شاید چنین وسایلی بیشتر شبیه اختراعات فیلم‌های علمی‌تخیلی به نظر برسند، اما پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) با همکاری دانشگاه تیانجین چین، نمونه‌های واقعی آن‌ها را ساخته‌اند.
این پژوهشگران نرم‌افزاری به نام X-Hinges توسعه داده‌اند که هنگام طراحی و چاپ سه‌بعدی یک وسیله، حسگرهای موردنیاز را داخل ساختار آن قرار می‌دهد. به این ترتیب، وسیله می‌تواند تغییر شکل، خم شدن و فشار واردشده به بدنه‌اش را تشخیص دهد و واکنش مشخصی نشان دهد.
نکته جالب اینکه این حسگرها پس از ساخت به دستگاه اضافه نمی‌شوند، بلکه هم‌زمان با چاپ بدنه شکل می‌گیرند. همین موضوع می‌تواند ساخت ابزارهای تعاملی و وسایل هوشمند را ساده‌تر کند.
MIT در ۲۲ اکتبر ۲۰۲۶ جزئیات این فناوری را منتشر کرد. مقاله علمی پروژه نیز نخستین بار در ۱۰ سپتامبر در arXiv قرار گرفته بود و قرار است اوایل نوامبر در کنفرانس UIST 2026 ارائه شود.
البته منظور از حس لامسه در این خبر، احساس آگاهانه شبیه انسان نیست. این وسایل با استفاده از حسگرهای فیزیکی می‌توانند تغییرات واردشده به بدنه خود را اندازه بگیرند. با همین توانایی، پژوهشگران موفق شده‌اند نمونه‌هایی بسازند که تا چند سال پیش ساخت آن‌ها به مجموعه پیچیده‌تری از حسگرها و قطعات الکترونیکی نیاز داشت
۱. چگونه یک وسیله پلاستیکی می‌تواند لمس را تشخیص دهد؟
برای درک فناوری X-Hinges، یک وسیله پلاستیکی انعطاف‌پذیر را تصور کنید. وقتی آن را خم می‌کنید، شکل بدنه تغییر می‌کند؛ اما خود پلاستیک معمولی نمی‌تواند بفهمد چقدر خم شده یا فشار از کدام جهت به آن وارد شده است.
برای هوشمند کردن چنین وسیله‌ای معمولاً باید حسگرهای جداگانه داخل آن نصب کرد. این حسگرها با سیم به مدار الکترونیکی متصل می‌شوند تا اطلاعات مربوط به فشار یا حرکت را ثبت کنند. چنین کاری علاوه بر افزایش پیچیدگی ساخت، ممکن است انعطاف‌پذیری وسیله را هم کاهش دهد.
پژوهشگران MIT و دانشگاه تیانجین راه متفاوتی انتخاب کرده‌اند. آن‌ها از فناوری چاپ سه‌بعدی چندماده‌ای استفاده می‌کنند تا حسگرها و مسیرهای انتقال سیگنال، بخشی از خود جسم باشند.
X-Hinges در واقع از سه نوع ماده چاپی استفاده می‌کند: ماده انعطاف‌پذیری که بدنه اصلی را می‌سازد و دو ماده رسانا که یکی وظیفه حسگری و دیگری انتقال سیگنال را بر عهده دارد.
چرا این جداسازی مهم است؟ در برخی روش‌های قبلی، حسگرها و مسیرهای رسانا از مواد مشابهی ساخته می‌شدند. هنگام حرکت وسیله، سیگنال‌های آن‌ها با یکدیگر تداخل پیدا می‌کرد و تشخیص دقیق تغییر شکل دشوار می‌شد.
مثلاً ممکن بود سیستم متوجه شود که چیزی خم شده، اما نتواند جهت حرکت را به‌درستی تشخیص دهد.
فناوری جدید برای حل همین مشکل طراحی شده است. حسگرهای آن می‌توانند تغییر شکل را در سه جهت اصلی بررسی کنند: فشرده شدن، خم شدن به بالا و پایین و خم شدن به طرفین.
در واقع دستگاه فقط متوجه نمی‌شود که کسی آن را لمس کرده؛ بلکه می‌تواند مقدار و جهت تغییر شکل را نیز تخمین بزند.
این ویژگی برای ساخت وسایلی مانند کنترلرهای بازی، ابزارهای رباتیک و تجهیزات پوشیدنی اهمیت زیادی دارد. البته دریافت اطلاعات از حسگرها همچنان به مدار خوانش و پردازش سیگنال نیاز دارد و قرار نیست یک قطعه پلاستیکی بدون هیچ قطعه الکترونیکی، خودش فکر کند.
گزارش تخصصی Tech Xplore نیز تأکید می‌کند که مزیت اصلی X-Hinges، ترکیب انعطاف‌پذیری مکانیکی و اندازه‌گیری پیوسته حرکت در یک ساختار چاپ‌شده است.
.
۲. دستکشی که به ربات یاد می‌دهد چگونه اشیا را بردارد
یکی از جذاب‌ترین نمونه‌هایی که پژوهشگران با X-Hinges ساخته‌اند، دستکشی است که می‌تواند حرکات انگشتان انسان را به یک دست رباتیک منتقل کند.
فرض کنید قرار است به رباتی یاد بدهید چگونه یک مکعب کوچک را بردارد، بدون اینکه آن را بیندازد یا بیش از اندازه فشار دهد. در روش‌های معمول، برای آموزش چنین حرکتی ممکن است به برنامه‌نویسی، دوربین‌های متعدد یا تجهیزات مخصوص ثبت حرکت نیاز باشد.
اما پژوهشگران MIT نشان داده‌اند می‌توان از یک دستکش چاپ سه‌بعدی برای ثبت حرکت انگشتان استفاده کرد.
این دستکش از قطعات انعطاف‌پذیری تشکیل شده که روی مفاصل انگشتان قرار می‌گیرند. وقتی کاربر انگشت خود را خم می‌کند، حسگرهای داخلی تغییر شکل قطعات را اندازه می‌گیرند. اطلاعات به سیستم کنترل ارسال می‌شود و ربات تلاش می‌کند همان حرکت را تکرار کند.
برای مثال، اگر کاربر انگشت شست و اشاره خود را به یکدیگر نزدیک کند و یک مکعب را بردارد، دست رباتیک هم حرکت مشابهی انجام می‌دهد.
در آزمایش‌های پژوهشگران، دستکش به یک دست رباتیک LinkerHand O6 متصل شد. ربات توانست حرکاتی مانند نزدیک کردن انگشت شست به سایر انگشتان، گرفتن اشیای کوچک و برخی حرکات دست انسان را بازسازی کند.
طبق مقاله علمی، حسگرهای دستکش با نرخ ۵۰ بار در ثانیه اطلاعات را ثبت می‌کردند و تأخیر کلی انتقال و اجرای حرکات حدود ۱۸۰ تا ۲۰۰ میلی‌ثانیه بود.
این یعنی حرکت ربات تقریباً بلافاصله پس از حرکت دست انسان اتفاق می‌افتاد، هرچند هنوز تأخیر قابل‌اندازه‌گیری وجود داشت.
یکی از ویژگی‌های مهم دستکش این است که طراحی آن می‌تواند با اندازه دست افراد مختلف سازگار شود. چنین امکانی برای تجهیزات پوشیدنی اهمیت دارد، زیرا اندازه و شکل دست افراد یکسان نیست.
در آینده، این فناوری می‌تواند در آموزش ربات‌های صنعتی یا خانگی کاربرد داشته باشد. به‌جای اینکه تمام حرکات یک ربات از ابتدا برنامه‌نویسی شوند، کاربر می‌تواند بعضی کارها را با دست خود نمایش دهد.
البته این دستکش هنوز جایگزین کامل تجهیزات پیشرفته کنترل ربات نیست. آزمایش‌های فعلی محدود بوده‌اند و انجام کارهای پیچیده‌تر به حسگرها، الگوریتم‌ها و کنترل دقیق‌تری نیاز دارد.
.
۳. چراغی که با فشار انگشت، نورش کم و زیاد می‌شود
احتمالاً ساده‌ترین و درعین‌حال جذاب‌ترین کاربرد X-Hinges برای کاربران عادی، چراغ مطالعه کوچکی است که با فشار دادن بدنه‌اش کنترل می‌شود.
ظاهر این چراغ به یک سازه اوریگامی شباهت دارد؛ چیزی مانند کاغذی که به شکل هندسی تا شده باشد. وقتی چراغ باز است، ارتفاع بیشتری دارد و نور تولید می‌کند. با فشار دادن قسمت بالایی، بدنه به‌تدریج جمع می‌شود و هم‌زمان روشنایی آن کاهش پیدا می‌کند.
برخلاف چراغ‌های لمسی معمول که با لمس یک سطح رسانا روشن یا خاموش می‌شوند، این نمونه تغییر شکل واقعی بدنه را اندازه می‌گیرد. بنابراین فشار بیشتر می‌تواند با کاهش بیشتر روشنایی همراه باشد.
در آزمایش پژوهشگران، ارتفاع چراغ در حالت باز حدود ۴۶ میلی‌متر و در حالت بسته حدود ۱۶ میلی‌متر بود. بدنه چاپ‌شده آن فقط ۱۳.۸۵ گرم وزن داشت و وزن مجموعه کامل، شامل چراغ، مدار و باتری، حدود ۲۸.۹ گرم بود.
ابعاد کوچک این وسیله نشان می‌دهد که پژوهشگران به دنبال ساخت یک چراغ بزرگ تجاری نبوده‌اند، بلکه می‌خواستند قابلیت تشخیص تغییر شکل را در یک وسیله کاربردی آزمایش کنند.
جالب اینجاست که در ساخت این چراغ، خود خطوط تا شدن نیز به حسگر مجهز شده‌اند. با فشرده شدن سازه، میزان تغییر شکل در این قسمت‌ها ثبت می‌شود و مدار کنترل بر اساس آن روشنایی را تنظیم می‌کند.
اگر چنین فناوری‌ای در آینده به تولید انبوه برسد، می‌توان کاربردهای متفاوتی برای آن تصور کرد. مثلاً چراغ مطالعه‌ای که با خم کردن پایه‌اش نور را تنظیم کند، یا وسیله‌ای انعطاف‌پذیر که هنگام فشار دادن، حالت عملکردش تغییر کند.
حتی ممکن است در بعضی محصولات، نیاز به کلیدهای مکانیکی جداگانه کمتر شود.
البته این‌ها کاربردهای احتمالی آینده هستند. چراغ معرفی‌شده هنوز یک نمونه پژوهشی است و اطلاعاتی درباره قیمت تجاری، زمان عرضه یا عمر مفید آن در استفاده خانگی منتشر نشده است.
گزارش 3DPrinting.com در ۲۳ اکتبر نیز این نمونه را یکی از کاربردهای جالب چاپ حسگرها در بدنه وسایل معرفی کرده است؛ روشی که می‌تواند طراحی محصولات تعاملی را از وابستگی به کلیدها و حسگرهای مجزای متعدد دور کند.
.
۴. دستگاهی که بدون دوربین می‌فهمد چه میوه‌ای روی آن گذاشته‌اند
یکی دیگر از آزمایش‌های جالب پژوهشگران، ساخت سطحی حساس به فشار است که می‌تواند بعضی اشیا را فقط از طریق نحوه تغییر شکل حسگرهایش شناسایی کند.
تصور کنید یک صفحه کوچک روی میز قرار دارد و شما یک سیب روی آن می‌گذارید. به محض تماس سیب با سطح، قسمت‌های مختلف صفحه مقدار متفاوتی فشرده می‌شوند.
این تغییر شکل‌ها به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌شوند و سیستم تلاش می‌کند از روی الگوی آن‌ها تشخیص دهد چه جسمی روی صفحه قرار گرفته است.
در نمونه X-Hinges، پژوهشگران یک شبکه حسگری انعطاف‌پذیر ساختند که از چندین بخش کوچک تشکیل شده است. وقتی جسمی روی آن قرار می‌گیرد، وزن و شکل تماس جسم باعث تغییر مقاومت الکتریکی حسگرهای مختلف می‌شود.
اطلاعات به سیستم پردازش ارسال می‌شوند و مدل تشخیص الگو نوع جسم را تخمین می‌زند.
MIT در گزارش خبری خود از امکان شناسایی موز به‌عنوان مثالی از این کاربرد یاد کرده، اما در مقاله علمی، آزمایش‌های کمی منتشرشده مربوط به انگور، سیب و کامکوات، نوعی مرکبات کوچک، هستند.
نتایج آزمایش پژوهشگران نشان می‌دهد سیستم در مجموعه داده بررسی‌شده توانسته انگور را با دقت ۹۲.۷ درصد، سیب را با دقت ۹۶ درصد و کامکوات را با دقت ۷۷.۶ درصد تشخیص دهد.
این اعداد در نگاه اول امیدوارکننده هستند، اما نباید آن‌ها را با توانایی شناسایی همه اشیای موجود در جهان اشتباه گرفت. سیستم برای دسته‌های مشخصی آموزش دیده و هنوز معلوم نیست در مواجهه با اجسام بسیار متنوع یا شرایط محیطی متفاوت، چه عملکردی خواهد داشت.
بااین‌حال، اصل ایده کاربردهای جذابی دارد. برای مثال، می‌توان تصور کرد روزی سطوح هوشمند در فروشگاه‌ها، انبارها یا تجهیزات صنعتی، از روی فشار و شکل تماس، درباره اشیای قرارگرفته روی خود اطلاعاتی ارائه دهند.
این فناوری به‌خصوص در محیط‌هایی می‌تواند مفید باشد که استفاده از دوربین مناسب نیست یا اضافه کردن حسگرهای متعدد هزینه زیادی دارد.
البته هنوز فاصله زیادی تا ساخت نسخه‌های صنعتی وجود دارد. نمونه فعلی بیشتر نشان می‌دهد که چگونه می‌توان از یک سطح چاپ‌شده برای دریافت و تحلیل اطلاعات فیزیکی استفاده کرد.
.
۵. کنترلر بازی به شکل نهنگ؛ وقتی خود اسباب‌بازی به دسته بازی تبدیل می‌شود
یکی از بامزه‌ترین محصولاتی که پژوهشگران با X-Hinges ساخته‌اند، یک کنترلر بازی به شکل نهنگ قاتل یا اورکا است. برخلاف دسته‌های بازی معمولی که دکمه و اهرم دارند، این وسیله با حرکت دادن باله‌ها و دم کنترل می‌شود.
ظاهر این کنترلر به یک اسباب‌بازی پلاستیکی آبی‌رنگ شباهت دارد. اما در قسمت باله‌ها و نزدیک دم، حسگرهای انعطاف‌پذیری قرار گرفته‌اند که هنگام حرکت دادن آن‌ها، تغییر شکل را اندازه می‌گیرند.
در آزمایش پژوهشگران، این کنترلر برای هدایت یک نهنگ در بازی دوبعدی طراحی شده بود. وقتی کاربر باله‌های نهنگ پلاستیکی را خم می‌کرد، جهت حرکت شخصیت داخل بازی تغییر می‌کرد. حرکت دادن دم نیز باعث می‌شد نهنگ مجازی به جلو حرکت کند.
این طراحی تفاوت مهمی با دسته‌های بازی سنتی دارد. معمولاً برای کنترل یک شخصیت در بازی باید یاد بگیرید هر دکمه چه کاری انجام می‌دهد. اما در این نمونه، حرکت فیزیکی وسیله مستقیماً به حرکت شخصیت روی نمایشگر تبدیل می‌شود.
البته ساخت چنین کنترلری بدون فناوری X-Hinges هم از نظر فنی ممکن است، اما معمولاً باید حسگرهای جداگانه، اتصالات الکترونیکی و بخش‌های متحرک در بدنه نصب شوند. روش جدید اجازه می‌دهد بخش‌های انعطاف‌پذیر و حسگرهای مربوط به آن‌ها هم‌زمان با بدنه چاپ شوند.
نرم‌افزار X-Hinges چهار گزینه اصلی برای طراحی شکل قطعات دارد: استوانه‌ای، مستطیلی، باریک و شکل سفارشی. پژوهشگران برای کنترلر نهنگی، شکل مخصوصی طراحی کردند تا بخش‌های انعطاف‌پذیر در قسمت دم و باله‌ها قرار بگیرند.
این قابلیت می‌تواند در ساخت اسباب‌بازی‌ها، ابزارهای آموزشی و حتی تجهیزات توان‌بخشی کاربرد داشته باشد؛ به‌ویژه وسایلی که لازم است متناسب با اندازه دست و نحوه حرکت هر فرد ساخته شوند.
البته فعلاً این کنترلر یک نمونه آزمایشی است. هنوز مشخص نیست فناوری جدید از نظر دوام، هزینه ساخت و دقت عملکرد در استفاده طولانی‌مدت تا چه اندازه می‌تواند با دسته‌های تجاری رقابت کند.
همین نمونه کوچک نشان می‌دهد هدف اصلی پژوهشگران فقط ساخت وسایل هوشمند نیست؛ آن‌ها می‌خواهند شکل و حرکت خود وسایل را به بخشی از روش تعامل انسان و کامپیوتر تبدیل کنند.
.
۶. آیا این اختراع به‌زودی وارد خانه‌های ما می‌شود؟
با دیدن چراغ حساس به فشار، دستکش کنترل ربات و کنترلر نهنگی شاید تصور کنیم فاصله چندانی تا تولید انبوه چنین وسایلی باقی نمانده است. اما پژوهشگران هنوز باید چند مشکل فنی مهم را برطرف کنند.
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها، تفاوت جزئی میان قطعاتی است که با چاپگر سه‌بعدی ساخته می‌شوند.
ممکن است دو وسیله کاملاً مشابه از یک طرح یکسان چاپ شوند، اما به دلیل تفاوت ناچیز در مواد، مسیرهای رسانا و شرایط چاپ، سیگنال‌های حسگرهای آن‌ها دقیقاً یکسان نباشند.
این موضوع وقتی اهمیت پیدا می‌کند که بخواهیم تعداد زیادی وسیله با عملکرد مشابه بسازیم. مثلاً اگر یک شرکت صدها دستکش هوشمند تولید کند، باید مطمئن باشد که همه آن‌ها با دقت قابل‌قبولی حرکت انگشتان را اندازه می‌گیرند.
پژوهشگران برای حل این مشکل، از روش کالیبراسیون با کمک بینایی کامپیوتری استفاده کرده‌اند. در این روش، یک دوربین حرکت قطعه را دنبال می‌کند و اطلاعات واقعی حرکت با داده‌های حسگر مقایسه می‌شود.
سپس سیستم می‌تواند اختلاف‌های موجود را اصلاح کند تا خوانش حسگر دقیق‌تر شود. در پژوهش، برای کالیبراسیون نمونه‌های بعدی یک ساختار تک‌محوره، حدود دو دقیقه داده جمع‌آوری می‌شد. البته این نتیجه به معنی حل کامل مشکل کالیبراسیون در همه طرح‌های سه‌محوره نیست.
محدودیت دیگری نیز وجود دارد: مواد انعطاف‌پذیر رسانا در اثر فشار و خم شدن مکرر ممکن است رفتار الکتریکی یکسانی نداشته باشند. پژوهشگران باید مطمئن شوند حسگرها پس از هزاران بار استفاده، دقت مناسبی دارند.
در بررسی فنی منتشرشده در Pith نیز به این موضوع اشاره شده که قابلیت اندازه‌گیری هم‌زمان حرکت در سه محور هنوز برای تعداد زیادی از نمونه‌های مستقل و شکل‌های مختلف اعتبارسنجی نشده است. بنابراین نتایج فعلی امیدوارکننده‌اند، اما برای نتیجه‌گیری درباره عملکرد گسترده فناوری کافی نیستند.
یکی دیگر از برنامه‌های تیم تحقیقاتی، ترکیب تشخیص حرکت و ایجاد حرکت در یک ساختار چاپ‌شده است. در حال حاضر X-Hinges بیشتر روی حس کردن تغییر شکل تمرکز دارد. پژوهشگران می‌خواهند در آینده قطعاتی بسازند که هم حرکت را تشخیص دهند و هم بتوانند به‌صورت کنترل‌شده حرکت ایجاد کنند.
چنین پیشرفتی می‌تواند کاربردهای تازه‌ای در ربات‌های نرم، ابزارهای پوشیدنی و وسایل خانگی هوشمند ایجاد کند.
بااین‌حال، هنوز زمان مشخصی برای عرضه تجاری X-Hinges اعلام نشده و قیمت ساخت محصولات نهایی نیز مشخص نیست. این فناوری فعلاً در مرحله پژوهش و آزمایش قرار دارد
.
نظرات کاربران