MorphSensor позволяет пользователям моделировать форму объекта и его электронные функции в цифровом виде в одном интегрированном пространстве. Мы прошли долгий путь с тех пор, как к нам пришел первый продукт, напечатанный на 3D-принтере, в виде чашки для промывания глаз, и теперь мы можем быстро изготавливать такие вещи, как автомобильные детали, музыкальные инструменты и даже биологические ткани и органоиды.

Проблемы современного проектирования

Хотя многие из этих объектов можно свободно проектировать и быстро создавать, добавление электроники для встраивания таких вещей, как датчики и микросхемы, обычно требует, чтобы вы проектировали их отдельно, что затрудняет создание элементов, в которых добавленные функции легко интегрируются с формой объекта.

Теперь среда трехмерного проектирования от Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) позволяет пользователям повторять форму объекта и его электронные функции в одном связном пространстве, чтобы добавлять существующие датчики к прототипам на ранних стадиях.

О системе MorphSensor и её функционале

Команда протестировала систему под названием MorphSensor, смоделировав маску N95 с датчиком влажности, температурное кольцо и очки, которые контролируют поглощение света для защиты здоровья глаз. MorphSensor автоматически преобразует электронные конструкции в 3D-модели, а затем позволяет пользователям изменять геометрию и манипулировать активными сенсорными деталями. Это может выглядеть как 2D-изображение пары AirPods и шаблона датчика, где человек может редактировать дизайн, пока датчик не будет встроен, напечатан и приклеен к элементу.

Чтобы проверить эффективность MorphSensor, исследователи создали оценку, основанную на стандартных процедурах промышленной сборки и тестирования. Данные показали, что MorphSensor полностью соотвествует стандартам с небольшой погрешностью как для аналоговых, так и для цифровых сенсоров.

«MorphSensor вписывается в мое долгосрочное видение того, что называется «быстрое прототипирование функций», с целью создания интерактивных объектов, в которых функции напрямую интегрируются с формой и создаются за один раз, даже если за работу возьмутся неспециалисты», - говорит аспирант Джуньи Чжу, ведущий автор новой статьи о проекте. «Благодаря этому при прототипировании форма объекта может следовать назначенной функции, а функция может адаптироваться к своей физической форме».

MorphSensor в действии

Представьте себе, что у вас есть собственная дизайнерская лаборатория, где вместо покупки новых элементов вы можете с минимальными затратами обновлять свои собственные, используя единую систему как для дизайна, так и для создания оборудования. Например, вы хотите обновить маску для лица, чтобы контролировать качество окружающего воздуха. Используя MorphSensor, пользователи сначала должны спроектировать или импортировать трехмерную модель маски лица и сенсорные модули либо из базы данных MorphSensor, либо из онлайн-файлов с открытым исходным кодом.

Затем система будет генерировать 3D-модель с отдельными электронными компонентами (с подключенными между ними воздушными проводами) и цветовой кодировкой, чтобы выделить активные чувствительные компоненты. Затем дизайнеры могут перетаскивать электронные компоненты прямо на лицевую маску и вращать их в соответствии с потребностями дизайна. В качестве последнего шага пользователи рисуют физические провода на конструкции там, где они хотят, чтобы те проходили, используя указания системы для подключения схемы.

Как только дизайн будет удовлетворен, «преобразованный объект» может быть быстро изготовлен с использованием струйного принтера и проводящей ленты, чтобы он мог прилипать к объекту. Пользователи также могут поручить проектирование профессиональному производственному предприятию. Чтобы протестировать свою систему, команда разработала EarPods для отслеживания сна, разработка и изготовление которых заняли всего 45 минут. Они также обновили «погодозависимое» кольцо, чтобы давать советы о погоде, интегрировав в объект датчик температуры.

Кроме того, они модифицировали маску N95, чтобы контролировать загрязнение подложки, позволяя ей предупреждать пользователя о необходимости замены маски. В своей нынешней форме MorphSensor помогает разработчикам постоянно поддерживать возможность подключения схемы, выделяя компоненты, участвующие в реальном считывании. Тем не менее, команда отмечает, что было бы полезно еще больше расширить этот набор инструментов поддержки, где будущие версии могут потенциально объединить электрическую логику нескольких модулей датчиков вместе, чтобы исключить избыточные компоненты и схемы, тем самым сэкономив место (или сохранить форму объекта).

Автор статьи: Виктор Булавин

Источник