Os pesquisadores do MIT inventaram uma maneira de integrar "breadboards" - plataformas planas amplamente usadas para prototipagem eletrônica - diretamente em produtos físicos. O objetivo é fornecer um serviço mais rápido, maneira mais fácil de testar as funções do circuito e as interações do usuário com produtos como dispositivos inteligentes e eletrônicos flexíveis.

As tábuas de pão são placas retangulares com matrizes de orifícios perfurados na superfície. Muitos dos orifícios têm conexões de metal e pontos de contato entre eles. Os engenheiros podem conectar componentes de sistemas eletrônicos - de circuitos básicos a processadores de computador completos - nos orifícios onde desejam que eles se conectem. Então, eles podem testar rapidamente, reorganizar, e teste novamente os componentes conforme necessário.

Mas as placas de ensaio permaneceram com a mesma forma por décadas. Por essa razão, é difícil testar como será a aparência e comportamento dos componentes eletrônicos, dizer, wearables e vários dispositivos inteligentes. Geralmente, as pessoas vão primeiro testar circuitos em placas de ensaio tradicionais, em seguida, coloque-os em um protótipo de produto. Se o circuito precisar ser modificado, está de volta à placa de ensaio para testes, e assim por diante.

Em um artigo a ser apresentado na CHI (Conferência sobre Fatores Humanos em Sistemas Computacionais), os pesquisadores descrevem "CurveBoards, "Objetos impressos em 3D com a estrutura e função de uma placa de ensaio integrada em suas superfícies. O software personalizado projeta os objetos automaticamente, completo com orifícios distribuídos que podem ser preenchidos com silicone condutivo para testar os componentes eletrônicos. Os produtos finais são representações precisas da coisa real, mas com superfícies protoboard.

CurveBoards "preservam a aparência de um objeto, "os pesquisadores escrevem em seu artigo, enquanto permite que os designers experimentem configurações de componentes e testem cenários interativos durante as iterações de prototipagem. Em seu trabalho, os pesquisadores imprimiram CurveBoards para pulseiras e relógios inteligentes, Frisbees, capacetes, fones de ouvido, um bule de chá, e um flexível, e-reader vestível.

"Em placas de ensaio, você faz o protótipo da função de um circuito. Mas você não tem o contexto de sua forma - como a eletrônica será usada em um ambiente de protótipo do mundo real, "diz o primeiro autor Junyi Zhu, Pós-graduando no Laboratório de Ciência da Computação e Inteligência Artificial (CSAIL). "Nossa ideia é preencher essa lacuna, e mesclar testes de forma e função no estágio inicial de prototipagem de um objeto. … CurveBoards essencialmente adiciona um eixo adicional aos eixos XYZ [tridimensionais] existentes do objeto - o eixo de 'função'. "

Software e hardware personalizados

Um componente central do CurveBoard é um software de edição de projeto personalizado. Os usuários importam um modelo 3D de um objeto. Então, eles selecionam o comando "gerar furos de alfinetes, "e o software mapeia automaticamente todos os furos de alfinetes de maneira uniforme no objeto. Os usuários então escolhem layouts automáticos ou manuais para os canais de conectividade. A opção automática permite que os usuários explorem um layout diferente de conexões em todos os furos com o clique de um botão. Para layouts manuais, ferramentas interativas podem ser usadas para selecionar grupos de orifícios e indicar o tipo de conexão entre eles. O desenho final é exportado para um arquivo para impressão 3D.

Quando um objeto 3D é carregado, o software essencialmente força sua forma em uma "malha quadrada" - onde o objeto é representado como um monte de pequenos quadrados, cada um com parâmetros individuais. Ao fazer isso, ele cria um espaçamento fixo entre os quadrados. Orifícios - que são cones, com a extremidade larga na superfície e afinando para baixo - será colocado em cada ponto onde os cantos dos quadrados se tocam. Para layouts de canal, algumas técnicas geométricas garantem que os canais escolhidos irão conectar os componentes elétricos desejados sem se cruzarem.

Em seu trabalho, os pesquisadores imprimiram objetos em 3-D usando um durável, silicone não condutor. Para fornecer canais de conectividade, eles criaram um silicone condutor personalizado que pode ser injetado nos orifícios e flui através dos canais após a impressão. O silicone é uma mistura de materiais de silicone projetados para ter resistência mínima à eletricidade, permitindo que vários tipos de eletrônicos funcionem.

Para validar o CurveBoards, os pesquisadores imprimiram uma variedade de produtos inteligentes. Fones de ouvido, por exemplo, vem equipado com controles de menu para alto-falantes e recursos de streaming de música. Uma pulseira interativa incluía um display digital, CONDUZIU, e fotorresistor para monitoramento de freqüência cardíaca, e um sensor de contagem de passos. Um bule de chá incluía uma pequena câmera para rastrear a cor do chá, bem como luzes coloridas na alça para indicar áreas quentes e frias. Eles também imprimiram um leitor de e-book vestível com uma tela flexível.

Melhor, prototipagem mais rápida

Em um estudo de usuário, a equipe investigou os benefícios da prototipagem CurveBoards. Eles dividiram seis participantes com experiência de prototipagem variada em duas seções:uma usada breadboards tradicionais e um objeto impresso em 3D, e o outro utilizou apenas um CurveBoard do objeto. Ambas as seções projetaram o mesmo protótipo, mas alternaram entre as seções após concluir as tarefas designadas. No fim, cinco dos seis participantes preferiram a prototipagem com o CurveBoard. O feedback indicou que os CurveBoards eram no geral mais rápidos e fáceis de trabalhar.

Mas os CurveBoards não são projetados para substituir as placas de ensaio, dizem os pesquisadores. Em vez de, eles funcionariam particularmente bem como uma etapa chamada "midfidelity" no cronograma de prototipagem, significado entre o teste inicial do breadboard e o produto final. "As pessoas adoram tábuas de pão, e há casos em que eles podem ser usados, "Zhu diz." Isso é para quando você tem uma ideia do objeto final e quer ver, dizer, como as pessoas interagem com o produto. É mais fácil ter um CurveBoard em vez de circuitos empilhados em cima de um objeto físico. "

Próximo, os pesquisadores esperam projetar modelos gerais de objetos comuns, como chapéus e pulseiras. Agora mesmo, um novo CurveBoard deve ser construído para cada novo objeto. Modelos prontos, Contudo, permitiria que os designers experimentassem rapidamente os circuitos básicos e a interação do usuário, antes de projetar seu CurveBoard específico.

Adicionalmente, os pesquisadores querem mover algumas etapas iniciais de prototipagem inteiramente para o lado do software. A ideia é que as pessoas possam projetar e testar circuitos - e possivelmente a interação do usuário - inteiramente no modelo 3-D gerado pelo software. Depois de muitas iterações, eles podem imprimir um CurveBoard mais finalizado em 3D. "Assim, você saberá exatamente como funcionará no mundo real, permitindo a prototipagem rápida, "Zhu diz." Essa seria uma etapa de 'alta fidelidade' para a prototipagem. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.