麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室和天津大学的研究人员开发出X-Hinges，这是一款设计工具，能帮助用户3D打印出带有内置感知功能、且运动跟踪更精确的物体。研究团队希望借此让日常用品更具交互性：通过在打印过程中嵌入不同材料作为传感器和导线样结构，减少干扰，使打印物体能够在不止一个方向上感知运动。
关键事实
- X-Hinges会自动嵌入两种不同材料：一种用于传感器，另一种用于导线样结构。
- 该软件支持最多三种运动轴：压缩、上下移动和左右移动。
- 研究人员用这款工具制作了一只手套，可教机器人抓取积木。
- 他们还做出一盏折纸风格的灯，合拢按压时亮度会变化。
- 这项工作计划在11月初于ACM用户界面软件与技术研讨会上展示。
X-Hinges对学生和研究人员意味着什么？
对于从事机器人、人机交互和数字制造的学生与研究人员来说，X-Hinges提供了一种在3D打印过程中同步加入感知能力的方法。它面向的，是那些希望让设备在打印完成后就能实时响应，而不是依赖后处理或外挂传感器的创作者。
这项研究尤其适合需要从可变形物体中获取准确运动数据的项目。团队表示，软件可以在同一件物体中支持不同方向的动作，并把传感器放在物体弯折的位置，例如关节处。这对机器人抓握手套这类应用尤其重要，因为手指动作必须被快速、可靠地传递给另一台设备。
研究人员也指出一个现实限制：校准。由于每个打印件都会有细微差异，看起来相同的两件设备可能产生不同的传感读数。为此，团队开发了一个计算机视觉系统，用来重新校准输出，使相同设备之间的数据保持一致。
X-Hinges是如何工作的？
X-Hinges允许用户先选择并连接不同形状，再设定各部分如何运动。软件随后会以一种方式嵌入导电材料，尽量把传感信号和导线信号分开，研究人员表示，这有助于避免让设备难以解读的干扰。
该工具支持自定义形状，以及圆柱、矩形和细轮廓三种选项。设计者还可以指定三个轴向的运动方式，这与以往常只支持单一方向的做法不同。在研究人员展示的例子中，这种灵活性帮助他们做出了一个卡通鲨鱼造型的控制器，以及一盏可对用户捏合动作作出反应的灯。
为什么信号干扰会成为问题？
因为传感器和导线样结构过去常由相同材料制成，二者发出的信号会过于相似，难以清晰区分。研究人员把这个问题比作同时听到两家电台的广播。放到实际应用中，这会妨碍系统准确判断人是如何移动或握住物体的。
通过把传感和布线功能交给不同材料，X-Hinges旨在保留更强的传感信号，并提升设备读取运动的能力。这使它适合用于需要对触摸、弯曲或放置在其上的物体作出准确响应的场景。
研究人员做出了哪些设备？
借助X-Hinges，团队制作了多个原型，展示了这项技术的用途范围。其中一只手套能记录手指关节的弯曲并把信息发送给类人手，从而教机器人抓取积木。另一个例子是一盏小灯，它能感知自己被捏合闭合，并据此调节亮度。
研究人员还用这套软件做出一个能够识别放在其上的物体的系统。按照论文中的示例，一个香蕉可以几乎立刻根据触觉数据被识别出来。团队表示，这类物体识别系统有望用于机场和杂货店等场景。
这项技术的下一步是什么？
研究人员表示，他们希望把执行和感知结合进同一次3D打印中，而不是在物体完成后再添加感知功能。这将延伸此前关于打印腱驱动机构的工作，并有望支持新的具身智能平台。
目前，最大的挑战是让同一物体的打印副本之间校准更顺畅。现有系统使用计算机视觉来对齐输出，研究人员希望未来能把信号重新校准机制直接纳入设计流程。
