造形物そのものがセンサーになる、マルチマテリアル3Dプリンター向け自己センシング構造
米国のMITコンピュータ科学・人工知能研究所（MIT CSAIL）と中国・天津大学の研究チームは、3Dプリンターで造形する部品そのものに動作検知機能を組み込む設計技術「X-Hinges」を開発した。
X-Hingesは、曲がる構造とセンサーを別々に作って組み立てる従来方式ではなく、FDM方式のマルチマテリアル3Dプリンターを使い、構造体の内部へセンシング機能を直接組み込む手法だ。異なる電気特性を持つ2種類の導電性フィラメントを使い分け、変形を読み取るセンサー部分と信号を運ぶ配線部分を分離することで、両者の信号が混ざりやすいという課題を抑えた。
研究チームは、圧縮、上下、左右という最大3方向の動きをそれぞれ検出できる構造を設計し、複数方向へ動く部品でもリアルタイムに状態を読み取れることを示している。
設計ソフト上で円柱や四角形などの基本形状を組み合わせ、どの部分をどの方向へ動かしたいかを指定すると、必要なセンサー配置を自動生成できる。既存の3Dモデルへ自己センシング機構を追加することも可能で、複雑なセンシング構造を造形工程へ取り込みやすくした点も特徴だ。
試作例として、指の曲がりを読み取りロボットハンドへ伝えるグローブ、つまむ動作で明るさが変化する折り紙状ランプ、置かれた物体を触覚情報から識別するパッド、尾部をジョイスティックのように使うゲームコントローラーなどが制作された。
これまでの3Dプリンターは形を作る役割が中心だったが、近年は導電性材料やマルチマテリアル造形の発展により、電気的な機能まで一体化する研究が進んでいる。X-Hingesはその流れをさらに進め、造形物自身が「どのように動かされたか」を理解する仕組みを加えるものだ。
将来的に駆動機構まで同時に造形できれば、センサーを後付けせずに動き、感じ、反応するロボット部品やAIデバイスを3Dプリンターで直接製造する道につながる。一方、同じ形状でも造形条件によって電気特性に差が生じるため、個体差を補正するキャリブレーション技術が今後の実用化に向けた重要な課題となる。
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