Des chercheurs du MIT ont inventé un moyen d'intégrer des « planches à pain » – des plates-formes plates largement utilisées pour le prototypage électronique – directement sur des produits physiques. L'objectif est de fournir un service plus rapide, un moyen plus simple de tester les fonctions des circuits et les interactions des utilisateurs avec des produits tels que les appareils intelligents et l'électronique flexible.

Les planches à pain sont des planches rectangulaires avec des réseaux de trous d'épingle percés dans la surface. De nombreux trous ont des connexions métalliques et des points de contact entre eux. Les ingénieurs peuvent brancher des composants de systèmes électroniques, des circuits de base aux processeurs informatiques complets, dans les trous d'épingle où ils souhaitent qu'ils se connectent. Puis, ils peuvent tester rapidement, réarranger, et retestez les composants au besoin.

Mais les planches à pain ont conservé la même forme pendant des décennies. Pour cette raison, il est difficile de tester à quoi ressemblera l'électronique, dire, wearables et divers appareils intelligents. Généralement, les gens vont d'abord tester des circuits sur des maquettes traditionnelles, puis appliquez-les sur un prototype de produit. Si le circuit doit être modifié, c'est de retour à la planche à pain pour les tests, etc.

Dans un article présenté au CHI (Conférence sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques), les chercheurs décrivent "CurveBoards, " Objets imprimés en 3D avec la structure et la fonction d'une maquette intégrée à leurs surfaces. Un logiciel personnalisé conçoit automatiquement les objets, complet avec des trous d'épingle distribués qui peuvent être remplis de silicone conducteur pour tester l'électronique. Les produits finaux sont des représentations précises de la réalité, mais avec des surfaces de planche à pain.

Les CurveBoards "préservent l'aspect et la convivialité d'un objet, " écrivent les chercheurs dans leur article, tout en permettant aux concepteurs d'essayer des configurations de composants et de tester des scénarios interactifs lors des itérations de prototypage. Dans leur travail, les chercheurs ont imprimé des CurveBoards pour les bracelets et montres intelligents, Frisbees, casques, écouteurs, une théière, et une souplesse, liseuse portable.

"Sur les planches à pain, vous prototypez la fonction d'un circuit. Mais vous n'avez pas le contexte de sa forme - comment l'électronique sera utilisée dans un environnement prototype du monde réel, " dit le premier auteur Junyi Zhu, un étudiant diplômé du Laboratoire d'Informatique et d'Intelligence Artificielle (CSAIL). "Notre idée est de combler cette lacune, et fusionner les tests de forme et de fonction au tout début du prototypage d'un objet. … Les CurveBoards ajoutent essentiellement un axe supplémentaire aux axes XYZ [tridimensionnels] existants de l'objet - l'axe « fonction ».

Logiciel et matériel personnalisés

Un composant de base de CurveBoard est un logiciel d'édition de conception personnalisé. Les utilisateurs importent un modèle 3D d'un objet. Puis, ils sélectionnent la commande "générer des trous d'épingle, " et le logiciel mappe automatiquement tous les trous d'épingle uniformément sur l'objet. Les utilisateurs choisissent ensuite des dispositions automatiques ou manuelles pour les canaux de connectivité. L'option automatique permet aux utilisateurs d'explorer une disposition différente des connexions à travers tous les trous d'épingle en cliquant sur un bouton. Pour les dispositions manuelles, des outils interactifs peuvent être utilisés pour sélectionner des groupes de trous d'épingle et indiquer le type de connexion entre eux. La conception finale est exportée vers un fichier pour l'impression 3D.

Lorsqu'un objet 3D est téléchargé, le logiciel force essentiellement sa forme dans un "quadmesh" - où l'objet est représenté comme un tas de petits carrés, chacun avec des paramètres individuels. Ce faisant, il crée un espacement fixe entre les carrés. Les trous d'épingle, qui sont des cônes, avec l'extrémité large sur la surface et effilée vers le bas - sera placé à chaque point où les coins des carrés se touchent. Pour les dispositions de canaux, certaines techniques géométriques garantissent que les canaux choisis connecteront les composants électriques souhaités sans se croiser.

Dans leur travail, les chercheurs ont imprimé des objets en 3D à l'aide d'un flexible, durable, silicone non conducteur. Pour fournir des canaux de connectivité, ils ont créé un silicone conducteur personnalisé qui peut être injecté dans les trous d'épingle, puis s'écoule dans les canaux après l'impression. Le silicone est un mélange de matériaux silicones conçus pour avoir une résistance électrique minimale, permettant à divers types d'électronique de fonctionner.

Pour valider les CurveBoards, les chercheurs ont imprimé une variété de produits intelligents. Écouteurs, par exemple, est venu équipé de commandes de menu pour les haut-parleurs et de capacités de diffusion de musique. Un bracelet interactif inclus un affichage numérique, LED, et photorésistance pour la surveillance de la fréquence cardiaque, et un capteur de comptage de pas. Une théière comprenait une petite caméra pour suivre la couleur du thé, ainsi que des lumières colorées sur la poignée pour indiquer les zones chaudes et froides. Ils ont également imprimé un lecteur de livre électronique portable avec un affichage flexible.

Meilleur, prototypage plus rapide

Dans une étude d'utilisateurs, l'équipe a étudié les avantages du prototypage des CurveBoards. Ils ont divisé six participants ayant une expérience de prototypage variable en deux sections :l'une utilisait des maquettes traditionnelles et un objet imprimé en 3D, et l'autre n'utilisait qu'un CurveBoard de l'objet. Les deux sections ont conçu le même prototype mais ont basculé entre les sections après avoir terminé les tâches désignées. À la fin, cinq des six participants ont préféré le prototypage avec le CurveBoard. Les commentaires ont indiqué que les CurveBoards étaient globalement plus rapides et plus faciles à utiliser.

Mais les CurveBoards ne sont pas conçus pour remplacer les maquettes, disent les chercheurs. Au lieu, ils fonctionneraient particulièrement bien en tant qu'étape dite de « midfidélité » dans la chronologie du prototypage, entre les tests initiaux de la maquette et le produit final. "Les gens adorent les planches à pain, et il y a des cas où ils peuvent être utilisés, " dit Zhu. " C'est pour quand vous avez une idée de l'objet final et que vous voulez voir, dire, comment les gens interagissent avec le produit. Il est plus facile d'avoir un CurveBoard au lieu de circuits empilés sur un objet physique."

Prochain, les chercheurs espèrent concevoir des gabarits généraux d'objets communs, comme des chapeaux et des bracelets. À l'heure actuelle, un nouveau CurveBoard doit être construit pour chaque nouvel objet. Modèles prêts à l'emploi, cependant, permettrait aux concepteurs d'expérimenter rapidement les circuits de base et l'interaction avec l'utilisateur, avant de concevoir leur CurveBoard spécifique.

En outre, les chercheurs souhaitent déplacer certaines étapes de prototypage préliminaires entièrement vers le logiciel. L'idée est que les gens peuvent concevoir et tester des circuits - et éventuellement l'interaction de l'utilisateur - entièrement sur le modèle 3D généré par le logiciel. Après de nombreuses itérations, ils peuvent imprimer en 3D un CurveBoard plus finalisé. "De cette façon, vous saurez exactement comment cela fonctionnera dans le monde réel, permettant un prototypage rapide, " dit Zhu. " Ce serait une étape plus " haute fidélité " pour le prototypage. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.