麻省理工研究人員通過3D打印設(shè)計(jì)出基于視角變化的三維結(jié)構(gòu)

導(dǎo)讀：麻省理工學(xué)院(MIT) 的研究人員開發(fā)了一種 3D 打印物體的新方法，該方法可以根據(jù)觀察的角度改變其外觀。

該方法為具有變形圖像的“可編程對象”鋪平了道路，此前這種視覺特征在很大程度上僅限于平面 2D 表面。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的工作可以徹底改變?nèi)藗冊O(shè)計(jì)產(chǎn)品外觀的方式，借助該方法 3D 打印對象可能包含數(shù)百種不同的顏色和圖案，具體取決于人們觀察的方向。

“我們的工作開啟了物理對象可以是什么的想法，”麻省理工學(xué)院研究生、該論文的共同第一作者朱云一說?！斑@是制作動態(tài)物體的更大愿景的一部分，這些物體可以改變它們的外觀、顏色圖案和形狀。我們解決外觀問題，這是可重編程對象概念的一個(gè)維度。”

△具有五種不同顏色組合的 3D 打印 AirPod 外殼。照片來自麻省理工學(xué)院。

那么它是怎樣工作的？這個(gè)想法的新穎之處在于它使用了 3D 打印的雙凸透鏡，這是一種微小的透鏡，可以放大它們放置在上面的材料的顏色。根據(jù)觀察的角度，柱狀透鏡可以衍射并投射它們所覆蓋的圖像或圖案的不同區(qū)域。麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)設(shè)法在設(shè)計(jì)小單元的表面上安裝了六個(gè)這樣的鏡片。通過 3D 打印鏡片（以及鏡片下方的彎曲、圖案化表面），可以創(chuàng)建一個(gè)完整的 3D 透鏡顯示器，該顯示器共同顯示根據(jù)視點(diǎn)而變化的圖像。

據(jù)朱說，該項(xiàng)目最大的挑戰(zhàn)是微調(diào)印刷鏡片的尺寸。較小的鏡頭提供更好的分辨率，但也往往有更多的缺陷，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。該團(tuán)隊(duì)最終確定了 3mm 的鏡頭直徑。

△一個(gè)帶有 3D 打印表面的壺鈴，告訴用戶如何正確握住它。圖片來自麻省理工學(xué)院

為了補(bǔ)充 3D 打印技術(shù)，麻省理工學(xué)院的研究人員還開發(fā)了一款免費(fèi)的編輯軟件，允許用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)建自己的透鏡對象。要使用該工具，用戶只需上傳 3D 模型和對象表面所需的圖案或圖像。然后，軟件會自動計(jì)算將達(dá)到預(yù)期結(jié)果的鏡片位置和圖案。零件、圖像和鏡頭都可以一次完成 3D 打印。

為了演示透鏡 3D 打印方法，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)打印了許多原型。這包括一個(gè)向用戶展示他們是否正確握住它的運(yùn)動壺鈴、一個(gè)根據(jù)視角顯示“Good Day”或“Good Night”的床頭燈罩、一個(gè)閃爍的 AirPod 外殼和一個(gè)顯示專門給佩戴者的友好信息。

多年來，麻省理工學(xué)院非凡的頭腦一直是多項(xiàng) 3D 打印創(chuàng)新的源泉。就在本月，該大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種使用 3D 打印技術(shù)將信息隱形嵌入物理對象的新方法。這個(gè)概念被命名為“InfraredTags”，它是關(guān)于在 3D 打印部件的內(nèi)部嵌入紅外可讀條形碼和二維碼。這些標(biāo)簽僅對專用紅外傳感器可見，設(shè)計(jì)為肉眼不可見。

麻省理工學(xué)院的研究人員還開發(fā)了一種可以感知用戶交互的 3D 打印對象方法。新穎之處在于這些物體是由單塊材料（或更準(zhǔn)確地說是超材料）3D打印的，電極傳感器集成到材料結(jié)構(gòu)本身中。因此，印刷結(jié)構(gòu)能夠檢測各種狀態(tài)變化，包括施加的力和旋轉(zhuǎn)。