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3D打印塑料组件取代模拟电子电路

美国卡内基梅隆大学(CMU)人机互动研究所(HCI)携手Disney Research展开一项“声学仪器”(Acoustrument)合作计划,研究人员们利用低成本的3D打印塑料组件取代复杂的模拟电子电路,为智能手机打造出以声学驱动的多款创新外挂配件,如扩充埠以及其他有趣的扩充设备。

针对所谓的“应用程序”(App)玩具或以智能手机App驱动的玩具外围市场,目前正历经蓬勃的发展态势。事实上,这是成长最快速的技术领域之一,根据Market (暂不可见)预期,这一市场将在2015年及其后带来数十亿美元的销售规模,并紧密联系两个数十亿美元规模的玩具与移动App产业。

如今,即使是最不起眼的智能手机扩充组件也搭载了电子电路与控制旋钮,用于启动电路以及传送控制讯号至与其对接的手机。但根据卡内基梅隆大学博士候选人Gierad Laput表示,这些配件其实可以利用更简单便宜的方式制造出来,不一定要搭载电子电路,就能实现同样的功能效果。Gierad Laput目前正在该校人机互动研究所展开一项新型接口的调查研究。

如同大多数的App玩具,Laput看上的是智能手机的运算能力以及丰富的显示接口,可用于进行大部份的工作,而他实际打造的用户接口扩展功能则内建于一些旋钮、滑杆或其他任何线性传感器等无任何电子电路的设备外形中。

Laput利用智能手机的扬声器作为超音波的模拟讯号来源,并以能够被动地与声波互动的低廉塑料结构作为用户接口。

手机的麦克风接收经调变的超音波,并将这些变化解读为用户输入。目前,研究人员们在16.50-22.05kHz中利用100ms的线性扫描,但在一篇名为《声学仪器:为手持式设备实现被动、声学驱动的互动控制》(Acoustruments:Passive,Acoustically-Driven,Interactive Controlsfor Handheld Devices)的论文中,他指出,为了提高分辨率,随着手持设备的取样率越来越高,扫描速率与频率范围也应该大幅增加。

“声学仪器”这个字源于声学(acoustic)与仪器(instrument)的结合,是指可附加在智能手机周围的小型仪器扩充组件,以类似于音乐家演奏管乐产生共鸣(共振腔)的方式(按压孔塞或笛孔)调变声波。

在这篇文章中,研究人员描述如何设计出一些可沿着“扬声器—麦克风”路径放置的结构元素,从而改变声学输出特性。这一过程塑造出各种不同的实体机制,包括小型管径、可变形共振腔、提供多种选择音频路径的旋钮,以及更实际的将这些机制全部转换成各种不同的功能,例如旋钮、滑杆、近接与压力传感器、旋转编码器或甚至是倾斜传感器。

这可为低廉的塑料无电子App玩具扩展许多新应用范围,使其得以提供更丰富、有形且互动的功能。根据实验显示,这种声学仪器能够达到99%的准确度,不但只需要一点点的练习或训练即可,而且它又十分抗噪声。

为了证实这个概念,研究人员们还制作出一个采用软质气道打造的iPhone手机外壳,能够辨识设备本身被放置在桌上、手中或是用于拍照等位置或状态。

研究人员们还建构了一个有趣的闹钟,能够透过开关启动闹铃,以及在按压较大按钮时启动贪睡功能。此外,研究人员还为另一款有趣的应用开发出可附加在手机上的玩具车,当车轮开始转动时立即驱动一场赛车游戏。


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