使用3D打印塑料組件來取代模擬電子電路

來源：OFweek

據了解，美國卡內基梅隆大學(CMU)人機互動研究所(HCI)攜手Disney Research展開一項“聲學儀器”(Acoustrument)合作計劃，研究人員們利用低成本的3D打印塑料組件取代復雜的模擬電子電路，為智能手機打造出以聲學驅動的多款創(chuàng)新外掛配件，如擴充埠以及其他有趣的擴充設備。

針對所謂的“應用程序”(App)玩具或以智能手機App驅動的玩具外圍市場，目前正歷經蓬勃的發(fā)展態(tài)勢。事實上，這是成長最快速的技術領域之一，根據Market Watch.com預期，這一市場將在2015年及其后帶來數十億美元的銷售規(guī)模，并緊密聯系兩個數十億美元規(guī)模的玩具與移動App產業(yè)。

如今，即使是最不起眼的智能手機擴充組件也搭載了電子電路與控制旋鈕，用于啟動電路以及傳送控制訊號至與其對接的手機。但根據卡內基梅隆大學博士候選人Gierad Laput表示，這些配件其實可以利用更簡單便宜的方式制造出來，不一定要搭載電子電路，就能實現同樣的功能效果。Gierad Laput目前正在該校人機互動研究所展開一項新型接口的調查研究。

如同大多數的App玩具，Laput看上的是智能手機的運算能力以及豐富的顯示接口，可用于進行大部份的工作，而他實際打造的用戶接口擴展功能則內建于一些旋鈕、滑桿或其他任何線性傳感器等無任何電子電路的設備外形中。Laput利用智能手機的揚聲器作為超音波的模擬訊號來源，并以能夠被動地與聲波互動的低廉塑料結構作為用戶接口。

手機的麥克風接收經調變的超音波，并將這些變化解讀為用戶輸入。目前，研究人員們在16.50-22.05kHz中利用100ms的線性掃描，但在一篇名為《聲學儀器：為手持式設備實現被動、聲學驅動的互動控制》(Acoustruments：Passive，Acoustically-Driven，Interactive Controlsfor Handheld Devices)的論文中，他指出，為了提高分辨率，隨著手持設備的取樣率越來越高，掃描速率與頻率范圍也應該大幅增加。

“聲學儀器”這個字源于聲學(acoustic)與儀器(instrument)的結合，是指可附加在智能手機周圍的小型儀器擴充組件，以類似于音樂家演奏管樂產生共鳴(共振腔)的方式(按壓孔塞或笛孔)調變聲波。

在這篇文章中，研究人員描述如何設計出一些可沿著“揚聲器—麥克風”路徑放置的結構元素，從而改變聲學輸出特性。這一過程塑造出各種不同的實體機制，包括小型管徑、可變形共振腔、提供多種選擇音頻路徑的旋鈕，以及更實際的將這些機制全部轉換成各種不同的功能，例如旋鈕、滑桿、近接與壓力傳感器、旋轉編碼器或甚至是傾斜傳感器。

這可為低廉的塑料無電子App玩具擴展許多新應用范圍，使其得以提供更豐富、有形且互動的功能。根據實驗顯示，這種聲學儀器能夠達到99%的準確度，不但只需要一點點的練習或訓練即可，而且它又十分抗噪聲。為了證實這個概念，研究人員們還制作出一個采用軟質氣道打造的iPhone手機外殼，能夠辨識設備本身被放置在桌上、手中或是用于拍照等位置或狀態(tài)。

研究人員們還建構了一個有趣的鬧鐘，能夠透過開關啟動鬧鈴，以及在按壓較大按鈕時啟動貪睡功能。此外，研究人員還為另一款有趣的應用開發(fā)出可附加在手機上的玩具車，當車輪開始轉動時立即驅動一場賽車游戲。