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

導讀：麻省理工學院(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。該團隊認為，他們的工作可以徹底改變?nèi)藗冊O計產(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，”麻省理工學院研究生、該論文的共同第一作者朱云一說。“這是制作動態(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院。

那么它是怎樣工作的？這個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。麻省理工學院的團隊設法在設計小單元的表面上安裝了六個這樣的鏡片。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)建一個完整的 3D 透鏡顯示器，該顯示器共同顯示根據(jù)視點而變化的圖像。

據(jù)朱說，該項目最大的挑戰(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，導致圖像質(zhì)量下降。該團隊最終確定了 3mm 的鏡頭直徑。

△一個帶有 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院

為了補充 3D 打印技術(shù)，麻省理工學院的研究人員還開發(fā)了一款免費的編輯軟件，允許用戶設計和構(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，軟件會自動計算將達到預期結(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，該團隊已經(jīng)打印了許多原型。這包括一個向用戶展示他們是否正確握住它的運動壺鈴、一個根據(jù)視角顯示“Good Day”或“Good Night”的床頭燈罩、一個閃爍的 AirPod 外殼和一個顯示專門給佩戴者的友好信息。

多年來，麻省理工學院非凡的頭腦一直是多項 3D 打印創(chuàng)新的源泉。就在本月，該大學的研究人員開發(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。這些標簽僅對專用紅外傳感器可見，設計為肉眼不可見。

麻省理工學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)。