ทีมงานจาก MIT พัฒนาโปรแกรมซอฟต์แวร์ที่สามารถรับรู้การเคลื่อนไหวของมนุษย์ผ่านวัตถุที่พิมพ์ 3D

นักวิจัยได้พัฒนาโปรแกรมซอฟต์แวร์ที่สามารถทำให้วัตถุที่พิมพ์ 3D รับรู้และตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ระบบนี้มีชื่อว่า X-Hinges ซึ่งจะฝังเซ็นเซอร์และช่องทางนำไฟฟ้าที่ทำจากวัสดุต่าง ๆ โดยอัตโนมัติเพื่อเพิ่มความแม่นยำของสัญญาณและลดการรบกวน โปรแกรมนี้อนุญาตให้ผู้ใช้ปรับแต่งวัตถุโดยการเชื่อมต่อรูปทรงและเลือกแกนการเคลื่อนไหวได้สูงสุดสามแกน และวางเซ็นเซอร์ที่จุดโค้งเพื่อติดตามการเคลื่อนไหว วิธีการนี้มีแนวโน้มที่จะทำให้การสร้างอุปกรณ์ที่มีปฏิสัมพันธ์เป็นไปได้ รวมถึงมือกล ผลิตภัณฑ์ในบ้าน ของเล่น และระบบตรวจจับวัตถุ

X-Hinges เป็นโปรแกรมออกแบบที่พัฒนาโดยนักวิจัยจาก MIT และมหาวิทยาลัยเทียนจินในประเทศจีน ซึ่งสามารถทำให้วัตถุที่พิมพ์ 3D รับรู้การเคลื่อนไหวและตอบสนองต่อการมีปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์ เทคโนโลยีนี้จะรวมเซ็นเซอร์และช่องทางนำไฟฟ้าเข้าไปในวัตถุโดยตรงในกระบวนการผลิต ทำให้สามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวได้ในหลายแกน ระบบนี้ได้ปรับปรุงความท้าทายหลักในการผลิตวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ นั่นคือการรบกวนระหว่างสัญญาณไฟฟ้าที่สร้างโดยเซ็นเซอร์และช่องทางนำไฟฟ้า โดยการใช้วัสดุต่าง ๆ สำหรับส่วนประกอบเหล่านี้ X-Hinges จึงเพิ่มความแม่นยำในการรับรู้ และทำให้วัตถุสามารถจับการเคลื่อนไหวหลายประเภทได้ในเวลาเดียวกัน

แสดงต้นแบบเทคโนโลยีหลายรูปแบบ

นักวิจัยได้แสดงเทคโนโลยีนี้ผ่านต้นแบบหลายรายการ รวมถึงถุงมือที่สามารถถ่ายโอนการเคลื่อนไหวของมือมนุษย์ไปยังมือกล ไฟที่ปรับตัวได้ซึ่งสามารถตอบสนองต่อการสัมผัส และอุปกรณ์ที่สามารถระบุวัตถุโดยใช้ข้อมูลจากสัมผัส เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ เช่น การโค้งงอหรือการบีบอัด และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ช่องทางนำไฟฟ้าจะส่งสัญญาณเหล่านี้ไปยังส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ประมวลผลข้อมูล หากสองส่วนประกอบใช้วัสดุนำไฟฟ้าเดียวกัน การตอบสนองทางไฟฟ้าอาจทำให้แยกแยะได้ยาก การรบกวนนี้จะลดความแม่นยำในการรับรู้ ทำให้ยากต่อการระบุการเคลื่อนไหวในพื้นที่เฉพาะ

X-Hinges แก้ไขปัญหานี้โดยการรวมวัสดุที่แตกต่างกันสองชนิดเข้าไปในดีไซน์โดยอัตโนมัติ วัสดุหนึ่งใช้สำหรับเซ็นเซอร์และถูกเลือกเพื่อสร้างสัญญาณที่แข็งแกร่ง ขณะที่อีกวัสดุหนึ่งใช้ในการสร้างช่องทางนำไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อลดการรบกวน การแยกนี้ช่วยให้ระบบสามารถแยกการอ่านค่าจากเซ็นเซอร์ได้อย่างเชื่อถือได้มากขึ้น ทำให้วัตถุสามารถตอบสนองต่อการป้อนข้อมูลจากมนุษย์ได้แบบเรียลไทม์ โปรแกรมนี้ยังมีอินเทอร์เฟซสำหรับการสร้างวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ โดยการเลือกและเชื่อมต่อรูปทรง รวมถึงการกำหนดการเคลื่อนไหวของส่วนประกอบ ผู้ใช้สามารถเลือกทรงกระบอก รูปสี่เหลี่ยม รูปทรงขอบบาง หรือรูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดเอง และระบุแกนการเคลื่อนไหวได้สูงสุดสามแกน

ตัวอย่างเช่น มือกลอาจต้องการให้ปลายนิ้วเคลื่อนไหวขึ้นลงและไปด้านข้าง X-Hinges สามารถฝังเซ็นเซอร์ที่ข้อต่อเพื่อจับการเคลื่อนไหวตามสองแกน โดยให้ข้อมูลเพื่อช่วยให้มือกลอีกข้างหนึ่งสามารถทำซ้ำการเคลื่อนไหวของผู้ใช้

นักวิจัยใช้ X-Hinges พัฒนาถุงมือที่สามารถบันทึกการโค้งงอของข้อนิ้วของผู้ใช้และส่งข้อมูลการเคลื่อนไหวไปยังมือกล ถุงมือนี้ออกแบบมาให้เหมาะกับรูปแบบมือที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจช่วยให้หุ่นยนต์เรียนรู้การเคลื่อนไหวในการจับจากการสาธิตของมนุษย์ โดยมีการใช้งานที่เป็นไปได้ในโรงงานและในบ้าน อีกต้นแบบหนึ่งคือไฟที่พับได้ ซึ่งสามารถตรวจจับได้เมื่อมีคนบีบและปรับความสว่างตามความจำเป็น ทีมงานยังสร้างอุปกรณ์สัมผัสที่สามารถระบุวัตถุตามข้อมูลจากเซ็นเซอร์ที่วางอยู่บนวัตถุ เช่น กล้วย

ความท้าทายในการปรับเทียบที่ต้องเผชิญ

อุปกรณ์ควบคุมวิดีโอเกมที่มีรูปร่างเหมือนปลาฉลามการ์ตูนได้แสดงถึงความสามารถในการออกแบบที่ปรับแต่งได้ของซอฟต์แวร์ นักวิจัยได้กำหนดให้หางของมันเคลื่อนไหวขึ้นและลง ทำให้สามารถทำงานคล้ายกับจอยสติ๊ก แม้ว่าจะมีความสามารถเหล่านี้ X-Hinges ยังคงเผชิญกับความท้าทายในการปรับเทียบ ในกระบวนการพิมพ์ 3D การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในการจัดเรียงของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อาจทำให้วัตถุที่มีลักษณะเหมือนกันให้การอ่านค่าจากเซ็นเซอร์ที่แตกต่างกัน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยได้พัฒนาระบบการมองเห็นด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อปรับเทียบการส่งออกของเซ็นเซอร์ใหม่ เพื่อเพิ่มความสอดคล้องระหว่างอุปกรณ์ พวกเขาหวังว่าจะพัฒนากลไกการปรับเทียบที่รวมเข้าด้วยกันในเวอร์ชันในอนาคต

การศึกษานี้สร้างขึ้นจากความพยายามก่อนหน้านี้ในการสร้างโครงสร้างที่สามารถเคลื่อนไหวได้จากการพิมพ์ 3D เป้าหมายระยะยาวของทีมคือการรวมการรับรู้และการดำเนินการเข้าด้วยกันในกระบวนการพิมพ์เดียว ทำให้วัตถุสามารถรับรู้การมีปฏิสัมพันธ์และดำเนินการทางกายภาพได้ในเวลาเดียวกัน

ศักยภาพของ X-Hinges ในอุปกรณ์ที่มีปฏิสัมพันธ์

การพัฒนาซอฟต์แวร์ X-Hinges ถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ที่สามารถรวมความสามารถในการรับรู้เข้าไปในวัตถุ ซึ่งมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่ออุปกรณ์ที่มีปฏิสัมพันธ์ในอนาคต โดยการแก้ไขปัญหาการรบกวนระหว่างเซ็นเซอร์และช่องทางนำไฟฟ้า นักวิจัยได้เปิดโอกาสสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงมือกลและผลิตภัณฑ์อัจฉริยะในบ้าน เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่สามารถเพิ่มความแม่นยำในการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์และเครื่องจักร แต่ยังสามารถส่งเสริมการเรียนรู้และการปรับตัวของหุ่นยนต์ต่อพฤติกรรมของมนุษย์ ซึ่งจะช่วยผลักดันกระบวนการอัตโนมัติและความฉลาดมากขึ้นต่อไป