将电子设备集成到物理原型中

 
麻省理工学院的研究人员发明了一种将“面包板”(广泛用于电子原型设计的扁平平台)直接集成到物理产品上的方法。目的是提供一种更快，更轻松的方法来测试电路功能以及用户与诸如智能设备和柔性电子产品之类的产品的交互。
面包板是矩形板，表面上钻有许多针孔。许多孔之间具有金属连接和接触点。工程师可以将电子系统的组件(从基本电路到完整的计算机处理器)插入他们想要连接的针孔中。然后，他们可以根据需要快速测试，重新排列和重新测试组件。
但是面包板几十年来一直保持相同的形状。因此，很难测试电子产品在可穿戴设备和各种智能设备上的外观和感觉。通常，人们将首先在传统面包板上测试电路，然后将其拍打到产品原型上。如果需要修改电路，则返回电路板进行测试，依此类推。
在CHI(计算系统中的人为因素会议)上发表的一篇论文中，研究人员描述了“曲线板”(CurveBoards)，这是一种3D打印的对象，其表面和结构都集成了面包板。定制软件会自动设计对象，并配有分布的针孔，这些针孔可以填充导电硅酮以测试电子设备。最终产品是对真实事物的精确表示，但具有面包板表面。
研究人员在论文中写道，CurveBoards“保留了对象的外观和感觉”，同时使设计人员能够在原型迭代过程中尝试组件配置并测试交互式场景。在他们的工作中，研究人员印刷了CurveBoards，用于智能手镯和手表，飞盘，头盔，耳机，茶壶和灵活的可穿戴电子阅读器。
“在电路板上，您可以对电路的功能进行原型设计。但是，您没有电路形式的上下文，即电子在实际原型环境中的使用方式，”第一作者朱俊义(Junyi Zhu)说，他是计算机专业的研究生。科学与人工智能实验室(CSAIL)。 “我们的想法是填补这一空白，并在原型制作原型的早期阶段就合并形式和功能测试。…CurveBoard实质上是在该对象的现有[三维] XYZ轴上添加了一个附加轴，即“功能”轴。 。”
定制软件和硬件
CurveBoard的核心组件是自定义设计编辑软件。用户导入对象的3D模型。然后，他们选择命令“生成针孔”，然后软件自动在整个对象上均匀地映射所有针孔。然后，用户为连接通道选择自动或手动布局。自动选项使用户只需单击按钮，即可在所有针孔中探索不同的连接布局。对于手动布局，可以使用交互式工具来选择针孔组并指示针孔之间的连接类型。最终设计将导出到文件中以进行3D打印。

 
上载3D对象时，该软件实际上将其形状强制为“四边形”，其中该对象表示为一堆小方块，每个小方块都有各自的参数。这样，它在正方形之间创建了固定的间距。针孔-是圆锥体，其宽端在表面上并且逐渐变细-将放置在正方形角接触的每个点上。对于通道布局，某些几何技术可确保选定的通道将连接所需的电气组件，而不会彼此交叉。
在他们的工作中，研究人员使用柔性，耐用，不导电的有机硅3D打印物体。为了提供连接通道，他们创建了一种定制的导电硅树脂，可以将其注入针孔中，然后在打印后流过这些通道。硅树脂是硅树脂材料的混合物，旨在具有最小的电阻，从而允许各种类型的电子器件起作用。
为了验证CurveBoards，研究人员印刷了各种智能产品。例如，耳机配备了用于扬声器和音乐流功能的菜单控件。交互式手镯包括一个数字显示器，LED和用于心率监测的光敏电阻，以及一个计步传感器。茶壶配有一台小型照相机，用于追踪茶的颜色，手柄上的彩色灯指示冷热区域。他们还印刷了带有柔性显示屏的可穿戴电子书阅读器。
更好，更快的原型制作
在一项用户研究中，该团队研究了CurveBoards原型制作的好处。他们将六位具有不同原型设计经验的参与者分成两个部分：一个使用传统的面包板和一个3D打印的对象，另一个使用该对象的CurveBoard。两个部门都设计了相同的原型，但是在完成指定任务后在各个部门之间来回切换。最后，六名参与者中的五名更喜欢使用CurveBoard进行原型设计。反馈表明，CurveBoards总体上更快，更容易使用。
研究人员说，但CurveBoards并非旨在替代面包板。取而代之的是，它们在原型开发时间表中的所谓“中等保真度”步骤表现得特别好，这意味着在初始面包板测试和最终产品之间进行。朱说：“人们喜欢面包板，在某些情况下它们很好用。” “这是当您对最终对象有一个想法，并且想要了解人们与产品的交互方式时使用的。使用CurveBoard而不是将电路堆叠在物理对象之上更容易。”
接下来，研究人员希望设计通用对象的通用模板，例如帽子和手镯。现在，必须为每个新对象构建一个新的CurveBoard。但是，现成的模板可让设计人员在设计其特定的CurveBoard之前快速试验基本电路和用户交互。
此外，研究人员希望将一些早期原型制作步骤完全移至软件方面。人们的想法是，人们可以完全在软件生成的3D模型上设计和测试电路，甚至可以进行用户交互。经过多次迭代，他们可以3D打印更最终的CurveBoard。 “通过这种方式，您将确切地知道它在现实世界中的工作方式，从而实现快速原型制作，” Zhu说。 “这将是原型开发的一个更加’高保真’的步骤。”