Uma equipa do MIT CSAIL, em colaboração com a Universidade de Tianjin, desenvolveu uma nova ferramenta de design chamada X-Hinges, capaz de transformar objetos impressos em 3D vulgares em dispositivos que percebem e reagem ao movimento humano. O trabalho está descrito num artigo disponível na plataforma arXiv e vai ser apresentado no ACM Symposium on User Interface Software and Technology.
A ideia central é bastante simples de descrever, apesar de tecnicamente complexa de executar. A ferramenta identifica automaticamente onde um objeto se dobra, tipicamente nas suas dobradiças ou articulações, e incorpora sensores nesses pontos, permitindo captar dados de movimento a partir de ambos os lados de cada dobra. O resultado é um objeto que consegue compreender e responder de forma mais dinâmica à forma como é manuseado, depois de impresso.
Este tipo de investigação junta duas áreas que raramente se cruzam de forma tão direta, o design de mecanismos flexíveis e a deteção de movimento embutida diretamente no próprio material.
Um problema com peças feitas do mesmo material
Segundo a equipa, dispositivos dinâmicos com deteção embutida têm normalmente sido impressos em 3D usando materiais condutores tanto para os sensores como para os circuitos internos que transportam o sinal, uma espécie de fiação improvisada dentro da própria estrutura impressa. O problema é que, quando ambos os componentes usam o mesmo material, emitem sinais elétricos semelhantes, o que dificulta bastante a interpretação correta dos dados, algo comparável a tentar ouvir duas estações de rádio ao mesmo tempo.
O X-Hinges resolve este problema através de um design que separa de forma mais clara a função de deteção da função de transporte de sinal, permitindo captar dados de movimento contínuo e com vários graus de liberdade em cada dobradiça, com menos interferência cruzada entre eixos.
Dobradiças inspiradas na coluna vertebral
Inspirado na estrutura de uma espinha dorsal, o design do X-Hinges suporta dobras em múltiplas articulações e consegue captar o estado de dobra entre quaisquer dois pontos da estrutura. A equipa combinou um esquema de circuito por multiplexagem no tempo com impressão 3D multimaterial, permitindo fabricar geometria e circuitos elétricos num único processo de impressão, sem necessidade de montagem manual posterior de sensores.
Segundo os investigadores, este método elimina passos de montagem e integração manual de sensores que normalmente seriam necessários depois da impressão, reduzindo significativamente o esforço de fabrico associado a este tipo de dispositivo interativo.
Do objeto passivo ao objeto que reage
Segundo Jiaji Li, investigador de pós-doutoramento no MIT e autor sénior do trabalho, esta abordagem é como adicionar um elemento consciente a objetos do dia a dia. Um objeto criado com o X-Hinges consegue compreender melhor como está a ser usado e tem mais formas de reagir, de forma comparável a como um agente de inteligência artificial é programado para tomar decisões com base em instruções, mas aqui a deteção está embutida diretamente na própria estrutura física.
A equipa já usou o X-Hinges para criar vários dispositivos que demonstram este conceito, aproveitando a capacidade de personalizar a rigidez mecânica de cada dobradiça, desde extremamente flexível até quase rígida, consoante a aplicação pretendida, seja um sensor de dedo para uma luva vestível de baixa rigidez ou um segmento com mola capaz de suportar carga.
Porque interessa esta investigação
Este tipo de ferramenta abre caminho a objetos impressos em 3D que vão além da função puramente estrutural, incorporando desde o início capacidade de deteção de movimento sem exigir eletrónica externa complexa ou montagem manual de sensores. Para o design de interfaces interativas, dispositivos vestíveis ou próteses, esta capacidade de ajustar tanto a geometria como o comportamento sensorial de uma dobradiça através de um único processo de impressão pode simplificar bastante o desenvolvimento de protótipos funcionais.
O que fica desta investigação
O X-Hinges mostra como a impressão 3D multimaterial pode ir além da simples criação de formas físicas, incorporando diretamente capacidade de deteção de movimento na própria estrutura do objeto. É mais um exemplo de como a linha entre objeto passivo e dispositivo interativo está a ficar cada vez mais ténue à medida que ferramentas de design como esta tornam mais acessível a criação de peças que não só se movem, como também sabem como estão a mover-se.
