[IMWUT 23 REVIEW] E3D: Harvesting Energy from Everyday Kinetic Interactions Using 3D Printed Attachment Mechanisms

This document is structured as follows:

• Meta Information about the Paper (논문 정보)

• Researcher's Affiliation Site (저자 연구실 정보)

• Content for General Readers (일반 독자를 위한 내용)

• Content for Readers Who Want to Know More about the Paper (관련 분야 전문가를 위한 내용)

• Summary of Lessons Learned (교훈 정리)

let’s start.

Meta Information about the Paper

Arabi, A. A., Wang, X., Zhang, Y., & Kim, J. (2023). E3D: Harvesting Energy from Everyday Kinetic Interactions Using 3D Printed Attachment Mechanisms. Proceedings of the ACM on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies, 7(3), 1-31.

Video: unknown

Researcher's Affiliation Site

<Joint work>

Prof. Jeeeun Kim(HCIED Lab in Texas A&M University)

https://hcied.info/

Prof. Yang Zhang ( HiLab in UCLA)

https://hilab.dev/

Content for General Readers

motivation

Recent advances in Human-Computer Interaction (HCI) research, particularly in computational design and the success of low-cost 3D printers, have empowered users with versatile tools for augmenting physical objects and creating personal robotic devices [44, 3, 50]. Personal fabrication serves as the backbone of such computational tools, enabling on-demand production while contributing to reduced 𝐶𝑂2 emissions [29]. Energy harvesting devices offer a promising solution to the growing problem of battery dependency. However, the complexity involved in designing and fabricating these devices presents significant barriers for non-experts.

한글 요약:

최근 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 연구에서는 컴퓨팅 디자인과 저비용 3D 프린터의 발전을 통해 물리적 물체에 기능을 증강하거나 개인 로봇 장치를 제작할 수 있는 도구를 제공하고 있습니다 [44, 3, 50]. 개인 제작은 이러한 도구의 근간이 되며, 주문형 제작을 가능하게 하면서 𝐶𝑂2 배출량을 줄이는 데 기여합니다 [29]. 배터리 의존 문제를 해결할 수 있는 방법으로 에너지 수확 장치를 사용할 수 있지만, 이는 비전문가에게 복잡한 과정으로 인식되고 있습니다.

contribution

• Provide an end-to-end personal fabrication system that enables users with little to no prior knowledge to easily capture design requirements and automatically generate self-powered smart devices.

• Conducted a survey of 36 everyday objects that involve user interaction to generate a taxonomy of physical objects capable of harvesting energy.

• Implemented a closed-loop design pipeline using commercial smartwatches to capture motion profiles through demonstrations, which are used to generate 3D printable models of energy harvesters.

한글요약:

• 사전 지식이 거의 없는 사용자도 설계 요구사항을 쉽게 캡처한 후, 자동으로 자가 전력 공급 스마트 장치를 생성할 수 있는 종단 간 개인 제작 시스템을 제공합니다.

• 사용자의 동작으로 조작되는 36개의 일상 물체에 대한 조사를 통해 에너지를 수확할 수 있는 물리적 물체의 분류 체계를 생성했습니다.

• 상용 스마트워치를 활용해 동작 프로필을 시연을 통해 캡처하는 폐쇄 루프 설계 파이프라인을 구현하여, 3D 프린트 가능한 에너지 수확 장치 모델을 생성하는 프로그램을 개발했습니다.

Content for Readers Who Want to Know More about the Paper

Limitation:

• The current mechanism created using E3D is 3D-printed with plastic filaments like PLA and PETG, which may wear out over time. Especially when used outdoors, there may be a problem of degradation due to exposure to sunlight.

• When attaching the mechanism to small objects like door handles, the current size may be somewhat large. This is due to the size limitations of the DC motor and gears.

• Complex movements (e.g., opening a door followed by turning the handle) are not yet fully supported.

• There are limitations to harvesting or wirelessly transmitting energy on a building scale with the current technology.

한글요약:

• 현재 E3D로 만든 메커니즘은 PLA, PETG 등의 플라스틱으로 3D 프린팅되어 시간이 지나면 마모될 수 있고, 야외 사용 시 태양광에 의해 분해될 수 있다.

• 작은 물체에 부착할 때 메커니즘의 크기가 다소 클 수 있다.

• 복잡한 움직임(예: 문 열기 후 손잡이 돌리기 등)은 아직 지원이 미흡하다.

• 건물 단위의 에너지 수확이나 무선 전송은 기술적 한계가 있다.

Future work:

• Research into enhancing the durability of the mechanism by using wear-resistant materials (such as PEEK).

• Research into further miniaturizing the mechanism by using micro-sized DC motors.

• Advancing activity recognition technology to support objects with complex movements.

• Applying the technology to wearable devices to harvest energy from users' body movements (walking, running, etc.).

• Exploring technologies for harvesting energy on a building scale and transmitting it wirelessly.

• Research into integrating energy harvesting with smart home automation.

한글요약:

• 마모에 강한 소재를 활용해 내구성을 높이는 연구.

• 초소형 DC 모터 등을 통해 메커니즘을 소형화하는 연구.

• 복합적 움직임을 지원하기 위한 활동 인식 기술 고도화.

• 신체 움직임을 활용한 에너지 수확을 웨어러블 디바이스에 적용하는 연구.

• 건물 단위의 에너지 수확 및 무선 전송 기술 연구.

• 에너지 하베스팅과 스마트홈 자동마모에 강한 소재를 활용해 내구성을 높이는 연구.

Reference number below

https://dl.acm.org/doi/10.1145/3610897