En estos días, puede parecer que las impresoras 3-D pueden escupir casi cualquier cosa, desde un automóvil deportivo de tamaño completo hasta alimentos comestibles y piel humana. Pero algunas cosas han desafiado la tecnología, como el cabello, el pelaje,y otras matrices densas de características extremadamente finas, que requieren una gran cantidad de tiempo computacional y poder para primero diseñar, luego imprimir.
Ahora los investigadores del Media Lab del MIT han encontrado una manera de evitar un paso importante de diseño en la impresión 3D, para modelar e imprimir de manera rápida y eficiente miles de estructuras similares a pelos. En lugar de utilizar el software convencional de diseño asistido por computadora CADPara dibujar miles de pelos individuales en una computadora, un paso que tomaría horas calcular, el equipo creó una nueva plataforma de software, llamada "Cilllia", que permite a los usuarios definir el ángulo, el grosor, la densidad y la altura de miles depelos, en solo unos minutos.
Utilizando el nuevo software, los investigadores diseñaron matrices de estructuras similares a pelos con una resolución de 50 micras, aproximadamente del ancho de un cabello humano. Jugando con varias dimensiones, diseñaron y luego imprimieron matrices que van desde cerdas gruesas hasta pelaje fino, sobre superficies planas y también curvas, usando una impresora convencional 3-D. Presentaron un documento que detalla los resultados en la Conferencia CHI de la Asociación de Maquinaria de Computación sobre Factores Humanos en Sistemas de Computación en mayo.
¿Podría usarse la tecnología para imprimir pelucas y extensiones de cabello? Posiblemente, dicen los investigadores. Pero ese no es su objetivo final. En cambio, están viendo cómo el cabello impreso en 3-D podría realizar tareas útiles como la detección, la adhesión,y actuación.
Para demostrar la adhesión, el equipo imprimió matrices que actúan como almohadillas de cerdas con forma de velcro. Dependiendo del ángulo de las cerdas, las almohadillas pueden adherirse entre sí con diversas fuerzas. Para detectar, los investigadores imprimieron una pequeña figura de conejo peludo,equipado con luces LED que se iluminan cuando una persona acaricia al conejo en ciertas direcciones.
Y para ver si el cabello impreso en 3-D puede ayudar a accionar o mover objetos, el equipo fabricó una mesa de clasificación de peso hecha de paneles de cabello impreso con ángulos y alturas específicos. Como una pequeña fuente de vibración sacudió los paneles, ellos pelos podían mover monedas por la mesa, clasificándolas según el peso de las monedas y la frecuencia de vibración.
Jifei Ou, un estudiante graduado en artes y ciencias de los medios de comunicación, dice que el trabajo está inspirado en estructuras similares a un cabello en la naturaleza, que brindan beneficios como calor, en el caso del cabello humano y movimiento, en el caso de los cilios,que ayudan a eliminar el polvo de los pulmones.
"Es muy inspirador ver cómo ocurren estas estructuras en la naturaleza y cómo pueden lograr diferentes funciones", dice Ou. "Solo estamos tratando de pensar cómo podemos aprovechar al máximo el potencial de la impresión 3D y crear nuevasmateriales funcionales cuyas propiedades son fácilmente ajustables y controlables "
Ou es el autor principal del artículo, que también incluye a los estudiantes graduados Gershon Dublon y Chin-Yi Cheng; Felix Heibeck, un ex asistente de investigación; Hiroshi Ishii, el profesor Jerome B. Wiesner en artes y ciencias de los medios; y Karl Willis deAddimation, Inc.
un desafío de software
La resolución de las impresoras 3-D de hoy es "ya bastante alta", dice Ou. "Pero no estamos utilizando [la impresión 3-D] con la mejor de sus capacidades".
El equipo buscó cosas para imprimir que pusieran a prueba los límites de la tecnología. Resulta que el cabello era el tema perfecto.
"[Hair] viene con un desafío que no está en el hardware, sino en el lado del software", dice Ou.
Para imprimir el cabello en 3-D usando el software existente, los diseñadores tendrían que modelar el cabello en CAD, dibujando cada hebra individual, luego alimentar el dibujo a través de un programa de corte que representa el contorno de cada cabello como una malla de pequeños triángulos. El programaluego crearía secciones transversales horizontales de la malla triangular y traduciría cada sección transversal a píxeles, o un mapa de bits, que una impresora podría imprimir, capa por capa.
Ou dice que diseñar una matriz del tamaño de un sello de 6,000 pelos usando este proceso tomaría varias horas en procesarse.
"Si tuviera que cargar este archivo en un programa de corte normal, bloquearía el programa", dice.
píxeles de cabello
Para diseñar el cabello, los investigadores decidieron eliminar por completo el modelado CAD. En su lugar, crearon una nueva plataforma de software para modelar primero un solo cabello y luego una matriz de pelos, y finalmente imprimir matrices en superficies planas y curvas.
Los investigadores modelaron un solo cabello representando un cono alargado como una pila de cada vez menos píxeles, desde la base hasta la parte superior. Para cambiar las dimensiones del cabello, como su altura, ángulo y ancho, simplemente cambiaron la disposiciónde píxeles en el cono.
Para escalar hasta miles de pelos en una superficie plana, Ou y su equipo usaron Photoshop para generar una técnica de mapeo de colores. Usaron tres colores: rojo, verde y azul para representar tres parámetros del cabello: altura,ancho y ángulo. Por ejemplo, para hacer un parche circular de cabello con mechones más altos alrededor del borde, dibujaron un círculo rojo y cambiaron el gradiente de color de tal manera que aparecieron tonos rojos más oscuros alrededor del borde del círculo, denotando pelos más altosLuego desarrollaron un algoritmo para traducir rápidamente el mapa de color en un modelo de una matriz de cabello, que luego alimentaron a una impresora 3-D.
Utilizando estas técnicas, el equipo imprimió almohadillas de cerdas con velcro y pinceles con diferentes texturas y densidades.
Dibujo difuso
La impresión del cabello en superficies curvas resultó más complicada. Para hacer esto, el equipo primero importó un dibujo CAD de una superficie curva, como un conejo pequeño, luego alimentó el modelo a través de un programa de corte para generar una malla triangular de la forma del conejo.Luego desarrollaron un algoritmo para ubicar el centro de la base de cada triángulo, luego dibujaron virtualmente una línea, perpendicular a la base del triángulo, para representar un solo cabello. Hacer esto para cada triángulo en la malla creó una densa serie de pelos perpendiculares ala superficie curva del conejo.
Los investigadores utilizaron sus técnicas de mapeo de colores para personalizar rápidamente el grosor y la rigidez del pelo de conejo.
"Con nuestro método, todo se vuelve suave y rápido", dice Ou. "Anteriormente era prácticamente imposible, porque ¿quién tomará un día entero para hacer un conejo peludo completo y luego otro día para hacerlo imprimible?"
Entre otras aplicaciones, Ou dice que el cabello impreso en 3-D puede usarse en juguetes interactivos. Para demostrarlo, su equipo insertó una luz LED en el conejo impreso difuso, junto con un pequeño micrófono que detecta las vibraciones. Con esta configuración, elel conejito se vuelve verde cuando lo acaricia de la manera correcta y rojo cuando no lo es.
"La capacidad de fabricar estructuras personalizadas con forma de cabello no solo amplía la biblioteca de formas imprimibles en 3D, sino que también nos permite diseñar actuadores y sensores alternativos", concluyen los autores en su artículo ". Impreso en 3D"el cabello se puede usar para diseñar objetos interactivos cotidianos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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