Kỹ thuật in

Các nhà nghiên cứu của MIT đã phát triển một siêu vật liệu in 3D cảm biến chuyển động mới

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một phương pháp in 3D mới cho các đối tượng có thể cảm nhận được sự tương tác của người dùng.

Điểm mới lạ ở đây là các vật thể được in 3D từ một mảnh vật liệu (hay chính xác hơn là siêu vật liệu), với các cảm biến điện cực được tích hợp vào chính cấu trúc vật liệu. Do đó, các cấu trúc được in có thể phát hiện các thay đổi khác nhau về trạng thái, bao gồm cả lực tác dụng và chuyển động quay.

Nhóm nghiên cứu tin rằng cách tiếp cận của họ có thể có các ứng dụng trong toàn bộ các thiết bị đầu vào tùy chỉnh như cần điều khiển, công tắc và bộ điều khiển cầm tay. Tiến thêm một bước nữa, siêu vật liệu cảm biến thậm chí có thể được tích hợp vào các môi trường thông minh phức tạp hơn như một chiếc ghế dài có khả năng phát hiện cơ thể người dùng, có thể thu thập dữ liệu để phân tích điều chỉnh tư thế sau này. Một số hành động thậm chí có thể được ánh xạ đến các chức năng như bật đèn hoặc TV.

Jun Gong, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết “Siêu vật liệu có thể hỗ trợ các chức năng cơ học khác nhau. Nhưng nếu chúng ta tạo ra một tay nắm cửa siêu vật liệu, chúng ta cũng có thể biết rằng tay nắm cửa đang được xoay, và nếu có, bao nhiêu độ? Nếu bạn có yêu cầu đặc biệt về cảm biến, công việc của chúng tôi cho phép bạn tùy chỉnh một cơ chế để đáp ứng nhu cầu của bạn. ”

The copper-colored capacitive sensing electrodes integrated into this 3D printed metamaterial mechanism are used to sense compression. GIF via MIT.
Các điện cực cảm biến điện dung màu đồng được tích hợp vào cơ chế siêu vật liệu in 3D này được sử dụng để cảm nhận độ nén. GIF qua MIT.

Siêu vật liệu in 3D hoạt động như thế nào?

Siêu vật liệu MIT được tạo thành từ một mạng lưới các ô lặp lại, hầu hết chúng đều linh hoạt, có nghĩa là chúng có thể kéo dài và nén. Nó cũng chứa 'tế bào cắt dẫn điện', có hai thành đối nhau được làm bằng sợi dẫn điện và hai thành được làm bằng sợi không dẫn điện. Các bức tường dẫn điện là những gì hoạt động như các điện cực cảm nhận.

Khi một lực tác dụng lên cấu trúc, các tế bào lực cắt dẫn điện sẽ giãn ra hoặc nén lại, làm thay đổi khoảng cách giữa các thành dẫn điện. Sử dụng cảm biến điện dung, những thay đổi khoảng cách này có thể được đo lường và ánh xạ tới các lực, hướng, chuyển động quay và gia tốc nhất định. Ví dụ: chuyển động của tay cầm cần điều khiển (và các lần uốn tiếp theo) có thể được ánh xạ sang trái, phải, lên và xuống.

Một nhà thiết kế sản phẩm có thể mở rộng ý tưởng này để tạo mẫu một hình dạng cần điều khiển tùy chỉnh cho những người bị hạn chế về khả năng di chuyển hoặc lực cầm nắm, hoặc tạo ra một bộ điều khiển âm nhạc linh hoạt độc đáo và kết nối nó với một bộ tổng hợp kỹ thuật số. Vì siêu vật liệu được thiết kế để in 3D, nên việc lặp lại thiết kế nhanh chóng cũng sẽ dễ dàng sản xuất, hợp lý hóa đáng kể chu kỳ phát triển.

The metamaterial is made up of rows of repeated cells, with conductive walls acting as the electrodes. Photo via MIT.
Siêu vật liệu được tạo thành từ các hàng tế bào lặp đi lặp lại, với các bức tường dẫn điện đóng vai trò như các điện cực. Ảnh qua MIT.

MetaSense, một trình chỉnh sửa 3D

Để bổ sung cho phương pháp in 3D, nhóm MIT cũng đã phát triển một trình chỉnh sửa 3D được xây dựng theo mục đích có tên là MetaSense. Được thiết kế như một phần mềm CAD cho siêu vật liệu, MetaSense cho phép người dùng đặt các ô cắt dẫn điện theo cách thủ công hoặc tự động tích hợp cảm biến vào thiết kế ở những vị trí tối ưu.

Gong giải thích, “Công cụ sẽ mô phỏng cách vật thể sẽ bị biến dạng khi các lực khác nhau được tác dụng, và sau đó sử dụng biến dạng mô phỏng này để tính toán ô nào có khoảng cách thay đổi lớn nhất. Các tế bào thay đổi nhiều nhất là ứng cử viên tối ưu để trở thành tế bào cắt dẫn điện. ”

Mặc dù MetaSense được thiết kế để đơn giản nhất có thể, nhưng bản chất phức tạp của siêu vật liệu đòi hỏi rất nhiều điều chỉnh tham số để hoàn thành một bản dựng thành công. Nhóm của Gong có kế hoạch liên tục cải tiến các thuật toán của phần mềm để cho phép các mô phỏng phức tạp hơn, tạo điều kiện cho các thiết bị có hàng trăm hoặc hàng nghìn tế bào cắt dẫn điện.

Các chi tiết khác của nghiên cứu có thể được tìm thấy trong bài báo có tiêu đề ' MetaSense: Tích hợp khả năng cảm biến vào siêu vật liệu cơ học '. Nó được đồng tác giả bởi Jun Gong, Stefanie Mueller, và các cộng sự.

Khả năng tương thích vật liệu rộng rãi của sản xuất phụ gia có lợi cho các ứng dụng thiết bị cảm biến. Đầu mùa hè này, các nhà khoa học từ Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk (DGIST) của Hàn Quốc đã phát triển Cảm biến áp suất đa hướng chi phí thấp sử dụng vật liệu tổng hợp polyme dẫn điện in 3D làm khối xây dựng của chúng. Các cảm biến được thiết kế để khắc phục các hạn chế hiện tại của cảm biến in 3D, bao gồm khả năng chỉ cảm nhận các lực tác dụng dọc theo một hướng.

Ở những nơi khác, các nhà khoa học có trụ sở tại Châu Á gần đây đã hợp tác phát triển một bộ cảm biến in 3D mới có thể được sử dụng làm cơ sở cho 'giường thông minh' của tương lai . Sử dụng máy in 3D FDM và PLA, các nhà nghiên cứu đã tạo ra cảm biến áp suất dựa trên Fiber Bragg Grating (FBG) có khả năng theo dõi kiểu ngủ của mọi người với độ chính xác cao.

Đăng ký theo dõi Bản tin ngành in 3D để biết tin tức mới nhất về sản xuất phụ gia. Bạn cũng có thể giữ kết nối bằng cách theo dõi chúng tôi trên Twitter , thích chúng tôi trên Facebook và điều chỉnh Kênh YouTube của ngành in 3D .

Tìm kiếm một nghề nghiệp trong sản xuất phụ gia? Chuyến thăm Công việc in 3D để lựa chọn các vai trò trong ngành .

Featured image shows the 3D printed metamaterial. Photo via MIT.

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button