I ricercatori del MIT hanno inventato un modo per integrare i "breadboard", piattaforme piatte ampiamente utilizzate per la prototipazione elettronica, direttamente sui prodotti fisici. L'obiettivo è quello di fornire un servizio più veloce, modo più semplice per testare le funzioni del circuito e le interazioni dell'utente con prodotti come dispositivi intelligenti ed elettronica flessibile.

Le breadboard sono tavole rettangolari con una serie di fori perforati nella superficie. Molti dei fori hanno connessioni metalliche e punti di contatto tra di loro. Gli ingegneri possono collegare componenti di sistemi elettronici, dai circuiti di base ai processori di computer completi, nei fori di spillo in cui vogliono che si connettano. Quindi, possono testare rapidamente, riorganizzare, e testare nuovamente i componenti secondo necessità.

Ma le breadboard sono rimaste la stessa forma per decenni. Per tale motivo, è difficile testare come apparirà e si sentirà l'elettronica, dire, indossabili e vari dispositivi intelligenti. In genere, le persone testeranno prima i circuiti su breadboard tradizionali, quindi schiaffeggiarli su un prototipo di prodotto. Se è necessario modificare il circuito, è tornato alla breadboard per i test, e così via.

In un documento presentato al CHI (Conference on Human Factors in Computing Systems), i ricercatori descrivono "CurveBoards, " Oggetti stampati in 3D con la struttura e la funzione di una breadboard integrata sulle loro superfici. Il software personalizzato progetta automaticamente gli oggetti, completo di fori distribuiti che possono essere riempiti con silicone conduttivo per testare l'elettronica. I prodotti finali sono rappresentazioni accurate della cosa reale, ma con superfici breadboard.

CurveBoards "preserva l'aspetto e la sensazione di un oggetto, " scrivono i ricercatori nel loro articolo, consentendo al contempo ai progettisti di provare le configurazioni dei componenti e di testare scenari interattivi durante le iterazioni di prototipazione. Nel loro lavoro, i ricercatori hanno stampato CurveBoards per bracciali e orologi intelligenti, frisbee, caschi, cuffie, una teiera, e flessibile, e-reader indossabile.

"Sulle breadboard, prototipi la funzione di un circuito. Ma non hai il contesto della sua forma:come l'elettronica verrà utilizzata in un ambiente prototipo del mondo reale, " dice il primo autore Junyi Zhu, uno studente laureato nel Laboratorio di Informatica e Intelligenza Artificiale (CSAIL). "La nostra idea è di colmare questa lacuna, e unire test di forma e funzione nella fase iniziale della prototipazione di un oggetto. … CurveBoards essenzialmente aggiungono un asse aggiuntivo agli assi XYZ [tridimensionali] esistenti dell'oggetto:l'asse 'funzione'."

Software e hardware personalizzati

Un componente fondamentale di CurveBoard è un software di modifica del design personalizzato. Gli utenti importano un modello 3D di un oggetto. Quindi, selezionano il comando "genera pinholes, " e il software mappa automaticamente tutti i pinhole in modo uniforme in tutto l'oggetto. Gli utenti quindi scelgono layout automatici o manuali per i canali di connettività. L'opzione automatica consente agli utenti di esplorare un diverso layout di connessioni su tutti i pinhole con un clic di un pulsante. Per i layout manuali, strumenti interattivi possono essere utilizzati per selezionare gruppi di pinhole e indicare il tipo di connessione tra di loro. Il progetto finale viene esportato in un file per la stampa 3D.

Quando viene caricato un oggetto 3D, il software essenzialmente forza la sua forma in una "quadmesh", dove l'oggetto è rappresentato come un gruppo di piccoli quadrati, ciascuno con parametri individuali. Così facendo, crea una spaziatura fissa tra i quadrati. Pinholes, che sono coni, con l'estremità larga sulla superficie e rastremata verso il basso, verrà posizionato in ogni punto in cui gli angoli dei quadrati si toccano. Per i layout dei canali, alcune tecniche geometriche assicurano che i canali scelti collegheranno i componenti elettrici desiderati senza incrociarsi tra loro.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno stampato oggetti in 3D utilizzando un flessibile, durevole, silicone non conduttivo. Per fornire canali di connettività, hanno creato un silicone conduttivo personalizzato che può essere siringato nei fori e quindi fluire attraverso i canali dopo la stampa. Il silicone è una miscela di materiali siliconici progettati per avere una resistenza elettrica minima, permettendo a vari tipi di elettronica di funzionare.

Per convalidare i CurveBoard, i ricercatori hanno stampato una varietà di prodotti intelligenti. Cuffie, ad esempio, era dotato di controlli del menu per altoparlanti e funzionalità di streaming musicale. Un braccialetto interattivo includeva un display digitale, GUIDATO, e fotoresistenza per il monitoraggio della frequenza cardiaca, e un sensore contapassi. Una teiera includeva una piccola telecamera per monitorare il colore del tè, così come luci colorate sull'impugnatura per indicare le zone calde e fredde. Hanno anche stampato un lettore di e-book indossabile con un display flessibile.

Meglio, prototipazione più veloce

In uno studio sugli utenti, il team ha studiato i vantaggi della prototipazione CurveBoards. Hanno diviso sei partecipanti con diverse esperienze di prototipazione in due sezioni:una utilizzava breadboard tradizionali e un oggetto stampato in 3D, e l'altro usava solo un CurveBoard dell'oggetto. Entrambe le sezioni hanno progettato lo stesso prototipo ma sono passate da una sezione all'altra dopo aver completato le attività designate. Alla fine, cinque dei sei partecipanti hanno preferito la prototipazione con CurveBoard. Il feedback ha indicato che le CurveBoard erano complessivamente più veloci e più facili da usare.

Ma le CurveBoard non sono progettate per sostituire le breadboard, dicono i ricercatori. Anziché, funzionerebbero particolarmente bene come passaggio cosiddetto di "midfidelity" nella sequenza temporale della prototipazione, significato tra il test iniziale della breadboard e il prodotto finale. "La gente ama le breadboard, e ci sono casi in cui vanno bene da usare, " dice Zhu. "Questo è per quando hai un'idea dell'oggetto finale e vuoi vedere, dire, come le persone interagiscono con il prodotto. È più facile avere una CurveBoard invece di circuiti impilati sopra un oggetto fisico."

Prossimo, i ricercatori sperano di progettare modelli generali di oggetti comuni, come cappelli e bracciali. Proprio adesso, un nuovo CurveBoard deve essere costruito per ogni nuovo oggetto. Modelli già pronti, però, consentirebbe ai progettisti di sperimentare rapidamente i circuiti di base e l'interazione con l'utente, prima di progettare il loro CurveBoard specifico.

Inoltre, i ricercatori vogliono spostare alcune fasi iniziali della prototipazione interamente sul lato software. L'idea è che le persone possano progettare e testare circuiti, e possibilmente l'interazione dell'utente, interamente sul modello 3D generato dal software. Dopo molte iterazioni, possono stampare in 3D un CurveBoard più finalizzato. "In questo modo saprai esattamente come funzionerà nel mondo reale, consentendo la prototipazione rapida, " Dice Zhu. "Sarebbe un passo più 'ad alta fedeltà' per la prototipazione".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.