Malgré les progrès de l’impression 3D, la fabrication de composants électroniques reste un défi. La fabrication de pièces qui incorporeraient des capteurs, des puces et des étiquettes par exemple, exige de l’ingénieur qu’il conçoive les pièces séparément, ce qui rend difficile la création de composants où les fonctions ajoutées sont facilement intégrées à la forme.
Pour résoudre ce problème, le laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL) a imaginé un environnement de conception 3D appelé MorphSensor. Ce dernier permettrait aux utilisateurs d’itérer la forme et la fonction électronique d’un objet dans un espace cohésif, afin d’ajouter des capteurs existants à des prototypes en phase initiale.
« MorphSensor s’inscrit dans ma vision à long terme de ce qu’on appelle le « prototypage rapide de fonctions », avec l’objectif de créer des objets interactifs dont les fonctions sont directement intégrées à la forme et fabriquées en une seule fois, même pour des utilisateurs non experts », explique Junyi Zhu, doctorante au CSAIL et auteur principal d’un nouvel article sur le projet. « Cela offre la promesse que, lors du prototypage, la forme de l’objet pourrait suivre sa fonction désignée, et la fonction pourrait s’adapter à sa forme physique ».
MorphSensor en action
Imaginez que vous puissiez avoir votre propre laboratoire de conception où, au lieu de devoir acheter de nouveaux articles, vous pourriez mettre à jour vos propres articles de manière rentable en utilisant un seul système pour la conception et le matériel.
Par exemple, disons que vous voulez mettre à jour votre masque facial pour surveiller la qualité de l’air ambiant. Avec MorphSensor, les utilisateurs commenceraient par concevoir ou importer le modèle 3D du masque facial et les modules de capteurs à partir de la base de données de MorphSensor ou de fichiers en ligne de source ouverte. Le système génère ensuite un modèle 3D avec des composants électroniques individuels (avec des fils d’air connectés entre eux) et un code couleur pour mettre en évidence les composants actifs de détection.
Les concepteurs peuvent ensuite faire glisser et déposer les composants électroniques directement sur le masque facial, et les faire tourner en fonction des besoins de la conception. Enfin, les utilisateurs dessinent des fils physiques sur le dessin à l’endroit où ils veulent qu’ils apparaissent, en utilisant les indications du système pour connecter le circuit.
Une fois satisfait de la conception, le « capteur morpho » peut être rapidement fabriqué à l’aide d’une imprimante à jet d’encre et d’un ruban conducteur, afin qu’il puisse être collé à l’objet. Les utilisateurs peuvent également sous-traiter la conception à une entreprise de fabrication professionnelle.
Pour tester leur système, l’équipe a utilisé des oreillettes pour le suivi du sommeil, dont la conception et la fabrication n’ont pris que 45 minutes. Ils ont également mis à jour un anneau « météo » pour fournir des conseils sur la météo, en intégrant un capteur de température à la géométrie de l’anneau. En outre, ils ont manipulé un masque N95 pour surveiller la contamination de son substrat, ce qui lui permet d’alerter son utilisateur lorsque le masque doit être remplacé.
Dans sa forme actuelle, le MorphSensor aide les concepteurs à maintenir la connectivité du circuit à tout moment, en mettant en évidence les composants qui contribuent à la détection réelle. Cependant, l’équipe note qu’il serait bénéfique d’étendre encore cet ensemble d’outils de support, où les futures versions pourraient potentiellement fusionner la logique électrique de plusieurs modules de capteurs ensemble pour éliminer les composants et circuits redondants et économiser de l’espace (ou préserver la forme de l’objet).
Zhu a rédigé cet article aux côtés de Yunyi Zhu, étudiant diplômé du MIT, de Jiaming Cui, Leon Cheng, Jackson Snowden et Mark Chounlakone, étudiants de premier cycle, de Michael Wessely, post-doctorant, et du professeur Stefanie Mueller. L’équipe présentera virtuellement son article lors du symposium sur les logiciels et les technologies d’interface utilisateur de l’ACM.
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