3DIA: 3D printed interactive objects - design, interaction concepts, automation
Final Report Abstract
Die fortschreitende Digitalisierung erhöht die Nachfrage nach interaktiven Geräten, die die physische und die digitale Welt miteinander verbinden. Zwar gibt es ein großes Potenzial für maßgeschneiderte interaktive Geräte, die auf bestimmte Anwendungen oder Nutzer zugeschnitten sind, doch die Integration von Interaktivität in Geräte erforderte bisher vorgefertigte Komponenten (z. B. quadratische Tasten oder flache Touchscreens), die die Form der Geräte einschränken. Das Aufkommen des 3D-Drucks hat eine flexiblere Alternative eröffnet, die es Unternehmen, Entwicklern und Endbenutzern ermöglicht, spezifisch geformte, individualisierte Objekte bei Bedarf mit weniger Aufwand zu entwerfen und herzustellen. Obwohl der 3D-Druck anerkanntermaßen die traditionellen Herstellungsverfahren revolutioniert, erfordert die Produktion kundenspezifischer interaktiver Geräte neue Sensorkonzepte für komplexe Geometrien und bisher einen erheblichen Design- oder Montageaufwand. Dieses Projekt befasste sich daher mit dem 3D-Druck von interaktiven Eingabegeräten, die auf eine Vielzahl von äußeren Reizen reagieren und in einem einzigen Durchgang gedruckt werden, ohne dass wesentliche Montageschritte erforderlich sind. Zunächst wurde im ersten Teil eine Fertigungspipeline zur Erkennung von Schweben, Berühren und Druck eines Fingers über oder auf einem Objekt entwickelt. Ergänzend befasst sich ein weiterer Beitrag mit Sensorkonzepten, die Druck, Quetschen oder Biegen auf kapazitiven Touchscreens detektieren. Darüber hinaus wurde ein Beitrag entwickelt, der Flüssigkeiten zu 3D-gedruckten Objekten hinzufügt, um verschiedene Interaktionen zu erkennen, ohne dass hierfür während der Interaktion Elektronik und Strom erforderlich ist. Stattdessen speichert jedes Sensorkonzept den Einfluss eines vordefinierten externen Stimulus durch Änderungen in seiner internen Struktur. Diese Änderungen können zu einem späteren Zeitpunkt über einen kapazitiven Touchscreen ausgelesen werden. Daran anknüpfend beschäftigt sich der finale Beitrag des Projekts mit der Integration von traditioneller und 3D-gedruckter Elektronik. Eine Reihe von Studien und Anwendungen zeigen die Machbarkeit und Anwendbarkeit aller Beiträge. Alle genannten Beiträge wurden auf der weltweit renommiertesten Konferenz der Mensch-Maschine-Interaktion, der ACM CHI, veröffentlicht. Darüber hinaus wurde der Beitrag zu flüssigkeitsgefühlten Objekten mit einem „CHI Honorable Mention Award“ und der letzte Beitrag zur Integration traditioneller und 3D-gedruckter Elektronik mit einem „CHI Best Paper Award“ ausgezeichnet.
Publications
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2017. Flexibles: Deformation-Aware 3D-Printed Tangibles for Capacitive Touchscreens. In Proceedings of the 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’17), 1001–1014
Martin Schmitz, Jürgen Steimle, Jochen Huber, Niloofar Dezfuli, Max Mühlhäuser
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2018. Off-Line Sensing: Memorizing Interactions in Passive 3D-Printed Objects. In Proceedings of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’18), 182:1–182:8
Martin Schmitz, Martin Herbers, Niloofar Dezfuli, Sebastian Günther, Max Mühlhäuser
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2019. ./trilaterate: A Fabrication Pipeline to Design and 3D Print Hover-, Touch-, and Force-Sensitive Objects. In Proceedings of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’19), 1–13
Martin Schmitz, Martin Stitz, Florian Müller, Markus Funk, Max Mühlhäuser
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2020. 3D-Auth: Two-Factor Authentication with Personalized 3D- Printed Items. In Proceedings of the 2020 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’20), 1–12
Karola Marky, Martin Schmitz, Verena Zimmermann, Martin Herbers, Kai Kunze, Max Mühlhäuser
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2021. Oh, Snap! A Fabrication Pipeline to Magnetically Connect Conventional and 3D- Printed Electronics. In Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’21), Article 420, 1-11 [Best Paper Award]
Martin Schmitz, Jan Riemann, Florian Müller, Steffen Kreis, Max Mühlhäuser
