揭秘如何3D列印能夠感應別人目光的智能服裝

美國洛杉磯藝術家Behnaz Farahi利用3D列印和攝像頭，設計出的一種智能衣服Caress of the Gaze（意為凝視的愛撫），該衣服能識別他人目光，並作出收縮和起伏延展的反應，吸引了很多人的興趣。最近，這位藝術家在開源硬體熱站 Instructables詳細披露了她是如何使用形狀記憶合金（SMA）致動器創建這件奇妙作品的。

從外觀上看，這件Caress of the Gaze是一件很漂亮、時尚的3D列印披肩，給人以一襲羽毛的感覺。而就是這種組成其表面紋理的羽毛狀結構能夠檢測到路人的目標，應相應地做出反饋。

而Farahi在Instructables上寫的這個教程，就是要展示如何用使用SMA來創建這種具有知覺的動態3D列印部件，不過Farahi稱，她的方便並不限於製作服裝，在其它對象如建築、以及工業級對象上也可以使用這一技術和方法。

此外，Farahi原來的Caress of the Gaze是用價值百萬的多材料3D印表機Objet Connex500列印出來的，但是她指出使用任何桌面3D印表機和PLA材料也可以實現類似的功能。

除此之外，SMA在這裡被當成了一個致動器來使用。因為它的特性就是在受到熱刺激之後會改變形狀回到其最初的狀態。

另外，為了創建這樣一種動態的3D列印對象，Farahi強調了解拉脹結構（auxetic structures）也很重要，就是為了打造這樣一個結構，她才動用了SMA和3D列印技術。簡單地說拉脹的結構具有一種不尋常的力學行為，當它拉伸時，其組成材料會在垂直方向上變厚。它的這種行為是由於其材料的內部結構決定的。

而為了使材料「活過來」，Farahi不得不將其與嵌入的SMA結合在一起，，聚在一起後 3D 列印技術結合這兩種脹的結構。

Farahi之所以使用多材料3D列印技術，是因為這種技術可以在一個列印對象中複合具有不同彈性和密度的材料。在實際製作中她選擇使用軟性材料，如Tango black+來製作關節，而更為剛性的材料如Vero White來製作其他部分，以便於最終對象的收縮和擴展。

當3D列印的原型製作出來之後，Farahi就開始對其進行反覆實驗並且觀察其SMA致動器的各種力學行為。她指出使用SMA是一項很有挑戰性的工作，正如她在Instructables頁面中介紹的那樣：「設計由SMA細線組合的動態系統所面臨的挑戰之一就是，它是與那種你可以控制其運動和位置的伺服電機完全不同，你對它的運動控制得更少。精確地SMA位置控制實際上是有可能的，但並不那麼容易，箇中原因在於SMA細線的冷卻或加熱速率並不是均等的。

下一步，Farahi列出了三種設計基於SMA材料的結構的方法，其中包括使用重量和重心；使一種偏置彈簧將SMA推入擴展的狀態；以及通過藉助材料特性等。對於她自己的項目，Farahi選擇了藉助材料特性的方法。在製作Caress of the Gaze的時候，她在3D列印結構的不同材料結點之間放置了SMA驅動器，這就意味著當被激活時，結合了PLA材料屬性和拉脹結構的對象可以進行似乎有機而安靜的運動。

Farahi同時也提醒注意不要在SMA致動器上焊任何東西，並建議使用捲曲的管子來實現電線與關節之間的各種聯繫。

這件作品在設計方面也有很多可圈可點之處，Farahi說，她的靈感來自動物皮膚、羽毛以及鱗片等。Farahi使用的是Rhinoceros軟體中的Grasshopper 進行的開發設計。

如果您雄心勃勃，想要探索將3D列印技術用於基於SMA的動態設計的話，不妨借鑑一下Farahi提供的這個教程（點擊進入），她在裡面提供了很多自己親身的體會。

盧君