Rapid Prototyping für interaktive Strukturen

MIT entwickelt Mechatronik-Baukasten für Ingenieure

Die neue Rapid-Prototyping-Plattform VIK verwendet rekonfigurierbare Bausteine mit integrierter Elektronik, die zu komplexen, funktionalen Geräten zusammengesetzt werden können.
Die neue Rapid-Prototyping-Plattform VIK verwendet rekonfigurierbare Bausteine mit integrierter Elektronik, die zu komplexen, funktionalen Geräten zusammengesetzt werden können.

Eine neue Plattform des MIT soll die Entwicklung großer, interaktiver Strukturen beschleunigen. Das System verwendet dafür rekonfigurierbare elektromechanische Bausteine.

Das Prototyping großer Strukturen mit integrierter Elektronik, wie ein Stuhl mit Haltungskontrolle, ist oft teuer und aufwendig. Forschende am MIT haben mit VIK (Voxel Invention Kit) eine innovative Lösung entwickelt: ein modulares Baukastensystem aus leichten, stabilen Elementen, die sowohl mechanische als auch elektronische Funktionen übernehmen. Damit entfällt der Bedarf an 3D-Druck oder Laserschneiden, und auch Nutzer ohne technisches Fachwissen können interaktive Geräte schnell erstellen und anpassen.

Die leichten dreidimensionalen Gitterbausteine, die sogenannten Voxel, weisen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf und verfügen über integrierte Sensor- und Datenverarbeitungsfunktionen.
Die leichten dreidimensionalen Gitterbausteine, die sogenannten Voxel, weisen eine hohe Festigkeit und Steifigkeit auf und verfügen über integrierte Sensor- und Datenverarbeitungsfunktionen.
Durch den Zusammenbau der Voxel entstehen Strukturen, die Daten und Energie sowie mechanische Kräfte übertragen können, ohne dass dafür Kabel erforderlich sind.
Durch den Zusammenbau der Voxel entstehen Strukturen, die Daten und Energie sowie mechanische Kräfte übertragen können, ohne dass dafür Kabel erforderlich sind.
Ein Voxel in einem Aluminium-Cuboctahedra-Gitter (mit acht dreieckigen und sechs quadratischen Flächen) ist stark genug, um 228 Kilogramm zu tragen, was etwa dem Gewicht eines Klaviers entspricht.
Ein Voxel in einem Aluminium-Cuboctahedra-Gitter (mit acht dreieckigen und sechs quadratischen Flächen) ist stark genug, um 228 Kilogramm zu tragen, was etwa dem Gewicht eines Klaviers entspricht.

Strukturelle Elektronik statt Verkabelung

VIK basiert auf den vom MIT Center for Bits and Atoms (CBA) entwickelten Voxeln – würfelförmige Gitterstrukturen aus Aluminium mit acht dreieckigen und sechs quadratischen Flächen. Diese Struktur ist extrem stabil: Ein einzelnes Voxel kann bis zu 228 kg tragen – das Gewicht eines Klaviers. Die elektromechanischen Bauteile ermöglichen den Transport von Strom, Daten und mechanischen Kräften, ohne dass dafür externe Kabel benötigt werden.

Technische Details der VIK-Voxel

Die VIK-Voxel sind speziell für eine einfache Handhabung konzipiert:

  • Snap-Fit-Verbindungen ermöglichen eine werkzeuglose Montage ohne Schrauben oder Nieten.
  • Eine automatische Verdrahtung stellt sicher, dass alle Bauteile korrekt verbunden sind.
  • Ein Finite-Elemente-Analyse (FEA) Simulationsmodell erlaubt es, mechanische Belastungen vorherzusagen und Schwachstellen im Design frühzeitig zu erkennen.
  • Das System ist mit gängigen Mikrocontrollern und Sensoren kompatibel, sodass Nutzer handelsübliche Module wie Lautsprecher, Sensoren oder Aktuatoren einfach integrieren können.

Vielseitige Anwendungen und nachhaltige Nutzung

VIK ermöglicht schnelle und nachhaltige Prototypenentwicklung: Die Aluminium-Voxel, die weniger als einen Euro pro Stück in der Herstellung kosten sollen, sind vollständig recycelbar und können für neue Strukturen wiederverwendet werden.

Ihre Anwendungsbereiche umfassen:

  • Intelligente Gebäude und Infrastruktur, etwa für adaptive Wände oder interaktive Möbel.
  • Automatisierung und Robotik, zur schnellen Entwicklung und Modifikation funktionaler Maschinen.
  • Weltraumtechnologie, wo flexible, leichte und robuste Strukturen entscheidend sind.
  • Theaterbühnen, wo anpassbare Bühnenelemente für wechselnde Szenen benötigt werden.

Die MIT-Forschenden sehen großes Potenzial: VIK kombiniert die Flexibilität eines Lego-Baukastens mit den Funktionen eines elektronischen Breadboards und eröffnet neue Wege für interaktive, nachhaltige und individuell anpassbare Designs.

"Wir haben eine Art 'Minecraft' für Voxel-Anwendungen entwickelt. Man braucht kein gutes Gespür für Ingenieurwesen, um zu überprüfen, ob die Struktur, die man baut, sicher ist. Jeder kann etwas mit VIK bauen und sich darauf verlassen", sagt Jack Forman, MIT-Absolvent im Bereich Medienkunst und -wissenschaften und Mitglied des MIT Center for Bits and Atoms (CBA) und des MIT Media Lab.

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