أصبح بالإمكان الآن "اللمس" لبعض أنواع المنتجات المطبوعة ثلاثية الأبعاد، باستخدام تقنية جديدة لدمج أجهزة استشعار مباشرة في موادها. وقد وجدت دراسة جديدة أن هذا البحث قد يُفضي إلى ابتكار أجهزة تفاعلية جديدة، مثل الأثاث الذكي.
تستخدم هذه التقنية الجديدة مواد ميتامائية (وهي مواد تتكون من شبكة من وحدات متكررة) لطباعة الأجسام ثلاثية الأبعاد. عند تطبيق قوة على مادة ميتامائية مرنة، قد تتمدد بعض خلاياها أو تنضغط. تستطيع الأقطاب الكهربائية المدمجة في هذه الهياكل رصد مقدار واتجاه هذه التغيرات في الشكل، بالإضافة إلى الدوران والتسارع.
في هذه الدراسة الجديدة، صنع الباحثون أجسامًا مصنوعة من البلاستيك المرن وخيوط موصلة. تحتوي هذه الأجسام على خلايا لا يتجاوز عرضها 5 مم.
تحتوي كل خلية على جدارين متقابلين مصنوعين من خيوط موصلة وبلاستيك غير موصل، ويعمل الجداران الموصلان كأقطاب كهربائية. تُغير القوة المطبقة على الجسم المسافة ومساحة التداخل بين القطبين المتقابلين، مما يُنتج إشارة كهربائية توضح تفاصيل القوة المطبقة. صرّح المؤلف المشارك في تقرير البحث بأنه بهذه الطريقة، يُمكن لهذه التقنية الجديدة "دمج تقنية الاستشعار بسلاسة ودون أي تداخل في المواد المطبوعة".
يقول الباحثون إن هذه المواد الخارقة تُمكّن المصممين من إنشاء وتعديل أجهزة إدخال حاسوبية مرنة بسرعة. على سبيل المثال، استخدموا هذه المواد الخارقة لتصميم وحدة تحكم موسيقية مصممة لتناسب شكل اليد البشرية. عندما يضغط المستخدم على أحد الأزرار المرنة، تُساعد الإشارة الكهربائية المُولّدة في التحكم في مُركّب رقمي.
صنع العلماء أيضًا عصا تحكم من مادة ميتامواد للعب باك مان. بفهم كيفية تطبيق الناس للقوة على هذه العصا، يمكن للمصممين تصميم أشكال وأحجام فريدة للمقابض للأشخاص ذوي القبضة المحدودة في اتجاهات معينة.
قال المؤلف المشارك في تقرير البحث: "يمكننا إدراك الحركة في أي جسم مطبوع ثلاثي الأبعاد. من الموسيقى إلى واجهات الألعاب، الإمكانات مثيرة حقًا".
ابتكر الباحثون أيضًا برنامجًا لتحرير الصور ثلاثية الأبعاد، يُسمى ميتاسينس، لمساعدة المستخدمين على بناء أجهزة تفاعلية باستخدام هذه المواد الخارقة. يُحاكي البرنامج كيفية تشوه الجسم المطبوع ثلاثي الأبعاد عند تطبيق قوى مختلفة عليه، ويحسب الخلايا الأكثر تغيرًا والأكثر ملاءمة للاستخدام كأقطاب كهربائية.
يُمكّن MetaSense المصممين من طباعة هياكل ثلاثية الأبعاد مزودة بإمكانيات استشعار مدمجة دفعةً واحدة. هذا يُسهّل إنشاء النماذج الأولية للأجهزة، مثل أذرع التحكم، والتي يُمكن تخصيصها لتناسب احتياجات الوصول المختلفة.
يُمكن أن يُساعد تضمين مئات أو آلاف وحدات الاستشعار في جسم ما على تحقيق تحليل عالي الدقة وفوريّ لكيفية تفاعل المستخدمين معه. على سبيل المثال، يُمكن لكرسي ذكي مصنوع من هذه المادة الخارقة استشعار جسم المستخدم، ثم تشغيل الضوء أو التلفزيون، أو جمع البيانات لتحليلها لاحقًا، مثل تحديد وضعية الجسم وتصحيحها. كما يُمكن استخدام هذه المواد الخارقة في التطبيقات القابلة للارتداء.
وقت النشر: ٢٧ سبتمبر ٢٠٢١
