MIT CSAIL 与天津大学推出 X-Hinges 软件，可 3D 打印能感知动作的自感知物件

MIT News· Alex Shipps | MIT CSAIL·2026-10-23 04:45· 2 小时前AI 评分44

这款设计软件将日常物品重新构想为具有自我感知能力的设备

AI 导读

MIT CSAIL 与天津大学研究人员开发出 X-Hinges 设计软件，可自动在 3D 打印物件中嵌入两种不同材料，分别用作传感器和导线以避免信号干扰。该工具支持压缩、上下、左右最多三个运动轴，并同步采集各方向运动数据，已用于制作可教机器人抓取积木的手套、折纸台灯和物体识别装置。目前每件打印品的电路布局存在细微差异，需借助计算机视觉系统重新校准传感器输出。

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小时候，你可能看过几部迪士尼电影，片中把时钟、杯子、玩具等无生命物体描绘成人类的互动伙伴——这看起来纯粹是魔法。但 MIT 计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的科学家们如今正在做类似的事情：将静止的物品转变为具有自我感知能力的工具，它们能感知并响应人类动作以完成某项任务。

工程师们已经用内置传感功能 3D 打印出这些动态物品，内部使用导电材料制作传感器和走线（有点像导线）。问题在于：这两个部件通常使用同一种材料制造，因此会发出相似的信号。这有点像同时听到两个广播电台，这种混杂信号很难解读。比如说，一只向机械手传递如何抓取特定物体指令的手套就会因此受到干扰。该设备无法滤除噪声，也无法验证用户动作的角度，导致作为学生的人形机器人出错。

CSAIL 和中国天津大学（TJU）的研究人员可能找到了 3D 打印更精确交互物品的方法。借助他们的“X-Hinges”软件，用户可以自定义设计，该工具会自动嵌入两种不同的材料：一种用于传感器的耗材，旨在发出尽可能强的信号；另一种用于不产生干扰的类导线元件。交互信息不会在传递中丢失，这意味着用户可以制造出能实时响应的物品，例如小型机器人、家居装饰、物体检测系统和玩具。

使用 X-Hinges，用户可以通过选择和连接不同形状来组装物品，然后选择某些部件如何运动。该物品不会像以往方法那样仅限于一种运动方式；相反，用户最多可以选择三个“轴”：压缩、上下或左右。例如，在构建机械手时，你很可能希望指尖能垂直和横向移动。然后，这个新工具会在物体弯曲处（在此例中为关节）嵌入传感器，以采集来自两个角度的运动数据。这样，设备在 3D 打印完成后，就能更动态地理解并响应你的交互。

“这有点像给日常物品添加一种意识元素，”介绍这项工作的论文的资深作者、MIT 电气工程与计算机科学（EECS）博士后兼 CSAIL 研究员 Jiaji Li 说。“你得到的是能更好地理解自己如何被使用、并有更多方式做出响应的物品。就像 AI 智能体被编程为根据我们的指令做出某些决策一样，这些造物内置了传感功能，能自适应地响应人类触摸。”

李佳吉（Jiaji Li）和论文第一作者、天津大学博士生、麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）访问研究员常翔（Xiang Chang）利用 X-Hinges 制作了许多巧妙的装置。例如，他们制作了一只手套，可以教机器人如何抓取积木。它能适应用户手部的大小，然后通过传感器记录手指关节的弯曲方式，并迅速将这些信息传递给仿人手机器人以进行模仿。这只手套在工厂或家庭中可能很有用，因为机器人经常需要快速学习新的交互方式。

研究人员还用 X-Hinges 制作了一盏小型折纸风格台灯。它能感知人将其捏合关闭的动作，并据此调节亮度。当你打开这个自适应便携光源（有点像阅读灯）时，它看起来就像一张折叠起来的纸，随后展开成一盏灯。

X-Hinges 甚至能组装出可识别放置其上物体的装置。例如，你可以把一根香蕉放在上面，它几乎能立即根据传感器记录的触觉数据识别出这种水果。这种先进的物理感知能力可以集成到机场和杂货店等场所的检测系统中。 

科学家们每件作品的背后都有一个易于使用的界面，帮助用户从零开始设计交互式物体。用户可以选择设计中每个部分的外观和运动方式，就像研究人员制作那个外形像卡通鲨鱼的视频游戏控制器时所做的那样。

X-Hinges 提供四种形状供选择：自定义选项、圆柱体、矩形和细轮廓。为了重现鲨鱼尾巴的独特外观，研究人员设计了自己的形状。然后他们选择了玩具的弯曲方式，让尾巴上下移动，有点像操纵杆。最后，程序嵌入了传感器，科学家们用 3D 打印出了他们的装置。

研究人员表示，与过去 3D 打印响应式日常物体的尝试相比，X-Hinges 的多样化运动是一项新颖特性。常翔说：“大多数方法只允许一个运动轴，通常是由于信号干扰。X-Hinges 能让你的 3D 打印物品从三个角度运动。最终，你能得到一个具有你所期望运动方式的设计。它还能同时记录每个区域的运动数据，使设备能够响应不同类型的交互。”

这一工具可能有助于释放看似平凡之物的未开发潜力。我们每天为特定目的使用的物品，比如用于喝水的水瓶或用于照明的台灯，都可以变成交互式小装置。就像聊天机器人利用某种数字智能来回答你的提示一样，一个物体也可以借助某种物理智能，在用户与其交互时执行物理任务。

不过，X-Hinges 目前面临校准瓶颈。每次 3D 打印一个物品时，其电子元件的布局都会略有不同，因此两个从外观上看完全相同的设备可能不会产生相同的传感器读数。例如，如果你要为两个不同的用户制作一只可变形的健身手套，这一点至关重要。为了解决这个问题，常翔和李佳吉构建了一个计算机视觉系统，可以重新校准输出以使其对齐，确保两个相同物品的数据准确一致，不过他们希望未来能开发出内置的信号重新校准机制。

这一雄心可追溯到李佳吉（Jiaji Li）自身研究中的一条主线：让驱动与传感直接在3D打印物体内部“生长”出来，而非事后添加。他此前曾构建出打印的肌腱驱动机构，赋予物体运动能力；X-Hinges则是他如今在传感能力基础上的进一步拓展。他表示，下一步是将两者结合于单次打印之中——让驱动与传感在同一制造过程中一同诞生，从而为具身智能和AI智能体开辟新的物理平台。

Chang和Li与MIT电子工程与计算机科学系副教授、CSAIL首席研究员Stefanie Mueller以及近期毕业的TJU学生Haiyang Yan共同撰写了该论文。他们的工作部分得到了浙江大学博士后研究奖学金和MIT-GIST项目的支持。

研究人员将于11月初在ACM用户界面软件与技术研讨会上展示他们的工作。

来源：MIT News · news.mit.edu