由领先的计算机科学家组成的团队开发了一种新颖的计算系统，以帮助设计和制造发条玩具，专注于自动化负责玩具卷绕运动的复杂内部机器。新的计算系统包括在常见的宽幅玩具中发现的各种元素机制的分析建模，包括它们的几何和运动学，以及准确地自动化玩具的构造以及消耗更少能量的移动部件。

来自中国科学技术大学，香港中文大学和伦敦大学学院的研究人员将于11月27日至11月30日在曼谷举行的SIGGRAPH Asia 2017上展出他们的作品。第10届年会和展览将展示一些世界领先的专业人士，学者和创意人才，他们处于计算机图形学和互动技术的最前沿。

发条玩具通常是轻质的，具有紧凑的内部机械组件，其由连接到弹簧键的发条马达提供动力。一旦玩具被卷起并且内部弹簧被释放，所存储的势能驱动玩具的内部机械部件，然后提示玩具的附加部分执行其指定的运动，例如摆动臂，移动尾部，摆动头部， 例如。内部组件通常由非平凡形状的小机械部件组成。这些部件必须紧凑地保持在玩具的车身外壳内，并以最小的摩擦力相互连接，以实现高效的运动传递，使得发条玩具难以手动设计。

“在3D打印这样的个性化制造时代，我们问道，为什么新手还不能设计定制的发条玩具?” 中国科学技术大学前副研究员，该研究的第一作者彭松博士说。“我们开始计算设计这些具有活动部件但需要低能量的富有表现力的玩具。”

研究人员在论文中详细介绍了发条玩具中常见的11种元素机制 - 基本运动模式，例如在向右和向左碰撞时上下移动或上下摆动时的摆动 - 并模拟其几何形状，运动特性和连接。根据用户输入，例如玩具零件，运动范围和马达姿势，团队的新方法自动构建和排列玩具内部的机械部件，以提供所需的玩具运动。研究人员通过旨在紧凑机构，最小化其重量，避免任何内部部件与弹簧马达和车身外壳之间的碰撞来优化卷绕机构的几何形状，并确保实现玩具的期望运动。

新手能够使用新的计算系统成功设计自己的发条玩具。这些设计采用3D打印，以测试新型号的功能。使用原型 - 一个发条玩具茶壶 - 研究人员表明，他们的计算机辅助设计产生了一个更紧凑的机械装置，机械部件更小，并且能够在更长的时间内运动并移动更长的距离。在未来，研究人员计划探索他们的方法在微机器人设计和机械玩具上的使用，这些机器玩具在有限的电池电量下运行。