String pendekatan pencetakan 3D bersama -sama objek dinamis untuk Anda | Berita MIT

Sulit untuk membangun perangkat yang mereplikasi cairan, gerakan manusia yang tepat, tetapi itu mungkin berubah jika kita bisa menarik beberapa string (literal).

Setidaknya, itulah ide di balik mekanisme “digerakkan kabel” di mana menjalankan string melalui objek menghasilkan gerakan yang ramping melintasi bagian yang berbeda objek. Ambil jari robot, misalnya: Anda bisa menanamkan kabel melalui telapak tangan ke ujung jari objek ini dan kemudian tarik untuk membuat gerakan keriting.

Sementara mekanisme yang digerakkan kabel dapat membuat gerakan waktu-nyata untuk membuat tikungan, putaran, atau lipat objek, mereka bisa rumit dan memakan waktu untuk dirakit dengan tangan. Untuk mengotomatiskan proses, para peneliti dari Ilmu Komputer MIT dan Laboratorium Kecerdasan Buatan (CSAIL) telah mengembangkan pendekatan pencetakan 3D all-in-one yang disebut “Xstrings. ” Alat desain bagian, metode fabrikasi bagian, XStrings dapat menyematkan semua bagian dan menghasilkan perangkat yang digerakkan kabel, menghemat waktu saat merakit robot bionik, membuat instalasi seni, atau mengerjakan desain mode dinamis.

Di sebuah kertas Untuk disajikan pada Konferensi 2025 tentang Faktor Manusia dalam Sistem Komputasi (CHI2025), para peneliti menggunakan Xstrings untuk mencetak berbagai benda berwarna -warni dan unik yang termasuk robot kadal berjalan merah, patung dinding ungu yang dapat dibuka dan tutup seperti ekor burung merak, sebuah tentakel putih yang mengitari barang -barang di sekitar barang -barang, dan claw putih yang bisa menjadi cakar putih yang bisa menjadi burung merak.

Untuk membuat mekanisme yang menarik ini, Xstrings memungkinkan pengguna untuk sepenuhnya menyesuaikan desain mereka dalam program perangkat lunak, mengirimkannya ke printer 3D multi-bahan untuk menghidupkan kreasi itu. Anda dapat secara otomatis mencetak semua bagian perangkat di lokasi yang diinginkan dalam satu langkah, termasuk kabel yang berjalan melaluinya dan sambungan yang memungkinkan gerakan yang dimaksudkan.

MIT CSail Postdoc dan penulis utama Jiaji Li mengatakan bahwa Xstrings dapat menghemat waktu dan energi insinyur, mengurangi 40 persen dari total waktu produksi dibandingkan dengan melakukan sesuatu secara manual. “Metode inovatif kami dapat membantu siapa pun merancang dan membuat produk yang digerakkan kabel dengan printer 3D bi-material desktop,” kata Li.

Twist baru pada fabrikasi yang digerakkan kabel

Untuk menggunakan program Xstrings, pengguna pertama -tama memasukkan desain dengan dimensi tertentu, seperti kubus persegi panjang yang dibagi menjadi potongan -potongan kecil dengan lubang di tengah masing -masing. Anda kemudian dapat memilih ke arah mana bagiannya bergerak dengan memilih berbagai “primitif:” membungkuk, melingkar (seperti pegas), memutar (seperti sekrup), atau mengompresi – dan sudut gerakan ini.

Untuk kreasi yang lebih rumit, pengguna dapat memasukkan banyak primitif untuk membuat kombinasi gerakan yang menarik. Jika Anda ingin membuat ular mainan, Anda bisa memasukkan beberapa tikungan untuk membuat kombo “seri”, di mana satu kabel menggerakkan urutan gerakan. Untuk membuat robot cakar, tim menanamkan beberapa kabel ke dalam kombinasi “paralel”, di mana beberapa string tertanam, untuk memungkinkan setiap jari menutup menjadi kepalan tangan.

Selain menyempurnakan cara mekanisme yang digerakkan kabel bergerak, Xstrings juga memfasilitasi bagaimana kabel diintegrasikan ke dalam objek. Pengguna dapat memilih dengan tepat bagaimana string diamankan, dalam hal di mana “jangkar” (titik akhir), “area berulir” (atau lubang di dalam struktur yang dilewati kabel), dan “titik terbuka” (tempat Anda menarik untuk mengoperasikan perangkat) berada. Dengan jari robot, misalnya, Anda dapat memilih jangkar untuk ditempatkan di ujung jari, dengan kabel berjalan melalui jari dan tag tarik yang terbuka di ujung lainnya.

Xstrings juga mendukung beragam desain gabungan dengan secara otomatis menempatkan komponen yang elastis, sesuai, atau mekanis. Ini memungkinkan kabel untuk berbelok sesuai kebutuhan saat melengkapi gerakan yang dimaksudkan perangkat.

Mengemudi desain unik di robotika, seni, dan seterusnya

Setelah pengguna mensimulasikan cetak biru digital mereka untuk item yang digerakkan kabel, mereka dapat menghidupkannya melalui fabrikasi. Xstrings dapat mengirim desain Anda ke printer 3D pemodelan deposisi yang menyatu, di mana plastik dilebur ke dalam nosel sebelum filamen dituangkan untuk membangun struktur di atas lapisan demi lapis.

Xstrings menggunakan teknik ini untuk meletakkan kabel secara horizontal dan membangun di sekitarnya. Untuk memastikan metode mereka akan berhasil mencetak mekanisme yang digerakkan kabel, para peneliti dengan cermat menguji bahan dan kondisi pencetakan mereka.

Sebagai contoh, para peneliti menemukan bahwa string mereka hanya pecah setelah ditarik ke atas dan ke bawah oleh perangkat mekanis lebih dari 60.000 kali. Dalam tes lain, tim menemukan bahwa pencetakan pada 260 derajat Celcius dengan kecepatan 10-20 milimeter per detik sangat ideal untuk memproduksi banyak item kreatif mereka.

“Perangkat lunak Xstrings dapat menghidupkan berbagai ide,” kata Li. Ini memungkinkan Anda untuk menghasilkan perangkat robot bionik seperti tangan manusia, meniru kemampuan mencekam kami sendiri.

Pendekatan tim menawarkan banyak fleksibilitas dan peningkatan kecepatan yang nyata untuk membuat objek yang digerakkan kabel. Ini menciptakan benda -benda yang kaku di luar, tetapi lembut dan fleksibel di bagian dalam; Di masa depan, mereka mungkin terlihat mengembangkan objek yang lembut secara eksternal tetapi kaku secara internal, seperti halnya kulit dan tulang manusia. Mereka juga mempertimbangkan untuk menggunakan kabel yang lebih tangguh, dan, bukan hanya mencetak string secara horizontal, menanamkan yang miring atau bahkan vertikal.

Li menulis makalah dengan mahasiswa master Universitas Zhejiang Shuyue Feng; Mahasiswa Master Universitas Tsinghua Yujia Liu; Asisten Profesor Universitas Zhejiang dan mantan peneliti MIT Media Lab mengunjungi Guanyun Wang; dan tiga anggota CSAIL: Maxine Perroni-Sccharf, seorang mahasiswa PhD MIT dalam Teknik Listrik dan Ilmu Komputer; Emily Guan, seorang peneliti tamu; dan penulis senior Stefanie Mueller, Profesor Associate Pengembangan Karir TIBCO di Departemen MIT Teknik Listrik dan Ilmu Komputer dan Teknik Mesin, dan pemimpin kelompok teknik HCI.

Penelitian ini didukung, sebagian, oleh beasiswa penelitian postdoctoral dari Universitas Zhejiang, dan program mit-gist.