麻省理工研究人员通过3D打印设计出基于视角变化的三维结构

导读：麻省理工学院(MIT) 的研究人员开发了一种 3D 打印物体的新方法，该方法可以根据观察的角度改变其外观。

该方法为具有变形图像的“可编程对象”铺平了道路，此前这种视觉特征在很大程度上仅限于平面 2D 表面。该团队认为，他们的工作可以彻底改变人们设计产品外观的方式，借助该方法 3D 打印对象可能包含数百种不同的颜色和图案，具体取决于人们观察的方向。

“我们的工作开启了物理对象可以是什么的想法，”麻省理工学院研究生、该论文的共同第一作者朱云一说。“这是制作动态物体的更大愿景的一部分，这些物体可以改变它们的外观、颜色图案和形状。我们解决外观问题，这是可重编程对象概念的一个维度。”

△具有五种不同颜色组合的 3D 打印 AirPod 外壳。照片来自麻省理工学院。

那么它是怎样工作的？这个想法的新颖之处在于它使用了 3D 打印的双凸透镜，这是一种微小的透镜，可以放大它们放置在上面的材料的颜色。根据观察的角度，柱状透镜可以衍射并投射它们所覆盖的图像或图案的不同区域。麻省理工学院的团队设法在设计小单元的表面上安装了六个这样的镜片。通过 3D 打印镜片（以及镜片下方的弯曲、图案化表面），可以创建一个完整的 3D 透镜显示器，该显示器共同显示根据视点而变化的图像。

据朱说，该项目最大的挑战是微调印刷镜片的尺寸。较小的镜头提供更好的分辨率，但也往往有更多的缺陷，导致图像质量下降。该团队最终确定了 3mm 的镜头直径。

△一个带有 3D 打印表面的壶铃，告诉用户如何正确握住它。图片来自麻省理工学院

为了补充 3D 打印技术，麻省理工学院的研究人员还开发了一款免费的编辑软件，允许用户设计和构建自己的透镜对象。要使用该工具，用户只需上传 3D 模型和对象表面所需的图案或图像。然后，软件会自动计算将达到预期结果的镜片位置和图案。零件、图像和镜头都可以一次完成 3D 打印。

为了演示透镜 3D 打印方法，该团队已经打印了许多原型。这包括一个向用户展示他们是否正确握住它的运动壶铃、一个根据视角显示“Good Day”或“Good Night”的床头灯罩、一个闪烁的 AirPod 外壳和一个显示专门给佩戴者的友好信息。

多年来，麻省理工学院非凡的头脑一直是多项 3D 打印创新的源泉。就在本月，该大学的研究人员开发了一种使用 3D 打印技术将信息隐形嵌入物理对象的新方法。这个概念被命名为“InfraredTags”，它是关于在 3D 打印部件的内部嵌入红外可读条形码和二维码。这些标签仅对专用红外传感器可见，设计为肉眼不可见。

麻省理工学院的研究人员还开发了一种可以感知用户交互的 3D 打印对象方法。新颖之处在于这些物体是由单块材料（或更准确地说是超材料）3D打印的，电极传感器集成到材料结构本身中。因此，印刷结构能够检测各种状态变化，包括施加的力和旋转。