Ricercatori che utilizzano la stampa 3D per creare un interruttore della tastiera ergonomicamente superiore
Secondo il Dipartimento del Lavoro del Dipartimento di Statistica del Lavoro , le lesioni da sforzo ripetuto, o RSI, da compiti come l’uso di una tastiera hanno rappresentato per i dipendenti 25.000 ore di assenza dal lavoro nel 2015. Ecco perché l’ergonomia stampata in 3D per tastiere e altri accessori per computer sono spesso ricercato. Ma una coppia di ricercatori dell’Università dell’Ohio ha deciso di esaminare il ruolo dell’interruttore della tastiera al fine di ridurre le forze di attacco chiave dell’utente come un modo per migliorare l’ergonomia.
Alec Peery e Dušan Sormaz del Russ College of Engineering and Technology dell’università hanno scritto un articolo, intitolato ” 3D Printed Composite Keyboard Switches “, sull’utilizzo della stampa 3D per esplorare questa nuova area del design degli interruttori per tastiera.
L’abstract della carta recita: “Questo documento è una dimostrazione di come la stampa 3D può essere utilizzata per creare un interruttore per tastiera composito (plastica e gomma) che sia ergonomicamente superiore a un interruttore in plastica stampato a iniezione tradizionale. L’interruttore prototipo sviluppato in questo progetto mira a ridurre le forze d’impatto dall’uso della tastiera esercitate sulle dita dell’utente “ammortizzando” l’atto di toccare l’interruttore durante la pressione di un tasto. Questo concetto è significativo per l’industria perché mira a ridurre le lesioni da uso eccessivo causate dal lavoro al computer, una parte dei $ 20 miliardi all’anno dovuti in compensazione dei lavoratori negli Stati Uniti. Uno switch per tastiera Cherry MX commerciale è stato modificato attraverso la modellazione CAD e la stampa 3D per incorporare le regioni di smorzamento nella metà inferiore dell’alloggiamento dell’interruttore.
Il tipo di interruttore a chiave più familiare per la maggior parte degli utenti è un interruttore a cupola di gomma, ma il suo ciclo di vita medio è significativamente inferiore a quello degli interruttori a tastiera meccanica. Non è nemmeno basato sui componenti, il che significa che il foglio di gomma che si trova sul PCB è l’unico pezzo che determina come si sente l’interruttore; gli interruttori meccanici consentono di scambiare lo stelo e la molla in base alle preferenze dell’utente. Infine, l’interruttore a cupola di gomma non può essere azionato senza che il suo materiale conduttivo entri in contatto con il PCB sottostante, il che significa che una forza di fondo viene trasferita all’utente ogni singola sequenza di tasti – qualcosa su cui sono migliorati gli interruttori meccanici.
I ricercatori hanno utilizzato una stampante 3D Polyjet di Objet350 per il loro lavoro, in quanto ha consentito loro di esplorare la stampa 3D di un interruttore che poteva mantenere le sue tradizionali guide in plastica a basso attrito per un’agevole attuazione, ma utilizzare una base elastica per assorbire l’impatto della battitura.
“Pertanto, l’obiettivo principale di questo articolo è quello di esplorare le implicazioni e gli esiti della stampa 3D di una custodia meccanica dell’interruttore della tastiera con aree di smorzamento in gomma per assorbire la forza di un utente rispetto alla chiave”, scrivono Peery e Sormaz . “Questo è particolarmente interessante quando si evidenzia che l’utente medio impiega 2-7 volte la forza necessaria per azionare la chiave.”
Hanno acquistato i modelli commerciali degli interruttori per ricreare un alloggiamento dell’interruttore inferiore con le regioni di smorzamento per lo stelo, le sezioni trasversali e quindi hanno modellato gli interruttori modificati utilizzando il software CAD, prima di stampare in 3D la maggior parte dell’alloggiamento dell’interruttore in nylon. I ricercatori hanno utilizzato un microcontrollore UNO Arduino e un convertitore analogico / digitale da 10 bit, collegato a un resistore sensibile alla forza (FSR), per creare un apparato per testare interruttori stampati 3D con aree di smorzamento negli alloggiamenti inferiori contro interruttori commerciali e interruttori stampati 3D, entrambi senza regioni di smorzamento.
“Per simulare una pressione di un tasto, un cilindro da 150 grammi di alluminio è stato lasciato cadere dall’estremità di 125 mm sull’RSR appoggiato sulla parte superiore degli steli dell’interruttore 30 volte per ciascuna delle 3 configurazioni degli interruttori. Maggiore è la forza trasferita dal cilindro di alluminio nella FSR, maggiore è la tensione stampata sulla console del software Arduino “, hanno spiegato i ricercatori. “I dati sono stati quindi filtrati in Excel e ordinati dal più alto al più basso e la più alta tensione per goccia è stata salvata.”
Mentre la fiducia nei dati è piuttosto carente, i risultati hanno mostrato che una riduzione della forza d’impatto è stata vista come previsto; Peery e Sormaz hanno scritto che devono solo affinare il loro metodo di test e “caratterizzare correttamente gli switch in modo che possano essere apportate ulteriori modifiche minuscole e rilevate con sicurezza.”
“I test futuri includeranno 3 principali cambiamenti nel tentativo di aumentare l’accuratezza dei dati raccolti dai sensori e aumentare la coerenza del colpo chiave simulato”, hanno spiegato i ricercatori. “Al fine di migliorare la precisione delle letture del sensore, verrà utilizzato un microcontrollore Launchpad TI c2000 più potente con una velocità di clock di 60 MHz e un convertitore analogico / digitale 32 bit rispetto agli Arduino UNO 16 e 10 rispettivamente. Per migliorare la coerenza della simulazione del colpo chiave, l’asse verticale di un robot a braccio FLX a 3 assi verrà utilizzato per colpire la chiave e il sensore. ”
