便携式照明系统利用颜色和纹理变化将日常物品数字化

Josiah02 · 发表于 2024-11-7 23:27:48

当尼古拉·特斯拉预言我们将拥有可以显示视频、照片等内容的手持电话时，他的设想似乎只是一个遥不可及的梦想。近 100 年后，智能手机对于我们许多人来说就像是一个额外的附属物。
数字制造工程师目前正在努力扩展其他日常物品的显示功能。他们正在探索的一个途径是可重新编程的表面（即我们可以通过数字方式改变其外观的物品），以帮助用户展示重要信息（例如健康统计数据）以及墙壁、杯子或鞋子等物品上的新设计。
麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室 (CSAIL)、加州大学伯克利分校和奥胡斯大学的研究人员迈出了有趣的一步，他们制作出了“ PortaChrome ”，这是一种便携式照明系统和设计工具，可以改变各种物体的颜色和纹理。
该设备配备紫外线 (UV) 和红、绿、蓝 (RGB) LED，可以附着在衬衫和耳机等日常物品上。一旦用户创建设计并通过蓝牙将其发送到 PortaChrome 机器，该表面就可以被编程为健康数据、娱乐和时尚设计的多色显示器。
要使物品可重新编程，物品必须涂上光致变色染料，这是一种隐形墨水，可以通过光图案变成不同的颜色。涂上涂层后，个人可以通过团队的图形设计软件创建图案并将其传递给物品，或者使用该团队的 API 直接与设备交互并嵌入数据驱动的设计。当附着在表面时，PortaChrome 的紫外线会使染料饱和，而 RGB LED 会使染料饱和，从而激活颜色并确保每个像素的色调与预期设计相匹配。
Zhu 和她的同事的集成光系统平均在不到四分钟的时间内改变物体的颜色，比他们之前的研究成果“ Photo-Chromeleon ”快八倍。这种速度的提升来自于切换到与物体接触并传输紫外线和 RGB 射线的光源。Photo-Chromeleon 使用投影仪来帮助激活光致变色染料的变色特性，其中物体表面的光线强度降低。
“PortaChrome 提供了一种更方便的方式来重新编程你的周围环境，”麻省理工学院电气工程和计算机科学博士生、CSAIL 成员、该研究论文的主要作者 Yunyi Zhu (20 岁、MEng 21 岁) 说道。
“与我们之前基于投影仪的系统相比，PortaChrome 是一种更便携的光源，可以直接放置在光致变色表面上。这样无需用户干预即可改变颜色，并有助于我们避免紫外线污染环境。因此，用户可以在锻炼后将心率图佩戴在衬衫上。”
该研究成果发表在第 37 届 ACM 用户界面软件和技术研讨会论文集上。
让日常物品焕然一新
在演示中，PortaChrome 在不同表面上显示健康数据。一位用户将 PortaChrome 缝在背包上徒步旅行，将其直接与涂有光致变色染料的衬衫背面接触。
海拔和心率传感器将数据发送到照明设备，然后通过研究人员开发的重新编程脚本将其转换为图表。这个过程在用户的衬衫背面创建了健康可视化。在类似的展示中，麻省理工学院的研究人员在平板电脑背面展示了一颗逐渐聚集的心脏，以显示用户如何朝着健身目标前进。
PortaChrome 还展现了定制可穿戴设备的天赋。例如，研究人员重新设计了一些白色耳机，使其侧面带有蓝线，水平带有黄紫色条纹。
光致变色染料被涂在耳机上，然后团队将 PortaChrome 设备连接到耳机盒内。最后，研究人员成功地将他们的图案重新编程到类似于水彩画的物体上。研究人员还利用这一过程重新着色了腕部夹板，以匹配不同的衣服。
最终，这项工作可用于将消费者的物品数字化。想象一下，穿上一件斗篷可以改变你的整个衬衫设计，或者使用你的车罩让你的车焕然一新。
PortaChrome 的主要成分
在硬件方面，PortaChrome 是四种主要成分的组合。他们的便携式设备由一种纺织基层（作为支柱）、一层焊接有 UV 灯的纺织层和另一层粘贴有 RGB 灯的纺织层以及位于其顶部的硅胶扩散层组成。硅胶层类似于半透明的蜂窝状，覆盖交错的 UV 和 RGB LED，并将它们引导至单个像素，以正确照亮表面上的设计。
该设备可以灵活地缠绕在不同形状的物体上。对于桌子和其他平面，您可以将 PortaChrome 放在上面，就像餐垫一样。对于像热水瓶这样的弯曲物品，您可以将光源像咖啡杯套一样缠绕在上面，以确保它能够重新编程整个表面。
便携式柔性照明系统是利用创客空间可用的工具（例如激光切割机）制作的，并且可以使用柔性 PCB 材料和其他大规模制造系统复制相同的方法。
虽然它也能快速将我们周围的环境转换成动态显示，但朱和她的同事认为，进一步提高速度可能会使它受益匪浅。他们希望使用更小的 LED，这样可能的结果就是，由于光强度增加，表面可以在几秒钟内重新编程，并具有更高分辨率的设计。
佐治亚理工学院博士后 Tingyu Cheng（未参与这项研究）表示：“我们日常用品的表面都编码有颜色和视觉纹理，传递着重要信息，并塑造了我们与它们的互动方式。PortaChrome 通过将柔性光源（UV 和 RGB LED）和光致变色颜料集成到日常物品中，提供可重新编程的表面，用动态颜色和图案对环境进行像素化，从而实现了飞跃。”
“PortaChrome 所展示的功能可能会彻底改变我们与周围环境的互动方式，特别是在个性化时尚和自适应用户界面等领域。这项技术可以实现实时定制，无缝融入日常生活，让我们一窥‘无处不在的显示器’的未来。”

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