Als Nikola Tesla vorhergesagt Wir hatten tragbare Telefone, die Movies, Fotos und mehr anzeigen konnten. Seine Überlegungen schienen ein ferner Traum zu sein. Quick 100 Jahre später sind Smartphones für viele von uns wie ein zusätzliches Anhängsel.
Ingenieure der digitalen Fertigung arbeiten nun daran, die Anzeigemöglichkeiten anderer Alltagsgegenstände zu erweitern. Ein Weg, den sie erkunden, sind neuprogrammierbare Oberflächen – oder Gegenstände, deren Aussehen wir digital verändern können –, um Benutzern dabei zu helfen, wichtige Informationen wie Gesundheitsstatistiken sowie neue Designs auf Dingen wie einer Wand, einer Tasse oder einem Schuh darzustellen.
Forscher des Pc Science and Synthetic Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT, der College of California in Berkeley und der Universität Aarhus haben einen faszinierenden Schritt nach vorne gemacht, indem sie „PortaChrome„, ein tragbares Lichtsystem und Designtool, das die Farbe und Textur verschiedener Objekte ändern kann. Ausgestattet mit ultravioletten (UV) und roten, grünen und blauen (RGB) LEDs kann das Gerät an Alltagsgegenständen wie Hemden und Kopfhörern befestigt werden. Sobald ein Benutzer ein Design erstellt und es über Bluetooth an ein PortaChrome-Gerät sendet, kann die Oberfläche in mehrfarbige Anzeigen von Gesundheitsdaten, Unterhaltung und Modedesigns programmiert werden.
Um einen Gegenstand neu programmierbar zu machen, muss der Gegenstand mit photochromem Farbstoff beschichtet werden, einer unsichtbaren Tinte, die durch Lichtmuster in verschiedene Farben umgewandelt werden kann. Sobald es beschichtet ist, können Einzelpersonen über die Grafikdesign-Software program des Groups Muster erstellen und an das Objekt übertragen oder die API des Groups verwenden, um direkt mit dem Gerät zu interagieren und datengesteuerte Designs einzubetten. Beim Anbringen an einer Oberfläche sättigen die UV-Lichter von PortaChrome den Farbstoff, während die RGB-LEDs ihn entsättigen, wodurch die Farben aktiviert werden und sichergestellt wird, dass jedes Pixel so getönt wird, dass es dem beabsichtigten Design entspricht.
Das integrierte Lichtsystem von Zhu und ihren Kollegen ändert die Farben von Objekten im Durchschnitt in weniger als vier Minuten, was achtmal schneller ist als ihre vorherige Arbeit, „Foto-Chromeleon.“ Dieser Geschwindigkeitsschub entsteht durch den Wechsel zu einer Lichtquelle, die mit dem Objekt in Kontakt kommt, um UV- und RGB-Strahlen zu übertragen. Photograph-Chromeleon nutzte einen Projektor, um die farbverändernden Eigenschaften des photochromen Farbstoffs zu aktivieren, wobei das Licht auf der Objektoberfläche eine reduzierte Intensität aufweist.
„PortaChrome bietet eine bequemere Möglichkeit, Ihre Umgebung neu zu programmieren“, sagt Yunyi Zhu ’20, MEng ’21, MIT-Doktorand in Elektrotechnik und Informatik, Companion von CSAIL und Hauptautor von a Papier über die Arbeit. „Im Vergleich zu unserem projektorbasierten System von früher ist PortaChrome eine tragbarere Lichtquelle, die direkt auf der photochromen Oberfläche platziert werden kann. Dadurch kann der Farbwechsel ohne Benutzereingriff erfolgen und wir vermeiden eine Kontamination unserer Umwelt mit UV-Strahlung. Dadurch können Nutzer beispielsweise nach dem Coaching ihre Herzfrequenztabelle auf dem T-Shirt tragen.“
Alltagsgegenständen ein neues Gesicht geben
In Demos zeigte PortaChrome Gesundheitsdaten auf verschiedenen Oberflächen an. Ein Benutzer struggle mit auf seinen Rucksack genähtem PortaChrome beim Wandern unterwegs und brachte es in direkten Kontakt mit der Rückseite seines Hemdes, das mit photochromem Farbstoff beschichtet struggle. Höhen- und Herzfrequenzsensoren sendeten Daten an das Beleuchtungsgerät, die dann mithilfe eines von den Forschern entwickelten Neuprogrammierungsskripts in ein Diagramm umgewandelt wurden. Durch diesen Prozess wurde eine Gesundheitsvisualisierung auf der Rückseite des Hemdes des Benutzers erstellt. In einer ähnlichen Darstellung zeigten MIT-Forscher ein Herz, das sich nach und nach auf der Rückseite eines Tablets zusammenfügte, um zu zeigen, wie ein Benutzer einem Fitnessziel näher kam.
PortaChrome zeigte auch ein Gespür für die individuelle Gestaltung von Wearables. Beispielsweise haben die Forscher einige weiße Kopfhörer mit seitlichen blauen Linien und horizontalen gelben und violetten Streifen neu gestaltet. Der photochrome Farbstoff wurde auf die Kopfhörer aufgetragen und das Crew befestigte dann das PortaChrome-Gerät an der Innenseite der Kopfhörerhülle. Schließlich gelang es den Forschern, ihre Muster auf das Objekt umzuprogrammieren, das einer Aquarellkunst ähnelte. Mit diesem Verfahren haben Forscher auch eine Handgelenkschiene neu eingefärbt, um sie an verschiedene Kleidungsstücke anzupassen.
Letztendlich könnte die Arbeit genutzt werden, um die Habseligkeiten der Verbraucher zu digitalisieren. Stellen Sie sich vor, Sie ziehen einen Umhang an, der Ihr gesamtes Hemddesign verändern kann, oder Sie verwenden Ihre Autoabdeckung, um Ihrem Fahrzeug ein neues Aussehen zu verleihen.
Die Hauptzutaten von PortaChrome
Auf der Hardwareseite ist PortaChrome eine Kombination aus vier Hauptbestandteilen. Ihr tragbares Gerät besteht aus einer Textilbasis als eine Artwork Rückgrat, einer Textilschicht mit aufgelötetem UV-Licht und einer weiteren mit aufgeklebtem RGB sowie einer Silikon-Diffusionsschicht als Abschluss. Die Silikonschicht ähnelt einer durchscheinenden Bienenwabe und bedeckt die ineinandergreifenden UV- und RGB-LEDs und lenkt sie auf einzelne Pixel, um ein Design auf einer Oberfläche richtig zu beleuchten.
Dieses Gerät kann flexibel um Objekte mit unterschiedlichen Formen gewickelt werden. Auf Tischen und anderen flachen Oberflächen können Sie PortaChrome wie ein Tischset darauf platzieren. Bei einem gebogenen Gegenstand wie einer Thermoskanne könnten Sie die Lichtquelle wie eine Kaffeetassenhülle umwickeln, um sicherzustellen, dass sie die gesamte Oberfläche neu programmiert.
Das tragbare, versatile Lichtsystem wird mit im Herstellerraum verfügbaren Werkzeugen (wie zum Beispiel Laserschneidern) hergestellt und die gleiche Methode kann mit flexiblen PCB-Materialien und anderen Massenfertigungssystemen repliziert werden.
Obwohl es unsere Umgebung auch schnell in dynamische Darstellungen umwandeln kann, glauben Zhu und ihre Kollegen, dass es von weiteren Geschwindigkeitssteigerungen profitieren könnte. Sie würden gerne kleinere LEDs verwenden. Das Ergebnis wäre wahrscheinlich eine in Sekundenschnelle umprogrammierbare Oberfläche mit einem höher aufgelösten Design dank erhöhter Lichtintensität.
„Die Oberflächen unserer alltäglichen Dinge sind mit Farben und visuellen Texturen codiert, die wichtige Informationen liefern und die Artwork und Weise beeinflussen, wie wir mit ihnen interagieren“, sagt Tingyu Cheng, Postdoktorandin am Georgia Tech, die nicht an der Forschung beteiligt struggle. „PortaChrome macht einen Schritt nach vorne, indem es umprogrammierbare Oberflächen mit der Integration flexibler Lichtquellen (UV- und RGB-LEDs) und photochromer Pigmente in Alltagsgegenstände bereitstellt und die Umgebung mit dynamischen Farben und Mustern verpixelt. Die von PortaChrome demonstrierten Fähigkeiten könnten die Artwork und Weise, wie wir mit unserer Umgebung interagieren, revolutionieren, insbesondere in Bereichen wie personalisierte Mode und adaptive Benutzeroberflächen. Diese Technologie ermöglicht eine Anpassung in Echtzeit, die sich nahtlos in das tägliche Leben integriert und einen Einblick in die Zukunft der „allgegenwärtigen Shows“ bietet.“
Zu Zhu gesellen sich neun CSAIL-Mitglieder, die an dem Papier beteiligt sind: MIT-Doktorand und MIT Media Lab-Mitarbeiter Cedric Honnet; ehemalige Gastforscher Yixiao Kang, Angelina J. Zheng und Grace Tang; MIT-Pupil Luca Musk; Assistenzprofessor an der College of Michigan Junyi Zhu SM ’19, PhD ’24; neuer Postdoc und Assistenzprofessor an der Universität Aarhus Michael Wessely; und leitende Autorin Stefanie Mueller, TIBCO Profession Growth Affiliate Professor in den MIT-Abteilungen für Elektrotechnik und Informatik sowie Maschinenbau und Leiterin der HCI Engineering Group am CSAIL.
Diese Arbeit wurde vom MIT-GIST Joint Analysis Program unterstützt und im Oktober auf dem ACM Symposium on Consumer Interface Software program and Know-how vorgestellt.