Исследователи из группы профессора Массачусетского технологического института Стефани Мюллер потратили большую часть последнего десятилетия на разработку различных вычислительных методов, направленных на переосмысление того, как проектируются продукты и системы. Подобно тому, как платформы вроде Instagram позволяют пользователям изменять 2D-фотографии с помощью фильтров, Мюллер представляет себе мир, в котором мы можем делать то же самое для широкого спектра физических объектов.

В новой статье, находящейся в открытом доступе, ее команда из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) продемонстрировала новую технологию печати в этом направлении, которую они назвали «термохромоморф», — с помощью которой создаются изображения, способные менять цвет при нагревании.

Статья опубликована в журнале SIGGRAPH Asia 2024 Art Papers.

Под руководством первого автора и аспиранта Массачусетского технологического института по электротехнике и информатике Тичи Мелоди Сетхапакди исследователи утверждают, что они могли бы представить себе применение своего метода способами, которые были бы одновременно художественными и функциональными, например, чашка кофе, предупреждающая, если жидкость слишком горячая, или упаковка лекарств или скоропортящихся продуктов, которая могла бы указывать, хранился ли продукт при безопасной температуре.

Так называемые «термохромные» материалы, которые визуально меняются в зависимости от температуры, не являются чем-то новым — вы можете видеть примеры с такими потребительскими напитками, как Coke и Coors Light, на которых при охлаждении появляется маркировка «готово к употреблению». Но такие примеры в маркетинге продуктов традиционно ограничивались одним цветом.

По словам Сетхапакди, благодаря использованию чернил с взаимодополняющими характеристиками — один набор из прозрачных превращается в цветные, а другой — из цветных в прозрачные — она и ее коллеги «наконец-то используют преимущества полноцветной печати, которая открывает массу возможностей для дизайна с использованием термохромных материалов».

Исследователи работали с несколькими визуальными художниками , чтобы научить их использовать Thermochromorph, а затем запросили обратную связь и провели мозговой штурм о новых повествовательных концепциях и методах, которые разблокировал инструмент, например, меняющие цвет открытки, которые могли бы рассказывать последовательные истории более компактно и динамично. Один из участников даже планирует использовать Thermochromorph для создания образовательного научного комплекта, нацеленного на обучение студентов морским существам, которые меняют цвет.

Команда разработала свой метод специально для «рельефной печати» — ранней формы печатной графики, которая подразумевает вырезание рисунка на блоке материала, нанесение на него чернил или пигмента, а затем перенос изображения на бумагу или другую поверхность.

Sethapakdi говорит, что по сравнению с такими методами, как трафаретная печать, рельефная печать «легче» и может быть выполнена с меньшим количеством настроек и материалов, что позволяет ускорить итерационный процесс с меньшими ставками. Художники, среди которых Пабло Пикассо и Сальвадор Дали, использовали ряд связанных подходов в своей работе, таких как гравюра на дереве и линогравюра.

«Наш главный вклад заключается в применении этих новых материалов к традиционному художественному процессу и изучении того, как художники могут использовать их в своей практике», — говорит Сетапакди, ведущий автор смежной статьи, которая недавно была представлена ​​на конференции SIGGRAPH Asia в Токио.

Компонент, изменяющий цвет, также не обязательно должен исходить от активного внешнего источника нагрева или охлаждения, такого как холодильник или плита; использование термохромных чернил с более низкими температурами активации может позволить более тонкие тепловые изменения, вызванные человеческим прикосновением. Сетапакди говорит, что она даже могла бы представить себе применение этого нового процесса для создания интерактивных поверхностей или динамических аналоговых «интерфейсов», которые визуально меняются в ответ на прикосновение.

Термохромоморф сочетает в себе цифровые и аналоговые процессы в виде CMYK-изображения и лазерной резки, с одной стороны, и ручную печать и термохромные чернила, с другой. Изготовление включает четыре основных этапа:

• Подготовка блока: Для термохромоморфа используются цельные блоки из твердой древесины. Блоки вырезаются лазером и гравируются с желаемым дизайном, а затем промываются водой для удаления любых оставшихся частиц.
• Нанесение чернил на блок: Сначала тонкий слой чернил равномерно распределяется по пластине с помощью резинового валика. Затем чернила переносятся с валика на деревянный блок.
• Регистрация: Регистрационный шаблон используется для позиционирования деревянного блока, чтобы гарантировать правильное выравнивание различных слоев чернил. Затем поверхность для печати, например, бумага, помещается поверх блока и закрепляется.
• Печать изображений: Печатный пресс используется для равномерного давления на поверхность печати и переноса краски с блока на поверхность. Сначала печатается горячее изображение, затем холодное. (При необходимости можно нанести дополнительную краску на определенные области блока, чтобы подправить отпечаток.)

Три отпечатка, которые команда использовала для демонстрации своей техники, представляли собой набор кадров из комикса о Бэтмене, этикетку с изображением рыбы и ее скелета, а также изображение мужчины в профиль и спереди. (В последнем случае при изменении температуры точка обзора постепенно смещается, создавая эффект движения.)

Стоит отметить, что у Thermochromorph есть некоторые потенциальные ограничения, связанные с разрешением изображения и качеством печати. ​​В частности, разрешение изображения ограничено наименьшим размером точки, которую может гравировать лазерный резак команды. Такие методы, как трафаретная печать, компенсировали бы это, но с дополнительным недостатком в виде необходимости большего количества времени и материалов.

С точки зрения качества печати пигменты не полностью невидимы в своих «прозрачных» состояниях, что означает, что четкость переходов зависит от того, насколько толстыми были нанесены слои чернил во время печати. ​​Хотя эта проблема является неотъемлемой частью свойств пигментов, Сетапакди говорит, что для будущих итераций команда планирует изучить различные методы обработки изображений, чтобы изменить наложение полутоновых узоров для горячих и холодных изображений, что может помочь уменьшить эти визуальные артефакты.

Сетапакди и Мюллер выступили соавторами новой статьи совместно с недавней выпускницей Джулианой Коваррубиас, аспиранткой Массачусетского технологического института по специальности «Медиаискусство и наука» Пэрис Майерс, аспиранткой Калифорнийского университета в Беркли Тяньюй Юй и научным сотрудником Adobe Маккензи Лик.