혁명적 3D 프린팅 센서, 사용자 상호작용 실시간 감지

연구자들은 힘 물체가 어떻게 가해지는지 감지하는 메커니즘을 3D 프린팅하는 새로운 방법을 개발했습니다. 구조물이 단일 재료 조각으로 만들어져 빠른 프로토타이핑이 가능합니다. 디자이너는 이 방법을 사용하여 조이스틱, 스위치, 핸드헬드 컨트롤러 같은 대화형 입력 장치를 한 번에 3D 프린팅할 수 있습니다.

이를 위해 연구자들은 격자 무늬로 반복되는 셀로 나뉜 메타물질로 만든 구조물에 전극을 통합했습니다. 또한 사용자가 이러한 대화형 장치를 구축하는 데 도움이 되는 편집 소프트웨어를 만들었습니다.

센싱을 물체 물질 구조에 직접 통합할 수 있어 물체가 그들과의 모든 상호작용을 감지하는 지능형 환경을 가능하게 합니다. 예를 들어 스마트 소재로 만든 의자나 소파가 사용자가 앉을 때 사용자 신체를 감지하고 이를 특정 기능 쿼리(조명이나 TV 켜기 등)에 사용하거나 나중 분석을 위한 데이터 수집(자세 감지 및 교정 등)에 사용할 수 있습니다.

메타물질이 셀 그리드로 만들어지기 때문에 사용자가 메타물질 물체에 힘을 가하면 유연한 내부 셀 중 일부가 늘어나거나 압축됩니다. 연구자들은 '전도성 전단 셀(conductive shear cells)'을 만들어 이를 활용했습니다. 양쪽 대향 벽이 전도성 필라멘트로, 나머지 두 벽이 비전도성 필라멘트로 만들어진 유연한 셀입니다. 전도성 벽이 전극 역할을 합니다.

사용자가 메타물질 메커니즘에 힘을 가하면(조이스틱 핸들 움직이거나 컨트롤러 버튼 누르기) 전도성 전단 셀이 늘어나거나 압축되고 대향 전극 간 거리와 겹치는 면적이 변합니다. 정전 용량 센싱으로 이 변화를 측정하여 가해진 힘의 크기와 방향, 회전, 가속도를 계산할 수 있습니다. 조이스틱 사용자가 힘을 가하는 방식을 이해하면 디자이너는 특정 방향에서 악력이 제한된 사람들을 위한 독특한 핸들 모양과 크기를 프로토타이핑할 수 있습니다.

디자이너는 컴퓨터용 독특하고 유연한 입력 장치(짜서 조절하는 볼륨 컨트롤러, 구부릴 수 있는 스타일러스 등)를 빠르게 만들고 수정할 수 있습니다. 연구자들이 개발한 3D 편집기 Meta-Sense가 이 빠른 프로토타이핑을 가능하게 합니다. 사용자는 메타물질 설계에 수동으로 센싱을 통합하거나 소프트웨어가 전도성 전단 셀을 최적 위치에 자동 배치하게 할 수 있습니다.

도구는 다른 힘 적용 시 물체 변형 방식을 시뮬레이션한 다음 이 시뮬레이션된 변형을 사용하여 최대 거리 변화를 보이는 셀을 계산합니다. 가장 많이 변하는 셀이 전도성 전단 셀이 될 최적 후보입니다.