เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ นักวิจัยได้รวมอิเล็กโทรดเข้ากับโครงสร้างที่ทำจาก metamaterials ซึ่งเป็นวัสดุที่แบ่งออกเป็นตารางของเซลล์ที่เกิดซ้ำ พวกเขายังสร้างซอฟต์แวร์แก้ไขที่ช่วยผู้ใช้สร้างอุปกรณ์โต้ตอบเหล่านี้

"Metamaterials สามารถรองรับการทำงานทางกลที่แตกต่างกัน แต่ถ้าเราสร้างที่จับประตู metamaterial เราจะรู้ได้หรือไม่ว่าที่จับประตูกำลังหมุนอยู่ และถ้าเป็นเช่นนั้นจะต้องทำกี่องศา ถ้าคุณมีข้อกำหนดในการตรวจวัดพิเศษ งานของเราช่วยให้คุณ ปรับแต่งกลไกให้ตรงกับความต้องการของคุณ” Jun Gong หัวหน้าทีมวิจัยร่วม ซึ่งเป็นอดีตนักศึกษาระดับปริญญาเอกที่มาเยี่ยมที่ MIT ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ Apple กล่าว

Gong เขียนบทความร่วมกับเพื่อนผู้เขียนหลัก Olivia Seow นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) และ Cedric Honnet ผู้ช่วยวิจัยใน MIT Media Lab ผู้ร่วมเขียนบทคนอื่นๆ ได้แก่ แจ็ค ฟอร์แมน นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ MIT และผู้เขียนอาวุโส Stefanie Mueller ซึ่งเป็นรองศาสตราจารย์ใน EECS และเป็นสมาชิกของห้องปฏิบัติการวิทยาการคอมพิวเตอร์และปัญญาประดิษฐ์ (CSAIL) งานวิจัยนี้จะนำเสนอในการประชุม Association for Computing Machinery Symposium เกี่ยวกับซอฟต์แวร์และเทคโนโลยีส่วนต่อประสานกับผู้ใช้ในเดือนหน้า

"สิ่งที่ฉันพบว่าน่าตื่นเต้นที่สุดเกี่ยวกับโครงการนี้คือความสามารถในการรวมการตรวจจับเข้ากับโครงสร้างวัสดุของวัตถุโดยตรง สิ่งนี้จะช่วยให้เกิดสภาพแวดล้อมอัจฉริยะใหม่ที่วัตถุของเราสามารถสัมผัสได้ถึงปฏิสัมพันธ์แต่ละครั้ง" Mueller กล่าว "ตัวอย่างเช่น เก้าอี้หรือโซฟาที่ทำจากวัสดุอัจฉริยะของเราสามารถตรวจจับร่างกายของผู้ใช้ได้เมื่อผู้ใช้นั่งอยู่บนนั้น และใช้เพื่อค้นหาฟังก์ชันเฉพาะ (เช่น การเปิดไฟหรือทีวี) หรือเพื่อรวบรวมข้อมูลสำหรับการวิเคราะห์ในภายหลัง ( เช่นการตรวจจับและแก้ไขท่าทางของร่างกาย)"

อิเล็กโทรดฝังตัว

เนื่องจาก metamaterials ถูกสร้างขึ้นจากตารางของเซลล์ เมื่อผู้ใช้ใช้แรงกับวัตถุ metamaterial เซลล์ภายในที่ยืดหยุ่นบางส่วนจะยืดหรือบีบอัด

นักวิจัยใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้โดยการสร้าง "เซลล์เฉือนแบบนำไฟฟ้า" ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีความยืดหยุ่นซึ่งมีผนังตรงข้ามกัน 2 ชั้นทำจากเส้นใยนำไฟฟ้าและผนัง 2 ชั้นทำจากเส้นใยไม่นำไฟฟ้า ผนังนำไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรด

เมื่อผู้ใช้ใช้แรงกับกลไก metamaterial - ขยับที่จับจอยสติ๊กหรือกดปุ่มบนตัวควบคุม - เซลล์เฉือนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะยืดหรือบีบอัด ระยะห่างและพื้นที่ทับซ้อนกันระหว่างอิเล็กโทรดที่เป็นปฏิปักษ์จะเปลี่ยนไป เมื่อใช้การตรวจจับแบบคาปาซิทีฟ การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นสามารถวัดและใช้เพื่อคำนวณขนาดและทิศทางของแรงที่ใช้ ตลอดจนการหมุนและความเร่ง

เพื่อแสดงให้เห็นสิ่งนี้ นักวิจัยได้สร้างจอยสติ๊ก metamaterial ที่มีเซลล์เฉือนนำไฟฟ้าสี่เซลล์ฝังอยู่รอบฐานของด้ามจับในแต่ละทิศทาง (ขึ้น ลง ซ้าย และขวา) ขณะที่ผู้ใช้ขยับที่จับจอยสติ๊ก ระยะห่างและพื้นที่ระหว่างผนังนำไฟฟ้าของฝ่ายตรงข้ามจะเปลี่ยนไป จึงสามารถรับรู้ทิศทางและขนาดของแรงที่ใช้แต่ละครั้งได้ ในกรณีนี้ ค่าเหล่านั้นจะถูกแปลงเป็นอินพุตสำหรับเกม "PAC-MAN"

ด้วยการทำความเข้าใจว่าผู้ใช้จอยสติ๊กใช้แรงอย่างไร นักออกแบบสามารถสร้างต้นแบบรูปทรงและขนาดที่จับเฉพาะสำหรับผู้ที่มีแรงจับจำกัดในบางทิศทาง

นักวิจัยยังได้สร้างตัวควบคุมเพลงที่ออกแบบมาให้สอดคล้องกับมือของผู้ใช้ เมื่อผู้ใช้กดปุ่มที่ยืดหยุ่นปุ่มใดปุ่มหนึ่ง เซลล์เฉือนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าภายในโครงสร้างจะถูกบีบอัด และอินพุตที่รับรู้จะถูกส่งไปยังเครื่องสังเคราะห์เสียงดิจิตอล

วิธีนี้สามารถช่วยให้นักออกแบบสามารถสร้างและปรับแต่งอุปกรณ์อินพุตที่ยืดหยุ่นและไม่เหมือนใครสำหรับคอมพิวเตอร์ได้อย่างรวดเร็ว เช่น ตัวควบคุมระดับเสียงที่บีบได้หรือสไตลัสที่งอได้

โซลูชันซอฟต์แวร์

MetaSense ซึ่งเป็นโปรแกรมแก้ไข 3D ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้น ช่วยให้สามารถสร้างต้นแบบได้อย่างรวดเร็ว ผู้ใช้สามารถรวมการตรวจจับเข้ากับการออกแบบ metamaterial หรือปล่อยให้ซอฟต์แวร์วางเซลล์เฉือนนำไฟฟ้าในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดโดยอัตโนมัติ

"เครื่องมือจะจำลองว่าวัตถุจะมีรูปร่างผิดปกติอย่างไรเมื่อใช้แรงต่างกัน จากนั้นใช้การเสียรูปที่จำลองขึ้นนี้เพื่อคำนวณว่าเซลล์ใดมีการเปลี่ยนแปลงระยะทางสูงสุด เซลล์ที่เปลี่ยนแปลงมากที่สุดคือเซลล์ที่เหมาะสมที่สุดที่จะเป็นเซลล์เฉือนนำไฟฟ้า" กงพูด.

นักวิจัยพยายามที่จะทำให้ MetaSense ตรงไปตรงมา แต่มีความท้าทายในการพิมพ์โครงสร้างที่ซับซ้อนดังกล่าว

"ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบหลายวัสดุ หนึ่งหัวฉีดจะใช้สำหรับฟิลาเมนต์ไม่นำไฟฟ้า และหนึ่งหัวฉีดจะใช้สำหรับฟิลาเมนต์นำไฟฟ้า แต่มันค่อนข้างยุ่งยากเพราะวัสดุทั้งสองอาจมีคุณสมบัติแตกต่างกันมาก ต้องมีการปรับพารามิเตอร์จำนวนมากเพื่อชำระ ด้วยความเร็ว อุณหภูมิที่เหมาะสม ฯลฯ แต่เราเชื่อว่าในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติยังคงพัฒนาให้ดีขึ้นเรื่อยๆ สิ่งนี้จะง่ายขึ้นสำหรับผู้ใช้ในอนาคต” เขากล่าว

ในอนาคต นักวิจัยต้องการปรับปรุงอัลกอริธึมที่อยู่เบื้องหลัง MetaSense เพื่อเปิดใช้งานการจำลองที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น

พวกเขายังหวังว่าจะสร้างกลไกที่มีเซลล์เฉือนนำไฟฟ้าอีกมากมาย การฝังเซลล์เฉือนที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้านับร้อยหรือหลายพันเซลล์ไว้ในกลไกขนาดใหญ่มาก สามารถช่วยให้เห็นภาพความละเอียดสูงแบบเรียลไทม์ว่าผู้ใช้โต้ตอบกับวัตถุอย่างไร Gong กล่าว

งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติบาคาร่า สมัครบาคาร่า