Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

視覚障害者のための独自の触覚測定ツールの3Dプリント

ミズーリ州盲学校と提携して、セントルイスのワシントン大学の化学科にあるD'Arcy Labは、視覚障害のある学生のためのエキサイティングな教則ツールを作成しています。特に重点が置かれているのは、測定と空間の向きです。完成したデザインには、点字測定ボードと点字キャリパー(ダウンロード可能)の両方があります。私たちは、対称性の基礎、化学、数学、美術などに不可欠な概念を理解するのに役立つ、より複雑なオブジェクトを作成することによって、私たちのプロジェクトの範囲をさらに広げようとしています。

学部の有機化学コースの学生は、分子の2次元表現が意図した3次元オブジェクトに変換されない壁にぶつかることがよくあります。三次元空間を概念化することの難しさは多くの人にとってフラストレーションの原因となります。なぜならそれは、暗記の記憶を通して与えることができる知識ではないからです。大学レベルの有機化学コースでは、学生が視覚化された概念と触覚的に結び付くのを助けるために「モデリングキット」の使用を推奨することが一般的です。これらのキットは、例外なくシステムを表現する能力が限られていることが多く、同時に化学に関連した幾何学の「剛性」の概念を誤って与え、同時に学生は有利な幾何学的歪みと遷移状態を学びます。教育を受けた化学者を中心としたグループとして、私たちは最初、3Dプリント用の「並外れた」分子の設計に力を入れました。これは幾何学的歪みを理解するのに役立ちます。私たちは、触覚だけで宇宙での分子の操作を追跡できるように、触覚バンプとインジケーターで分子をマークすることによって、この概念を促進しました。

触覚だけに基づいて情報を中継することは新しい考えではありません。おそらく最も成功したそしてすぐに認識できる触覚書記体系の実現は点字として知られています。これはフランスの作家ルイ点字によって1824年に15歳の初めに開発されました。私たちは自分のデザインに点字を実装する方法を試し始めました。結局のところ、フュージョン・デポジション・モデリング・プリンティングのプロセスは、点字に最適な、非平面の面上に隆起したバンプを簡単に作成することを可能にします。私たちの最初のデザインは単純化されており、分子幾何学(下の写真に示されている3Dプリントなど)を中心にしています。これは、3Dモデルのデザインとプリントに慣れるための試みです。

点字は、アンモニア、アンモニウム、四面体および八面体を近くに有する二酸化炭素の分子表現上に埋め込まれている。 Zac Christensen、Emma Mehlmann、Daniel Cottonによるデザインとプリントの構造。

線状二酸化炭素の印刷は点字で「CO2」を書くという私たちの試みに埋め込まれています - それは「首都の首都o 3〜3」とかなり不器用に読みます。今日使われている点字は直接翻字ではないことに注意することは重要です。点字はラテンアルファベットの26文字すべてを表現するために使用できるため、簡単なフォント変更であらゆる言語のあらゆるテキストの翻字が可能になりますが、さまざまな言語に長年にわたって最適化されています。統一英語点字は、点字で書かれたテキストの読みやすさを最大にするのに役立つ収縮、指標、および記号の膨大なアーカイブから成ります。モデルの裏側には二酸化炭素の分子幾何学を指す「Linear」と正しく表示されていますが、最終的には、将来の設計に埋め込まれた情報を過度の混乱を招くことなく明確かつ簡潔に伝える必要があることがわかりました。この目標は、点字を身につけた教育者や近くのミズーリ州立盲学校の生徒の助けを借りずに達成することは不可能です。ミズーリ州盲学校は、1860年に合衆国で最初に点字を採用した最初の機関として認められました。MSBの教師と生徒たちが私たちと協力し、誠実で徹底的なフィードバックを提供してくれたことに対する忍耐と意欲ここに記述されている作業

私たちのモデルをMSBの何人かの先生に見せて教育学について話し合ったとき、数学の先生は彼女の生徒たちが支配者たちと測定をするのに苦労していると述べました。生徒にはAmerican Printing House for the Blind(APH)から配布された点字を埋め込んだ定規が提供されます。結局のところ、測定の主な困難は定規自体からではなく、3つの別々の寸法、すなわち長さ、幅、および高さを測定するために必要な空間的な向きに由来します。学生は測定中に手でオブジェクトを頻繁に回転させ、以前に測定された面をすぐに見失ってしまい、混乱を招きます。これは完全に理解できます。空間内でオブジェクトを回転させるときに固定軸システムは存在しないため、「高さ、幅、長さ」の区別は完全に任意です。これは、教師が自分のクラス全体が同じ軸のセットで作業していることを確認することを特に困難にします。ローテーションの後でさえも学生が特定の側面を区別することを可能にするオブジェクトを作成しようとしました。これらの直方体には、辺と方向の固定割り当てを可能にするためのテクスチャが埋め込まれています。

私たちの最初のデザインは、一般的に「長さ」として割り当てられた辺とオブジェクトの上の両方を指定するために上向きの三角形を含みました。 「幅」側には、平行な垂直方向の尾根が埋め込まれています。別のデザインは、オブジェクトの上部に「十字」の形をしたインジケータと、立方体と立方体の両方の両方の面に垂直な線を含みます。固定デカルト座標軸の考えを中継しようとする試みも示されており、原点(0、0、0)は、3つの固有の隆起エッジ識別子、1つの正方形、1つの丸みを帯びた球、および1つの別々の球の交点によって定義される。 。モデルは元の軸のセットを保持しながら空間内で自由に回転できます。

これらのオブジェクトをMSBの学生に紹介したとき、私たちはそれらが3Dプリントの実際のプロセスにとても魅了されているのを見て興奮しました。彼らの手触りは非常に洗練されているので、彼らはすぐにPLAフィラメントの個々の層の間の隆起に気づく前に、彼らは側面間の大きなテクスチャーの違いのいずれにも気付かなかった。私たちは、必要とされる説明のレベルがこれらのオブジェクトをすぐに混乱の元にすることを認識しました - 「みんなの立方体の左右の三角形は上を向いていますか?」は必ずしも簡潔でも明確でもありません。さらに、測定が特別に設計されたオブジェクトに限定されていたという事実は実装を非実用的にしました - もし学生が本を測定したいとしたらどうでしょうか?

MSBの教員とのブレインストーミングにより、固定された3次元座標系として機能する「ベース」を作成するというアイデアが生まれました。このようにして、特別な方向マーカーを埋め込む必要がないので、任意のオブジェクトを測定できます。数ヶ月にわたり、デザインは最適化され、最終製品は以下の通りです。このボードはAutoCADで設計され、VCarve Proにインポートされ、そして最後にShopbotデスクトップCNCルーターで中密度ファイバーボードから切り取られました。当初は、3つのAPH点字定規をx、y、z軸として使用することを計画していました。これはy軸とz軸と互換性がありますが、x軸のルーラを回転させると、番号付けは逆方向になります。このように、私たちはどんなFDMプリンターでも簡単に印刷できる私たち自身の点字定規の設計に着手しました。これらはほとんどレタリングが施された平らなオブジェクトなので、高解像度で印刷するのは非常に簡単です。彼らの表面に埋め込まれた点字は、学生によると少し粗いにもかかわらず、はっきりしているので、いくらかの軽いサンディングが必要でした。 Z軸は、オブジェクトの高さの決定を容易にするために、ガイドがルーラーの上下にスライドできるように特別にデザインされています。この設計を何度か繰り返して、溝が最適であると判断し、ガイドを穏やかな力でスライドさせますが、重力によるものではありません。

ガイド付きフルz軸定規

「タイトル」タイル用のスペースが用意されているので、測定システムを記述することができます(つまり、メートル法、1cmの表記)。

デカルト座標軸は、ダイヤモンド結晶格子の単位格子のスケールモデルの寸法を測定する。 Micah Rubinによるデザインとプリントのダイヤモンドラティス。

z軸の設計により、測定ボードとは独立して、または測定ボードと組み合わせて使用​​できる別の設計を検討するようになりました。特に1人の学生は彼自身の測定ボードと定規を家に持っているという見通しに興奮していた、それで我々はメーカーによって愛されるもう少しより携帯用の道具を設計することに着手した:キャリパー。ルーラのデザインは上の写真のy軸ルーラのデザインと似ていますが、点字は0〜18cmまで数えるように少し修正されています。キャリパーは4つの部分に印刷されています:ベース、トップ、スライド、そして定規自体。下の写真のように、スライドはガイドレールに取り付けられ、上部とベースは定規にエポキシで固定されています。

簡単に測定するための完全に3Dプリントされたハンドヘルド点字キャリパー。

私たちの研究室とミズーリ州盲学校との共同研究は進行中であり、私たちはもっともっとエキサイティングなデザインが来ることを期待しています。このプロジェクトの結果として、MSBは彼らが彼ら自身の3Dプリンターを購入することを可能にした重要な助成金を授与されました。これは、もちろん、学生の間で大ヒットしています。私たちは、MSBの教師が3DモデリングプログラムRhinocerosを試すのを手伝ってきました。Rhinocerosは、必要に応じて自分たちのデザインを変更したり、自分のデザインを作成したりできる強力なツールです。将来のプロジェクトには、結合回転と結合角調整を可能にする内歯車を持つ分子構造、ラベル付き分子軌道を持つモデル、より複雑な結晶格子などが含まれます。

ここに示すモデルのSTLファイルと3DMファイルをダウンロードしてください。連絡先およびこれらのプロジェクトに関する詳細については、ラボのWebサイトをご覧ください。詳細については、ミズーリ州盲学校を訪問することもできます。

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