MIT CSAIL 与天津大学推出 X-Hinges 设计软件，可 3D 打印带内置传感器的自感知物件

面包屑导航

麻省理工学院新闻

这款设计软件将日常物品重新构想为具有自我意识的设备

“X-Hinges”帮助设计和3D打印灯具、手套等物品，并赋予其互动特性：自动嵌入的传感器能够感知人体接触并做出自适应响应。

观看视频

Alex Shipps | 麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）

发布日期：2026年10月22日

电子邮箱：rachelg@csail.mit.edu

电话：617-258-0675

图片说明：“这有点像给日常物品添加了一种有意识的元素，”麻省理工学院博士后、CSAIL研究员李佳骥（Jiaji Li）说。“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，这些作品内置了传感功能，能够自适应地对人体触摸做出反应。”

图片来源：研究人员提供。

小时候，你可能看过一些迪士尼电影，片中时钟、杯子和玩具等无生命物体被描绘成人类的互动伙伴——这似乎纯粹是魔法。但麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）的科学家们现在正在做类似的事情：将静止的物品转变为具有自我意识的工具，能够感知人体动作并做出响应以完成任务。

工程师们已经3D打印出这些内置传感功能的动态物品，使用导电材料制作传感器和内部走线（有点像电线）。问题在于：这两个组件通常使用相同的材料制造，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或验证用户动作的角度，导致人形机器人学员出现错误。

麻省理工学院CSAIL和中国天津大学（TJU）的研究人员可能找到了一种3D打印更精确互动物品的方法。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，旨在发送尽可能强的信号；另一种用于类似电线的元件，不会产生干扰。互动信息不会在传递中丢失，这意味着用户可以制造出实时响应的物品，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，然后选择某些部件的运动方式。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够垂直和横向移动。然后，新工具会在物体弯曲处（在此例中为关节）嵌入传感器，以捕捉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和响应你的互动。

“这有点像给日常物品添加了一种有意识的元素，”麻省理工学院电气工程与计算机科学（EECS）博士后、CSAIL研究员、介绍这项工作的论文资深作者李佳骥说。“你得到的是更了解自己被如何使用、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，这些作品内置了传感功能，能够自适应地对人体触摸做出反应。”

播放视频

李佳骥和论文第一作者、天津大学博士生、CSAIL访问研究员常翔（Xiang Chang）使用X-Hinges创造了许多巧妙的设备。例如，他们制作了一只可以教机器人如何抓取积木的手套。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，再迅速将这些信息传递给仿人机械手进行模仿。这种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。

研究人员还使用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，并相应地调节亮度。当你打开这个自适应便携光源（有点像阅读灯）时，它看起来像一张折叠的纸，然后展开成一盏灯。

X-Hinges甚至可以组装出能够识别放置在其上的物体的设备。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，帮助你从零开始设计互动物品。用户可以选择设计中每个部件的外观和运动方式，就像研究人员制作那个形似卡通鲨鱼的视频游戏手柄时所做的那样。

X-Hinges 提供四种形状供你选择：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。接着，他们选择了玩具的弯曲方式，让它的尾巴上下移动，有点像操纵杆。最后，程序嵌入了传感器，科学家们用 3D 打印制作出了他们的设备。

研究人员表示，与过去 3D 打印响应式日常物品的尝试相比，X-Hinges 的多样化运动是一项新颖特性。“大多数方法只允许一个运动轴，这往往是由于信号干扰。X-Hinges 能让你的 3D 打印物品从三个角度运动，”Chang 说。“最终，你会得到一个具有你所期望运动方式的设计。它还能同时记录各个区域的运动数据，使设备能够对不同类型的交互做出响应。”

该工具可能有助于实现看似平凡之物尚未开发的潜力。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，一个物品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 打印一件物品时，其电气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，这一点就至关重要。为了解决这个问题，Chang 和 Li 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一种内置的信号重新校准机制。

这一雄心可以追溯到李佳骥自身研究中的主线：让驱动和传感直接在 3D 打印物体内部“生长”，而不是事后添加。他此前构建了打印的肌腱驱动机构，使物体具备运动能力；X-Hinges 则是他如今在传感能力基础上的进一步构建。他说，下一步是在一次打印中把两者结合起来——让驱动和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 与麻省理工学院 EECS 副教授兼 CSAIL 首席研究员 Stefanie Mueller 以及近期毕业的天津大学毕业生 Haiyang Yan 共同撰写了这篇论文。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。

工程学院

麻省理工学院施瓦茨曼计算学院

计算机科学与技术

产品设计

制造

电气工程与计算机科学（EECS）

工程学院

麻省理工学院施瓦茨曼计算学院