電子デバイスのより柔軟で迅速なプロトタイピングを目指して

Jul 16, 2023

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新入社員、体操選手、または曲がりやすいストローの製造業者であっても、全般的に理想的な特性が 1 つあります。それは柔軟性です。電子デバイスのプロトタイピングについても同じことが言えます。 設計者は通常、「ブレッドボード」、つまり電子コンポーネントをまとめる薄いプラスチック板上でデザインをテストしますが、多くの場合、それらは硬くて時間がかかります。 これらの電子バックボーンの剛性を念頭に置いて、MIT の研究者は、ボールや衣服などの曲面で変形可能な表面上に、インタラクティブなセンサー、アクチュエーター、ディスプレイを備えたオブジェクトの迅速なプロトタイピングを可能にする柔軟なブレッドボードである「FlexBoard」を開発しました。

さまざまなアイテムでのプラットフォームの多用途性を説明するために、研究者らはケトルベル、ビデオゲームコントローラー、手袋でプラットフォームをテストし、センサーとディスプレイを各ヒンジ内の電子コンポーネントに取り付けることができることを発見しました。 チームはケトルベルにセンサーと LED を追加し、ユーザーがスイング トレーニングに正しいフォームを適用しているかどうかを検出することに成功しました。 次に、ディスプレイには、正しく実行されなかった場合は赤、正しく実行された場合は緑と、繰り返し回数が表示されました。 将来的には、プラットフォームがそのフィードバックを提供することでフィットネス ルーチンを改善できる可能性があります。

ブレッドボードのデザインは、柔軟性を高めるために同じ素材の 2 つの部分を接続する薄いプラスチックで構成されています。 この「リビング ヒンジ パターン」は、FlexBoard の電子コンポーネントをまとめている調味料ボトルのキャップやプラスチック ディスク ケースの背に見られます。 このデザインは、既製の 3D プリンタで複製でき、アイテムに縫い付けたり、エポキシ接着剤やベルクロ テープを使用して取り付けたりできる FlexBoard を製造できます。

この便利な設計により、より迅速にカスタマイズ可能なインターフェースへの扉が開かれます。 「私たちの現代世界における基本的な発展は、いつでもどこでもデジタル コンテンツと対話できることです。これは、ユビキタスな対話型デバイスによって可能になります」と、MIT コンピューター科学・人工知能研究所 (CSAIL) の最近の博士研究員である研究著者のマイケル・ウェセリー氏は述べています。彼は現在、オーフス大学の助教授を務めています。 「FlexBoard は、多用途かつ迅速なインタラクション プロトタイピング プラットフォームとして、これらのデバイスの設計をサポートします。また、当社のプラットフォームにより、設計者はセンサー、ディスプレイ、その他のインタラクティブ コンポーネントのさまざまな構成を迅速にテストできます。これにより、製品開発サイクルが短縮され、より多くのユーザーが使用できるようになります。」フレンドリーで親しみやすいデザイン。」

FlexBoard は、コントローラーやグローブを通じて仮想現実ゲームを強化することもできます。 チームはコントローラーに衝突警告システムを設置し、VR ヘッドセットを装着しているプレイヤーが周囲にぶつかる危険がある場合に警告を発しました。 センサーとモーターが変形可能なグローブに追加され、ジェスチャーを捕捉し、プレイヤーのゲーム内インタラクションに影響を与えました。

各ブレッドボードは再利用可能で粘着性があるため、テストされたプロトタイプに完全に取り付けられたままで、上向きと下向きの両方の方向への繰り返しの曲げに耐えることができます。 Wessely とチームは、FlexBoard を 1,000 回曲げて耐久性を評価し、ブレッドボードがその後も壊れることなく完全に機能し続けたことに注目しました。 この双方向の柔軟性により、プラットフォームは湾曲したデザインのアイテムに取り付けることができるため、新しい電子アイテムを作成するためにさまざまなハードウェアを実験するメーカーにとって、FlexBoard は便利なプロトタイピング プラットフォームになります。

ユーザーは、長いブレッドボード ストリップを小さなアイテム用に小さなセグメントに切断したり、大きなオブジェクトのプロトタイプにいくつかを取り付けたりすることができます。 たとえば、複数の FlexBoard をテニス ラケットに巻き付けて、ボレーの速度を読み取る際のセンサーの検出範囲を拡大できます。

さまざまな表面に対するプラットフォームの適応性により、電子プロトタイピング プロセスを合理化できます。 「新しいインタラクティブ デバイス、ユーザー インターフェイス、またはほとんどの電子製品を設計するとき、私たちは通常、オブジェクトの形状と電子機能を 2 つの別個のタスクとして扱います。そのため、初期段階で使用環境でプロトタイプをテストすることが困難になり、次のような問題が発生する可能性があります。統合の問題はさらに先の話になります」と、MIT の電気工学およびコンピュータ サイエンスの博士課程の学生であり、CSAIL 所属の Junyi Zhu 氏は付け加えます。 「FlexBoard は、強化された再利用可能なフレキシブル ブレッドボードでこれらの問題に取り組みます。これにより、現在のインタラクティブ デバイス プロトタイピング パイプラインが加速され、低電力エレクトロニクス設計と DIY (日曜大工) コミュニティに新しく価値のあるプロトタイピング プラットフォームが提供されます。」

将来的には、FlexBoard によってトレーニング器具、キッチンツール、家具、その他の家庭用品がよりインタラクティブになる可能性があります。 それでもチームは、プラットフォームをさらに最適化する必要があり、マルチマテリアル印刷による曲げ性、耐久性、強度の向上が必要であることを認めています。 さらに、各ブレッドボードは既製の 3D 製造機である FDM プリンタ用に設計されているため、長さが制限され、FlexBoard の印刷時間が長くなります。 端子台も手作業で組み立てる必要があり、曲げ可能なオブジェクトのプロトタイピングが困難になります。

「多くの研究者が多様な材料特性を研究している中、なぜブレッドボードが硬いままなのか疑問に思いました」と、この論文のもう一人の著者であり、元MIT客員博士課程学生で韓国科学技術院のドンヒョン・コ氏は言う。 「私たちは、形状が変化するインターフェイスを開発しながら、日常のオブジェクトを『ブレッドボード対応』にしたいと考えていました。」

ウェシーリー氏、チュー氏、コー氏は、CSAIL提携者でMITの電気工学部、コンピュータサイエンス学部、機械工学部の准教授であるステファニー・ミューラー氏、芸術工科大学の助教授であるユンジ・キム氏とともに、この研究に関する論文を執筆した。中央大学にて。 同チームの研究は、韓国政府、韓国教育省、韓国国立研究財団が資金提供する韓国国立研究財団（NRF）助成金によって支援された。

FlexBoard は、4 月に開催された 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems で発表されました。

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