den gegenüberliegenden Elektroden ändern sich. Kapazitive Sensoren messen diese Abweichungen und bestimmen dadurch die Größe und Richtung der Kräfte, der Drehung und Beschleunigung.
Praxistest
Ein Metamaterial-Joystick mit vier leitenden Scherzellen, die oben, unten, links und rechts um die Basis des Griffs eingebettet sind, wurde zu Testzwecken hergestellt. Bewegen die Benutzer den Griff ihres Eingabegeräts, ändern sich der Abstand und die Fläche zwischen gegenüberliegenden leitenden Wänden. Richtung und Größe der ausgeübten Kräfte werden erfasst.
Die Forscher konnten damit Eingaben für das bekannte PAC-MAN-Spiel machen. Ein Musik-Controller, der sich der Hand von Benutzern anpasst, entstand ebenfalls. Wird hier eine Taste gedrückt, wird die erfasste Eingabe an den digitalen Synthesizer gesendet. Neben individuellen, flexiblen Eingabegeräten sind auch Joysticks für Personen mit körperlichen Einschränkungen damit realisierbar.
3D-Druck-Geräte mit eingebetteter Sensorik (Video)
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