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麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的一组研究人员开发了一种新颖的3D设计环境，该环境使用户能够一次对物体的物理形式和电子功能进行数字化建模。

该程序被称为“ MorphSensor”，它借鉴了传统的CAD软件以及电路构建软件，从而为机电一体化专业人士提供了更完善的设计环境。从本质上讲，定制零件可以设计用于3D打印，同时考虑电子可行性和机械功能。

关于该项目的论文的主要作者朱俊义解释说：“ MorphSensor符合我对“快速功能原型”的长期愿景，目的是创建交互式对象，在这些对象中，功能直接与表单集成并被制造一次即可使用，即使对于非专业用户也是如此。这提供了一个希望，即在进行原型制作时，对象形式可以遵循其指定的功能，并且该功能可以适应其物理形式。”

MorphSensor用户界面。图片来自麻省理工学院。

MorphSensor如何工作？

在设计（和重新设计）诸如外壳和框架之类的实体时，添加嵌入式电子组件（例如传感器和芯片）可能很困难。设计工作流程通常要求采用迭代方法，因此必须将设备的框架与内部组件分开概念化。这可能会导致在物理零件和电子零件之间来回繁琐的循环，从而确保所有内容都适合，同时优化了3D空间的使用。

MorphSensor旨在解决此问题。用户可以将预定义的传感器模块直接从广泛的数据库导入3D编辑器中，在此过程中，他们可以像在对象上粘贴贴纸一样适应3D模型。所需的电路与零件同时进行编辑，以确保可以在初始原型设计阶段将其直接嵌入，从而无需进行其他设计迭代。定制电路的数字框架完成后，就可以将其打印到一张纸上。然后，使用导电胶带，可以将真正的电子组件直接构建在纸上的预建电路结构的顶部。组装后，可以将电路切出并用双面胶带粘贴到其互补的3D打印部件上。

MorphSensor的应用

为了测试软件的功效，CSAIL团队制造了许多在MorphSensor环境中设计的机电一体化组件。首先，一个带有集成蓝光传感器和微控制器的实验眼镜架。眼镜除了提供标准的视力矫正功能外，还能够检测用户何时暴露于过多的蓝光下，并通过LED或噪音发出警报。

蓝光探测眼镜。图片来自麻省理工学院。

同样，可穿戴式戒指还设计有集成的温度传感器以检测环境状况，从而能够提供实时的天气建议。一对Airpods的外壳也进行了重新设计，以容纳用于生物监控和睡眠跟踪目的的运动传感器。

温度感应环。图片来自麻省理工学院。

根据当前的大流行，N95口罩还配备了湿度传感器，以监视基材污染情况，在需要丢弃口罩时提醒用户。最后，重新设计了烙铁的手柄，以集成空气质量传感器和相应的LED照明。当车间的空气质量恶化到一定程度时，LED闪烁，向用户发出信号，可能是时候打开窗户了。

嵌入N95掩模的电子电路采用MorphSensor设计。图片来自麻省理工学院。

在过去的一年中，主要是学术研究的结果，许多“ 3D打印友好”设计环境的发展。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的二人组最近发布了一种可用于增材制造的计算设计（DfAM）框架，该框架能够使复杂的多流喷嘴的设计自动化。 CAD软件的替代方案允许非专业用户设计复杂的几何形状，专门用于增材制造工具，例如FDM喷嘴。

在其他地方，来自格拉茨工业大学（TU Graz）和奥地利格拉茨医科大学的研究人员设计了一种用于颅骨植入物设计的自动化系统。该程序使用深度学习算法根据医学扫描恢复头骨的缺失部分，从而生成精确的STL文件。