Les parois cellulaires de couleur cuivre de la manette de démonstration sont conductrices et peuvent être utilisées pour détecter les forces appliquées afin de contrôler un personnage dans un jeu vidéo.
Bien qu’il soit possible de rendre les objets plus intelligents en leur ajoutant des capteurs, une équipe d’ingénieurs du MIT est parvenue à imprimer en 3D des structures méta matérielles dans lesquelles sont directement intégrées des électrodes permettant aux objets de détecter l’interaction avec l’utilisateur.
Les structures répétitives des métamatériaux contribuent à déterminer leurs propriétés et leurs fonctions, plutôt que leur composition. En modifiant les conceptions, nous avons vu des ingénieurs réaliser des choses apparemment impossibles, comme la création d’une lentille fisheye ultra-large plate au lieu d’être bulbeuse, des structures qui aident à faire léviter des objets grâce au son, et d’autres qui peuvent rendre des objets invisibles aux capteurs.
« Les métamatériaux peuvent prendre en charge différentes fonctionnalités mécaniques », explique Jun Gong, co-auteur d’un article sur ce nouveau développement. « Mais si nous créons une poignée de porte en métamatériaux, pouvons-nous également savoir que la poignée de porte est tournée, et si oui, de combien de degrés ? Si vous avez des exigences particulières en matière de détection, notre travail vous permet de personnaliser un mécanisme pour répondre à vos besoins. »
Constatant que lorsqu’une force est appliquée à une structure méta matériale, certaines des parois cellulaires fléchissent, les ingénieurs ont imprimé en 3D une manette méta matériale composée de cellules flexibles. La plupart des cellules ont été imprimées à l’aide d’un filament non conducteur, mais celles situées autour de la base de la poignée avaient des parois opposées en filament conducteur dans une configuration appelée cellules de cisaillement conductrices.
Grâce à la détection capacitive, les modifications de la distance et du chevauchement entre les électrodes conductrices opposées peuvent être mesurées pour « calculer l’ampleur et la direction des forces appliquées, ainsi que la rotation et l’accélération ». Ces valeurs ont ensuite été converties en entrées haut/bas/gauche/droite pour un jeu Pac-Man, comme vous pouvez le voir dans la vidéo ci-dessous (ainsi que d’autres applications telles que des balances, un contrôleur musical portable pour un synthé numérique, et même un accéléromètre).
Dispositifs d’impression 3D avec capteurs intégrés
L’équipe a également développé un logiciel appelé MetaSense qui pourrait permettre aux concepteurs de créer des objets de détection, en déterminant automatiquement les emplacements optimaux au sein d’une structure métamatérielle simulée pour le placement de cellules conductrices.
« L’outil simule la déformation de l’objet lorsque différentes forces sont appliquées, puis utilise cette déformation simulée pour calculer les cellules dont la distance varie le plus », explique Gong, qui était étudiant en doctorat au MIT pendant le projet, mais qui travaille désormais comme chercheur chez Apple. « Les cellules qui changent le plus sont les candidates optimales pour être des cellules de cisaillement conductrices ».
Les chercheurs voient ce développement déboucher sur des choses telles que des meubles intégrant des métamatériaux qui pourraient, par exemple, détecter quand un utilisateur s’assoit et déclencher l’allumage des lumières de la pièce ou de la télévision, ou être utilisés pour détecter la posture du corps et faire des suggestions correctives. Les prochaines étapes consistent à construire des mécanismes de détection plus grands intégrant des milliers de cellules de cisaillement conductrices et à améliorer les algorithmes du logiciel pour de meilleures simulations.
Le projet devrait être présenté le mois prochain au symposium de l’Association for Computing Machinery sur les logiciels et les technologies d’interface utilisateur. Un article sur la recherche rédigé par Gong, Olivia Seow, Cedric Honnet, Jack Forman et Stefanie Mueller est disponible en ligne.
https://news.mit.edu/2021/3d-printed-objects-sense-interaction-0914
https://honnet.github.io/publications/UIST21-MetaSense.pdf
