使用3D打印塑料組件來取代模擬電子電路

來源：OFweek

據(jù)了解，美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)(CMU)人機(jī)互動(dòng)研究所(HCI)攜手Disney Research展開一項(xiàng)“聲學(xué)儀器”(Acoustrument)合作計(jì)劃，研究人員們利用低成本的3D打印塑料組件取代復(fù)雜的模擬電子電路，為智能手機(jī)打造出以聲學(xué)驅(qū)動(dòng)的多款創(chuàng)新外掛配件，如擴(kuò)充埠以及其他有趣的擴(kuò)充設(shè)備。

針對(duì)所謂的“應(yīng)用程序”(App)玩具或以智能手機(jī)App驅(qū)動(dòng)的玩具外圍市場(chǎng)，目前正歷經(jīng)蓬勃的發(fā)展態(tài)勢(shì)。事實(shí)上，這是成長(zhǎng)最快速的技術(shù)領(lǐng)域之一，根據(jù)Market Watch.com預(yù)期，這一市場(chǎng)將在2015年及其后帶來數(shù)十億美元的銷售規(guī)模，并緊密聯(lián)系兩個(gè)數(shù)十億美元規(guī)模的玩具與移動(dòng)App產(chǎn)業(yè)。

如今，即使是最不起眼的智能手機(jī)擴(kuò)充組件也搭載了電子電路與控制旋鈕，用于啟動(dòng)電路以及傳送控制訊號(hào)至與其對(duì)接的手機(jī)。但根據(jù)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)博士候選人Gierad Laput表示，這些配件其實(shí)可以利用更簡(jiǎn)單便宜的方式制造出來，不一定要搭載電子電路，就能實(shí)現(xiàn)同樣的功能效果。Gierad Laput目前正在該校人機(jī)互動(dòng)研究所展開一項(xiàng)新型接口的調(diào)查研究。

如同大多數(shù)的App玩具，Laput看上的是智能手機(jī)的運(yùn)算能力以及豐富的顯示接口，可用于進(jìn)行大部份的工作，而他實(shí)際打造的用戶接口擴(kuò)展功能則內(nèi)建于一些旋鈕、滑桿或其他任何線性傳感器等無任何電子電路的設(shè)備外形中。Laput利用智能手機(jī)的揚(yáng)聲器作為超音波的模擬訊號(hào)來源，并以能夠被動(dòng)地與聲波互動(dòng)的低廉塑料結(jié)構(gòu)作為用戶接口。

手機(jī)的麥克風(fēng)接收經(jīng)調(diào)變的超音波，并將這些變化解讀為用戶輸入。目前，研究人員們?cè)?6.50-22.05kHz中利用100ms的線性掃描，但在一篇名為《聲學(xué)儀器：為手持式設(shè)備實(shí)現(xiàn)被動(dòng)、聲學(xué)驅(qū)動(dòng)的互動(dòng)控制》(Acoustruments：Passive，Acoustically-Driven，Interactive Controlsfor Handheld Devices)的論文中，他指出，為了提高分辨率，隨著手持設(shè)備的取樣率越來越高，掃描速率與頻率范圍也應(yīng)該大幅增加。

“聲學(xué)儀器”這個(gè)字源于聲學(xué)(acoustic)與儀器(instrument)的結(jié)合，是指可附加在智能手機(jī)周圍的小型儀器擴(kuò)充組件，以類似于音樂家演奏管樂產(chǎn)生共鳴(共振腔)的方式(按壓孔塞或笛孔)調(diào)變聲波。

在這篇文章中，研究人員描述如何設(shè)計(jì)出一些可沿著“揚(yáng)聲器—麥克風(fēng)”路徑放置的結(jié)構(gòu)元素，從而改變聲學(xué)輸出特性。這一過程塑造出各種不同的實(shí)體機(jī)制，包括小型管徑、可變形共振腔、提供多種選擇音頻路徑的旋鈕，以及更實(shí)際的將這些機(jī)制全部轉(zhuǎn)換成各種不同的功能，例如旋鈕、滑桿、近接與壓力傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器或甚至是傾斜傳感器。

這可為低廉的塑料無電子App玩具擴(kuò)展許多新應(yīng)用范圍，使其得以提供更豐富、有形且互動(dòng)的功能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，這種聲學(xué)儀器能夠達(dá)到99%的準(zhǔn)確度，不但只需要一點(diǎn)點(diǎn)的練習(xí)或訓(xùn)練即可，而且它又十分抗噪聲。為了證實(shí)這個(gè)概念，研究人員們還制作出一個(gè)采用軟質(zhì)氣道打造的iPhone手機(jī)外殼，能夠辨識(shí)設(shè)備本身被放置在桌上、手中或是用于拍照等位置或狀態(tài)。

研究人員們還建構(gòu)了一個(gè)有趣的鬧鐘，能夠透過開關(guān)啟動(dòng)鬧鈴，以及在按壓較大按鈕時(shí)啟動(dòng)貪睡功能。此外，研究人員還為另一款有趣的應(yīng)用開發(fā)出可附加在手機(jī)上的玩具車，當(dāng)車輪開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)立即驅(qū)動(dòng)一場(chǎng)賽車游戲。