Obrázky, které se mění teplem

Výzkumníci z MIT, z pracovní skupiny profesorky Stefanie Mueller, strávili poslední desetiletí vývojem různých výpočetních technik zaměřených na přehodnocení způsobu, jakým jsou navrhovány produkty a systémy. Podobně jako platformy, jako je Instagram, umožňují uživatelům upravovat 2D fotografie pomocí filtrů, profesorka Mueller si představuje svět, kde můžeme totéž dělat s širokou škálou fyzických objektů.

V nové studii s otevřeným přístupem jejich tým z MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) předvedl novou tiskovou techniku, kterou nazvali „Thermochromorph“, která vytváří obrázky, které mění barvu při zahřátí.

Pod vedením první autorky a doktorandky elektrotechniky a informatiky MIT Ticha Melody Sethapakdi SM '22, výzkumníci uvádějí, že si dokáží představit použití své metody v uměleckých i funkčních aplikacích, jako je například hrnek na kávu, který varuje, pokud je kapalina příliš horká, nebo obal na léky nebo rychle se kazící potraviny, který může indikovat, zda byl produkt skladován při bezpečné teplotě.

Takzvané „termochromické“ materiály, které se vizuálně mění s teplotou, nejsou nové – příklady lze vidět u spotřebitelských nápojů, jako je Coca-Cola a Coors Light, které odhalují označení „hotovo k pití“ po zchlazení. Takové případy v marketingu produktů však byly tradičně omezeny na jedinou barvu. Použitím inkoustů s komplementárními vlastnostmi – s jednou sadou, která přechází z čiré na barevnou, a druhou z barevné na čirou – Sethapakdi říká, že s kolegy „konečně využívají výhod plnobarevného procesu tisku, což otevírá mnoho možností pro návrh s termochromickými materiály.“

Výzkumníci spolupracovali s několika vizuálními umělci, aby je naučili používat Thermochromorph, a poté vyžádali zpětnou vazbu a brainstorming o nových narativních konceptech a technikách, které nástroj odemkl, jako jsou barevně měnící se pohlednice, které by mohly vyprávět sekvenční příběhy kompaktnějším a dynamičtějším způsobem. Jeden účastník dokonce plánuje použít Thermochromorph k vytvoření vzdělávací vědecké sady zaměřené na výuku studentů o mořských tvorech, které mění barvu.

Tým vyvinul svou metodu tak, aby byla aplikována konkrétně na „reliéfní tisk“, ranou formu tisku, která zahrnuje vyřezávání designu do bloku materiálu, nanášení inkoustu nebo pigmentu na něj a poté přenos obrazu na papír nebo jiný povrch.

Sethapakdi říká, že ve srovnání s technikami, jako je sítotisk, je reliéfní tisk „lehčí“ a lze jej provádět s menším nastavením a menším množstvím materiálů, což umožňuje rychlejší iterační proces s menším rizikem. Umělci, mezi něž patří Pablo Picasso a Salvador Dalí, používali ve své práci řadu souvisejících přístupů, jako je dřevoryt a linoryt.

„Naším hlavním přínosem je použití těchto nových materiálů v tradičním uměleckém procesu a zkoumání toho, jak by je umělci mohli používat jako součást své praxe,“ říká Sethapakdi, hlavní autorka související studie, která byla nedávno představena na SIGGRAPH Asia v Tokiu.

Barevně měnící se složka nemusí pocházet z aktivního externího zdroje tepla nebo chlazení, jako je například chladnička nebo plotýnka; použití termochromických inkoustů s nižšími aktivačními teplotami může umožnit jemnější tepelné změny způsobené dotykem člověka. Sethapakdi říká, že si dokonce dokáže představit použití tohoto nového procesu k vytvoření interaktivních povrchů nebo dynamických analogových „rozhraní“, která se vizuálně mění v reakci na dotyk.

Thermochromorph kombinuje digitální a analogové procesy v podobě CMYK zobrazování a laserového řezání na jedné straně a ručního tisku a termochromických inkoustů na straně druhé. Výroba zahrnuje čtyři hlavní kroky:

1. Příprava bloku: Pro Thermochromorph se používají masivní dřevěné bloky. Bloky jsou laserově řezány a gravírovány s požadovaným designem a poté opláchnuty vodou, aby se odstranily všechny zbytkové částice.
2. Inkoustování bloku: Nejprve se tenká vrstva inkoustu rovnoměrně rozetře na desku pomocí gumové stěrky. Poté se inkoust přenese ze stěrky na dřevěný blok.
3. Registrace: K zarovnání dřevěného bloku se používá registrační přípravek, aby se zajistilo správné zarovnání různých vrstev inkoustu. Tiskové médium, například papír, se poté umístní na blok a zajistí.
4. Tisk obrazů: K aplikaci rovnoměrného tlaku na tiskovou plochu a přenosu inkoustu z bloku na plochu se používá tiskařský lis. Nejprve se tiskne horký obraz, poté studený. (V případě potřeby lze na konkrétní oblasti bloku aplikovat další inkoust k úpravě tisku.)

Tři tisky, které tým použil k předvedení své techniky, byly sada snímků z komiksu Batman, štítek zobrazující rybu a její základní kostru a obraz mužského subjektu jak v profilu, tak zepředu. (V druhém případě se s měnící se teplotou postupně mění úhel pohledu, což vytváří efekt pohybu.)

Je třeba poznamenat, že Thermochromorph má některá potenciální omezení týkající se rozlišení obrazu a kvality tisku. Konkrétně je rozlišení obrazu omezeno nejmenší velikostí bodu, kterou může laserový řezací stroj týmu gravírovat. Techniky, jako je sítotisk, by to kompenzovaly, ale s další nevýhodou, že vyžadují více času a materiálů. Pokud jde o kvalitu tisku, pigmenty nejsou ve svých „čirých“ stavech zcela neviditelné, což znamená, že jasnost přechodů závisí na tom, jak silně byly vrstvy inkoustu během tisku naneseny. I když je tento problém vlastní vlastnostem pigmentů, Sethapakdi říká, že pro budoucí iterace tým plánuje zkoumat různé techniky zpracování obrazu, aby upravil překrytí rastrových vzorů pro horké a studené obrazy, což může pomoci snížit tyto vizuální artefakty.

Sethapakdi a Mueller napsali novou studii společně s Julianou Covarrubias '24, postgraduální studentkou mediálních umění a věd MIT Paris Myers, doktorandkou University of California v Berkeley Tianyu Yu a vědeckou pracovnicí Adobe Research Mackenzie Leake.