MIT-Forscher entwickeln neue 3D-Design-Software für eingebettete Elektronik

Ein Forscherteam des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) im MIT hat eine neue 3D-Designumgebung entwickelt, die es den Benutzern ermöglicht, sowohl die physische Form als auch die elektronische Funktion eines Objekts gleichzeitig digital zu modellieren.

Das Programm mit dem Namen “MorphSensor” greift sowohl auf herkömmliche CAD-Software als auch auf Software zur Schaltkreiserstellung zurück, um eine umfassendere Entwurfsumgebung zu schaffen, die sich perfekt für Mechatroniker eignet. Im Wesentlichen können kundenspezifische Teile für den 3D-Druck entworfen werden, wobei sowohl die elektronische Realisierbarkeit als auch die mechanische Funktionalität berücksichtigt werden.

Junyi Zhu, Hauptautorin einer Arbeit über das Projekt, erklärt: “MorphSensor fügt sich in meine langfristige Vision von etwas ein, das ‘Rapid Function Prototyping’ genannt wird, mit dem Ziel, interaktive Objekte zu schaffen, bei denen die Funktionen direkt in die Form integriert und in einem Arbeitsgang hergestellt werden, auch für Benutzer, die keine Experten sind.”

Beim Entwurf (und Redesign) von festen Objekten wie Gehäusen und Rahmen kann das Hinzufügen eingebetteter elektronischer Komponenten wie Sensoren und Chips schwierig sein. Der Design-Workflow erfordert in der Regel einen schrittweisen Ansatz, bei dem der Rahmen eines Geräts getrennt von seinen internen Komponenten konzipiert werden muss. Dies kann zu einer langwierigen Schleife des Hin- und Hergehens zwischen den physischen und elektronischen Teilen führen, um sicherzustellen, dass alles zusammenpasst und gleichzeitig die Nutzung des Raums optimiert wird.

MorphSensor versucht, dieses Problem zu beheben. Benutzer können vordefinierte Sensormodule aus einer umfangreichen Datenbank direkt in den 3D-Editor importieren, wo sie in einem Prozess, der dem Aufkleben von Aufklebern auf ein Objekt ähnelt, an ein 3D-Modell angepasst werden können. Die gewünschte Schaltung wird gleichzeitig mit dem Teil bearbeitet, um sicherzustellen, dass sie direkt in der anfänglichen Prototyping-Phase eingebettet werden kann, wodurch zusätzliche Design-Iterationen überflüssig werden.

Sobald das digitale Skelett einer kundenspezifischen Schaltung fertiggestellt ist, kann es auf ein Blatt Papier ausgedruckt werden. Dann können mithilfe von leitfähigem Klebeband die realen elektronischen Komponenten direkt auf der vorgefertigten Schaltungsformation auf dem Papier aufgebaut werden. Nach dem Zusammenbau kann die Schaltung ausgeschnitten und mit doppelseitigem Klebeband auf ihr komplementäres 3D-Druckteil aufgebracht werden.

Um die Wirksamkeit der Software zu testen, stellte das CSAIL-Team eine Reihe von mechatronischen Baugruppen her, die in der MorphSensor-Umgebung entworfen wurden. Den Auftakt bildete ein experimenteller Brillenrahmen mit integriertem Blaulicht-Sensor und Mikrocontroller. Die Brille bietet nicht nur die Standardfunktionalität zur Sehkorrektur, sondern ist auch in der Lage, zu erkennen, wenn der Benutzer zu viel blauem Licht ausgesetzt ist, und sendet entweder über eine LED oder über Rauschen eine Warnung aus.

Das komplette Paper erschien unter dem Titel “Demonstration of MorphSensor: A 3D Electronic Design Tool for Reforming Sensor Modules”.