Neuartige Form der Prototypenentwicklung vom MIT

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben eine Plattform namens Voxel Invention Kit (VIK) entwickelt, die rekonfigurierbare Bausteine mit integrierter Elektronik nutzt. Diese leichten, dreidimensionalen Gitterbausteine, sogenannte Voxel, sind extrem stabil und können nahezu unbegrenzt in verschiedene Formen zusammengesetzt werden. Sie ermöglichen es auch Benutzerinnen und Benutzern ohne spezielle technische Kenntnisse, interaktive elektronische Geräte schnell und einfach herzustellen. Die Voxel kosten etwa 50 Cent pro Stück und sind vollständig recycelbar.

Prototypenentwicklung mit VIK

Was das bedeutet, lässt sich am ehesten an einem Beispiel verdeutlichen: Wenn Ingenieure und Ingenieurinnen einen intelligenten Stuhl herstellen wollen, der die Sitzhaltung überwacht, müssen sie möglicherweise zunächst mehrere Versionen der Stuhlstruktur per 3D-Druck und Laserschneiden produzieren. Dabei entsteht viel Abfall und der Prozess kostet Zeit. Wenn der Prototyp versagt, bleibt dem Hersteller wahrscheinlich nichts anderes übrig, als ihn zu entsorgen und noch einmal von vorne anzufangen.

Mit VIK gehen die Forschenden einen anderen Weg. VIK basiert auf jahrelanger Forschung am MIT Center for Bits and Atoms (CBA), die darauf abzielte, diskrete, zellulare Bausteine zu entwickeln. Ein Voxel ist stark genug, um das Gewicht eines aufrecht stehenden Klaviers zu tragen. Durch den Zusammenbau dieser funktionalen Voxel entstehen Strukturen, die Daten und Strom sowie mechanische Kräfte übertragen können, ohne dass Kabel erforderlich sind. Dies ermöglicht ein effizientes Prototyping ohne den oben beschriebenen Aufwand von 3D-Druck oder Laserschneiden.

Benutzerfreundlich und leicht zu handhaben

Die VIK-Plattform umfasst ein benutzerfreundliches Design-Tool, das es ermöglicht, die Reaktion der Struktur auf mechanische Belastungen zu simulieren und das Design bei Bedarf zu wiederholen. Dies erleichtert die Prototypenentwicklung erheblich und reduziert den Verschleiß an Materialien. „Hier geht es darum, den Zugang zu funktionalen interaktiven Geräten zu demokratisieren“, betont Jack Forman, ein MIT-Doktorand und Co-Hauptautor der Forschung.

Dabei lage den Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen die Benutzerfreundlichkeit besonders am Herzen. Zum Beispiel haben sie das Voxel-Design im Vergleich zu früheren Versuchen vergrößert, damit die Gitterstrukturen für menschliche Hände leichter zu montieren und zu demontieren sind. Sie haben auch Aluminium-Querverstrebungen an den Einheiten angebracht, um ihre Festigkeit und Stabilität zu verbessern. Darüber hinaus verfügen die VIK-Voxel über eine reversible, einrastende Verbindung, sodass jeder sie nahtlos und ohne zusätzliches Werkzeug zusammenbauen kann.

Prototyping im 3D-Raum

Die nächste Entwicklungsstufe der Elektronik wird im dreidimensionalen Raum stattfinden – VIK ist dabei das Sprungbrett, das es Anwenderinnen und Anwendern ermöglicht, Elektronik direkt in Strukturen zu integrieren. Die Voxel sind so konzipiert, dass nur die richtigen Verbindungen möglich sind. Dies reduziert die Fehlerquote beim Bau von komplexen Systemen erheblich und macht VIK besonders attraktiv für Anwendungen, bei denen Flexibilität und Schnelligkeit gefragt sind, wie etwa im Theater oder in der Weltraumfertigung.

Die Forschenden sehen in VIK ein Werkzeug, das das Prototyping grundlegend verändern kann, weil es den Nutzerinnen und Nutzern ermöglicht, die interaktive Strukturen schnell und ohne spezielle technische Kenntnisse zu erstellen. Die Plattform ist so gestaltet, dass sie auch für Anwendungen in intelligenten Gebäuden geeignet ist. Sogar nachhaltige Infrastrukturen ließen sich damit produzieren. In das System können dabei handelsübliche Module wie Sensoren oder Aktoren integriert werden. Das führt zu einer hohen Flexibilität bei der Prototypenentwicklung. Und das Beste daran: Das Prototyping wird effizienter und damit auch nachhaltiger.