曲げと伸びを自ら測る関節を1回で3Dプリント。MITと天津大学の「X-Hinges」がロボットを操る手袋も刷る

関節を曲げると、その関節自身が曲がった角度を電気信号で返す。そんな部品を、センサーの貼り付けもはんだ付けもせずに3Dプリンターから一度に取り出す手法「X-Hinges」を、MIT CSAIL と天津大学のチームが発表した。論文は11月2〜5日に米デトロイトで開かれる ACM UIST 2026 で発表される。筆頭著者は天津大学の博士課程で CSAIL 客員研究員の Xiang Chang 氏、責任著者は MIT ポスドクの Jiaji Li 氏で、Stefanie Mueller 准教授らが加わる。

電気の通しやすさが1000倍違う2つの導電材

曲がる部分のセンサーは高抵抗の導電性TPU（約1.23×10⁴Ω·cm）、配線は約1000倍電気を通す導電性フィラメント（約8.75Ω·cm）、全体を包む本体は絶縁性のTPUで刷る。抵抗に3桁の差をつけることで、配線が曲がったときの変化を信号から外す。絶縁の外皮は、触れた人の体の抵抗が回路に入るのを防ぐ。左右と上下の曲げには対になったセンサーの差を取る配置を、伸縮には中心線上の1本を形に組み込み、1軸ずつの試験で他軸への漏れは最小8.2%だった。論文は Prusa XL、Bambu H2D、Snapmaker U1 など市販のマルチマテリアルFDM機で造形できるとし、Rhino 上の設計ツールが材料を割り当てた .3mf を書き出す。

ロボットハンドを動かす手袋

試作の1つが遠隔操作用の手袋だ。指の関節に X-Hinges を一体で刷り込み、50Hzで読み取った指の角度をロボットハンドに送り、握手や2本指でのつまみ上げをこなした。遅延は180〜200ms。たたむ深さで明るさが変わる折り紙ランプや、ブドウ・リンゴ・キンカンを見分ける触覚シートも作った。

誤差と校正

3軸を同時に動かした試験の平均誤差は左右の曲げ7.35°、上下の曲げ6.59°、伸縮1.35mm。導電性TPUにはヒステリシスとクリープが残り、刷るたびに出力も変わる。一緒に刷ったマーカーをスマートフォンなどのカメラで追って校正すると、新しく刷った別個体の誤差は10.02°から3.96°に下がった。同じ形の2個目以降なら、校正の計測は2分ほどで済むという。42万回の曲げ試験で構造は壊れなかった。ただし3軸の同時推定を確かめたのは試作1点で、専用の読み取り基板とカメラ校正も要る。論文は対象を研究者やデザイナー、エンジニアとし、基板と校正の簡素化を今後の課題に挙げる。

「動く」と「感じる」を同じ造形で

Li 氏らは、ケーブル駆動の機構を一度に刷る Xstrings（CHI 2025）、曲げを接点のオン・オフで読む Xspine（CHI 2026）を出してきた。X-Hinges はその検出を連続値に広げたもので、次は駆動とセンシングを同じ造形で両立させるという。Mueller 氏のグループからは Bifur-circuits も出ている。

光造形機が3Dデータを樹脂の形に引き出してくれた頃、センサーは形ができた後に貼るものだった。X-Hinges では、どこで何を測るかを形の設計と同時に決める。組み付けの手間が減るぶん、考える時間が増える。Reward AI の OM-1 のように手袋で人の動きを集める流れのなかで、手の大きさに合わせて刷り直せるデータグローブを、工房や研究室が自前で用意する道も見えてくる。

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出典

• X-Hinges: 3D Printing Self-Sensing Compliant Mechanisms for Continuous and Multi-DOF Motion Sensing（arXiv:2609.11077、UIST ‘26 採録の著者最終稿） — 2026-09-10
• This design software reimagines everyday objects as self-aware devices（MIT News） — 2026-10-22
• X-Hinges 紹介動画（Jiaji Li、YouTube）
• Xspine: Integrating Motion Sensing Capability into Dynamic Structures Using Multi-material FDM 3D Printing（MIT CSAIL HCI Engineering Group） — CHI 2026
• 3D printing approach strings together dynamic objects for you（MIT News） — 2025-03-18