Storskaliga gränssnitt som ändrar form kan användas för att skapa interaktiva skärmar eller miljöer som kan anpassas för att möta behoven av mänskliga användare. Trots deras potential, att skapa dessa system har hittills visat sig vara utmanande, eftersom de kan vara dyra att bygga och kräver ett tillräckligt stort utrymme för att tillåta olika konfigurationer.

Forskare vid University of Colorado Boulders ATLAS Institute, Keio University och University of Tokyo har nyligen skapat en uppsättning modulära byggstenar, dubbade LiftTiles, som kan användas för att skapa rumsskaliga formförändrande gränssnitt. Designen av dessa unika byggstenar, presenteras i en tidning förpublicerad på arXiv, är inspirerad av mekanismen bakom partyhorn.

"Vi ville skapa föränderliga arkitektoniska (rumstora) upplevelser - väggar, golv och möbler som kan ordnas och ställas om under datorstyrning, "Ryo Suzuki, doktorsexamen student vid ATLAS Institute som kom med designen, berättade för TechXplore.

Idén att använda pneumatik och uppblåsbara ställdon för att skapa arkitektoniska upplevelser i rumsstorlek går tillbaka till 1970-talet, och mer specifikt, till ett projekt kallat INFLATOCOOKBOOK, av avantgardearkitekturgruppen Ant Farm. På senare tid, flera andra designers och arkitekter började använda uppblåsbara material för att bygga storskaliga 3D-skärmar. Några anmärkningsvärda exempel är Asif Khans 3D-skylt, presenterades vid OS i Sotji 2014, och en installation skapad av Scandinavian Design Group i Norge, som består av ett interaktivt tak.

Forskare specialiserade på utveckling av tekniker för interaktion mellan människa och dator har också undersökt användningen av pneumatik och andra uppblåsbara material för att skapa formföränderliga displayer. Dock, de flesta av de resulterande gränssnitten har varit relativt små i storlek eller förlitar sig på en monolitisk design (dvs. bildas av ett enda stort block snarare än flera små block).

Gränssnittet som skapats av Suzuki och hans kollegor använder ställdon så stora, modulära byggstenar. I motsats till några av de tidigare föreslagna gränssnitten, deras design tillåter användare att enkelt bygga skärmar i rumsstorlek och formföränderliga, anpassa dem utifrån deras behov.

"Fullstora 3D-skärmar är dyra och tidskrävande att konstruera, ", sa Suzuki. "Huvudsyftet med LiftTiles-projektet är att göra det möjligt för designers och utvecklare att snabbt och enkelt bygga en fungerande prototyp av ett formförändrande gränssnitt i rumsstorlek så att de (och vi) kan uppleva det innan de ger sig i kast med det kostsamma. och tidskrävande process för att konstruera en robust och färdig produkt."

LiftTiles skapade av Suzuki och hans kollegor är i huvudsak 30 cm kvadratiska plattor som kan höjas och sänkas från 15 cm till 150 cm med hjälp av en dator. Varje bricka höjs individuellt genom att blåsa upp ett flexibelt rör som rullas på en fjäderdriven rulle, liknar rörelsen av ett partyhorn när det sträcker sig. När den töms, samma rör dras in och rullar upp igen, sänka plattan.

LiftTiles har flera fördelar jämfört med andra byggstenar som används för att skapa storskaliga formskiftande gränssnitt. För det första, plattorna väger 10 kg styck och är starka nog att bära ytterligare 10 kg. De är också kompakta och kan komprimeras ner till 15 cm.

Att montera en enda kakel, som består av själva plattan och det flexibla röret, kostar $8. LiftTiles skulle därför kunna vara en billig och effektiv lösning för att bygga fungerande prototyper av rumsstorlekar som ändrar gränssnitt.

"Vi utvecklade en billig modulär design för rulllindade pneumatiska ställdon som är ganska billiga och kraftfulla nog att lyfta 10 kg, ", förklarade Suzuki. "Kombinationen av dess egenskaper gör LiftTiles väl lämpade för prototyper av formtransformationer i rumsskala, eftersom deras modulära och omkonfigurerbara design gör det möjligt för forskare och designers att snabbt konstruera olika geometrier och att undersöka tillämpningar."

De ställdonbaserade byggstenarna kan snart användas av designers över hela världen för att bygga mock-up-skärmar, i slutändan producerar en mängd olika miljöer. Till exempel, användare kan skapa formföränderliga golv för adaptiva möbler, formförändrande väggar för dynamiska skiljeväggar och haptiska miljögränssnitt för uppslukande VR-upplevelser.

"I våra studier, vi skulle vilja hitta sätt att göra LiftTiles snabbare, ", sa Suzuki. "Att dra ut en LiftTile helt tar 16 sekunder och att dra tillbaka den helt tar 4 sekunder, för långsam för att stödja, till exempel, ett VR-spel i rumsstorlek. Vi planerar också att genomföra en workshop med forskare och designers (t.ex. inredningsarkitekter och arkitekter) för att utforska och prototypa tillämpningar av LiftTiles."

I framtiden, Suzuki och hans kollegor planerar att förse plattorna med akustik, kapacitiva och tryckavkännande kapacitet, förbättra deras interaktion med den omgivande miljön. De planerar också att ge dem ett mer dynamiskt utseende, till exempel, genom att installera LED-lampor på deras yta.

"För närvarande, vi styr varje LiftTile genom en central mikrokontroller, ansluten med ledningar, och detta begränsar arrangemangen av LiftTiles på golvet, ", tillade Suzuki. "Att ersätta kablarna med Wi-Fi-anslutningar skulle tillåta oss att övervinna denna begränsning."

© 2020 Science X Network