Impresión 3D integra capacidades de sensado en componentes flexibles

La publicación Hackster.io ha informado sobre el desarrollo de X-Hinges, una técnica que integra elementos de sensado directamente en piezas flexibles fabricadas mediante impresión 3D. Este enfoque permite que los componentes midan su propio movimiento continuo sin depender de sensores externos, lo que reduce costes y tiempos de ensamblaje.

El proceso utiliza una impresora FDM multimetarial para incrustar elementos conductores dentro de la estructura flexible durante su fabricación. La mayoría del componente se elabora con TPU no conductor, mientras que finas tiras conductoras se imprimen en su interior, actuando como sensores. A medida que la pieza se flexiona, estira o comprime, estas tiras se deforman, alterando su resistencia eléctrica. La medición de estos cambios permite al sistema determinar el grado de movimiento. Trazas conductoras de baja resistencia transportan las señales a la electrónica, minimizando la interferencia en las mediciones del sensor.

La técnica posibilita la monitorización simultánea de flexión lateral, flexión vertical y compresión o extensión axial. Distintas configuraciones de los elementos sensores se emplean para capturar cada tipo de movimiento, y la combinación de estas geometrías con el procesamiento diferencial de la señal ayuda a minimizar la interferencia entre ejes.

Para la lectura precisa de las variaciones de resistencia, los investigadores han diseñado una placa de adquisición de datos específica, que ofrece mayor precisión que los conversores analógico-digitales convencionales. Los datos de los sensores se procesan mediante una red neuronal convolucional temporal (TCN) que interpreta las lecturas de resistencia y estima la posición, compensando fenómenos como la histéresis y la interferencia entre ejes. Durante las pruebas, el sistema logró un seguimiento del movimiento en tres ejes con errores medios de 7.35 grados para el movimiento lateral, 6.59 grados para el vertical y 1.35 milímetros para el axial.

Adicionalmente, se ha desarrollado una herramienta de diseño interactiva que facilita la personalización de la rigidez, la selección de grados de libertad activos y la generación automática de los diseños de sensado imprimibles. Esta capacidad permite modificar modelos 3D existentes para incorporar X-Hinges, transformando objetos comunes en dispositivos auto-sensibles. Entre las aplicaciones demostradas se incluyen un guante de teleoperación para el control de una mano robótica, un controlador de juego con forma de orca, una lámpara de origami auto-sensible con brillo ajustable y una superficie táctil capaz de reconocer objetos. Los creadores señalan que, si bien el TPU conductor aún presenta desafíos como la histéresis y la deformación a largo plazo, X-Hinges representa un avance hacia la fabricación de piezas impresas en 3D con capacidades de sensado intrínsecas.