Vers un prototypage plus flexible et plus rapide des appareils électroniques

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Que vous soyez un nouvel employé, un gymnaste ou un fabricant de paille flexible, un trait est idéal dans tous les domaines : la flexibilité. Il en va de même pour le prototypage d'appareils électroniques. Alors que les concepteurs testent généralement leurs conceptions sur des "planches à pain" ou de fines cartes en plastique pouvant contenir des composants électroniques, elles sont souvent rigides et lentes. Avec la rigidité de ces dorsales électroniques à l'esprit, les chercheurs du MIT ont développé "FlexBoard", une maquette flexible qui permet le prototypage rapide d'objets avec des capteurs interactifs, des actionneurs et des écrans sur des surfaces courbes et déformables, comme une balle ou des vêtements.

Pour illustrer la polyvalence de la plate-forme sur différents éléments, les chercheurs l'ont testée sur des kettlebells, des contrôleurs de jeux vidéo et des gants, constatant que les capteurs et les écrans peuvent se fixer aux composants électroniques de chacune de ses charnières. L'équipe a ajouté des capteurs et des LED aux kettlebells, qui ont détecté avec succès si les utilisateurs appliquaient la bonne forme à leurs entraînements de swing. À son tour, l'affichage indiquait le rouge s'il était mal exécuté, ou le vert s'il était exécuté correctement, ainsi que le nombre de répétitions. À l'avenir, la plate-forme pourrait améliorer les routines de conditionnement physique en fournissant ces commentaires.

La conception de la planche à pain consiste en un plastique fin qui relie deux pièces du même matériau pour améliorer la flexibilité. Ce "motif de charnière vivant" se retrouve dans les bouchons des bouteilles de condiments et les dos des boîtiers de disques en plastique, retenant ensemble les composants électroniques de FlexBoard. La conception peut être reproduite par une imprimante 3D prête à l'emploi, fabriquant des FlexBoards qui peuvent être cousus à un article ou attachés à l'aide de colle époxy ou de ruban velcro.

Cette conception pratique ouvre la porte à des interfaces personnalisables plus rapidement. "Un développement fondamental dans notre monde moderne est que nous pouvons interagir avec le contenu numérique partout et à tout moment, ce qui est rendu possible grâce à des dispositifs interactifs omniprésents", déclare l'auteur de la recherche Michael Wessely, récemment postdoctorant au Laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle du MIT (CSAIL) qui est maintenant professeur adjoint à l'Université d'Aarhus. « FlexBoard prend en charge la conception de ces appareils en étant une plate-forme de prototypage d'interaction polyvalente et rapide. Notre plate-forme permet également aux concepteurs de tester rapidement différentes configurations de capteurs, d'écrans et d'autres composants interactifs, ce qui pourrait conduire à des cycles de développement de produits plus rapides et à des conceptions plus conviviales et accessibles.

FlexBoard peut également améliorer les jeux de réalité virtuelle grâce à des contrôleurs et des gants. L'équipe a installé un système d'avertissement de collision sur les contrôleurs, alertant les joueurs portant un casque VR lorsqu'ils risquent de se cogner dans leur environnement. Des capteurs et des moteurs ont été ajoutés aux gants déformables pour capturer les gestes, influençant les interactions des joueurs dans le jeu.

Chaque planche à pain est réutilisable et adhésive, ce qui signifie qu'elle peut résister à des flexions répétées vers le haut et vers le bas tout en restant entièrement attachée aux prototypes sur lesquels elle a été testée. Wessely et l'équipe ont évalué la durabilité de FlexBoard en le pliant 1 000 fois, notant que les planches à pain restaient entièrement fonctionnelles sans se casser par la suite. Cette flexibilité bidirectionnelle permet à la plate-forme de se fixer aux éléments aux conceptions incurvées, faisant de FlexBoard une plate-forme de prototypage pratique pour les fabricants qui expérimentent différents matériels pour créer de nouveaux éléments électroniques.

Les utilisateurs peuvent couper les longues bandes de planche à pain en segments plus petits pour des objets plus petits, ou plusieurs peuvent être attachés au prototype sur des objets plus grands. Par exemple, plusieurs FlexBoards pourraient être enroulés autour d'une raquette de tennis, élargissant la portée de détection des capteurs lors de la lecture de la vitesse d'une volée.

L'adaptabilité de la plate-forme à différentes surfaces peut rationaliser le processus de prototypage électronique. "Lors de la conception de nouveaux dispositifs interactifs, d'interfaces utilisateur ou de la plupart des produits électroniques, nous traitons généralement la forme de l'objet et les fonctions électroniques comme deux tâches distinctes, ce qui rend difficile le test du prototype dans son environnement d'utilisation à un stade précoce, et peut entraîner des problèmes d'intégration plus tard", ajoute Junyi Zhu, doctorant du MIT en génie électrique et informatique et affilié à CSAIL. "Les FlexBoards s'attaquent à ces problèmes avec des maquettes flexibles améliorées et réutilisables, qui accélèrent le pipeline actuel de prototypage d'appareils interactifs et fournissent une nouvelle et précieuse plate-forme de prototypage pour la conception d'électronique basse consommation et la communauté de bricolage [do-it-yourself]."

À l'avenir, FlexBoard pourrait rendre les équipements d'entraînement, les ustensiles de cuisine, les meubles et autres articles ménagers plus interactifs. Néanmoins, l'équipe reconnaît que sa plate-forme doit être encore optimisée, ce qui nécessite une capacité de pliage, une durabilité et une résistance améliorées grâce à l'impression multi-matériaux. De plus, chaque maquette est conçue pour les imprimantes FDM, une machine de fabrication 3D prête à l'emploi, qui limite la longueur et augmente le temps d'impression des FlexBoards. Les borniers nécessitent également un assemblage manuel et rendent difficile le prototypage d'objets pliables.

"Comme de nombreux chercheurs ont étudié la diversification des propriétés des matériaux, nous nous sommes demandé pourquoi la planche à pain reste rigide", explique Donghyeon Ko, un autre auteur de l'ouvrage qui est un ancien doctorant invité du MIT de l'Institut supérieur des sciences et technologies de Corée. « Nous voulions rendre les objets du quotidien « maquettes » tout en développant des interfaces qui changent de forme. »

Wessely, Zhu et Ko ont rédigé un article sur le travail aux côtés de Stefanie Mueller, affiliée à CSAIL et professeure associée dans les départements de génie électrique et d'informatique et de génie mécanique du MIT, et de Yoonji Kim, professeur adjoint au Collège d'art et de technologie de l'Université Chung-Ang. Les recherches de l'équipe ont été soutenues par la subvention de la National Research Foundation of Korea (NRF) financée par le gouvernement coréen, le ministère de l'Éducation de la République de Corée et la National Research Foundation of Korea.

FlexBoard a été présenté à la conférence CHI 2023 sur les facteurs humains dans les systèmes informatiques en avril.

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