麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出一套3D打印系统，能够制造出通过物理交互改变表面外观的物体，无需依赖任何内部电子元件。

这套名为ShiftLens的系统将精心排布的光学层与内置机械部件相结合，使得物体在按压、滑动或旋转时呈现不同的图像或图案。整个设计可在多材料3D打印机上一次成型。

机械式显示的工作原理

ShiftLens通过在底层图案条纹上方覆盖柱状透镜阵列来实现外观切换。底层包含对应不同表面状态的图像条纹。当用户使透镜层相对底层发生位移时，透镜将光线导向并放大图案层的不同区域，从而改变表面所显示的内容。

MIT电气工程与计算机科学系博士生、该研究的第一作者Yunyi Zhu表示，核心工程挑战在于确保光学效果、机械联动与计算图形三者相互匹配。

研究人员开发了一款设计工具，可根据用户输入的期望视觉状态图像以及物体的形状与曲面参数，自动生成ShiftLens结构。由于系统需要在层间产生位移动作，最适合应用于带有旋转或滑动功能的物体，如口红管，或配合开关、旋钮、滚轮使用。

测试与应用前景

为测试该系统，团队制作了一个化学品瓶——瓶盖旋紧时瓶身变绿并显示对勾，松动时则变红并显示感叹号。他们还制作了一个井字棋游戏，棋盘方格可通过旋钮在红色“X”、蓝色“O”和空白之间切换。

Yunyi Zhu表示：“有了我们的系统，物体可以直接告诉你是否使用得当，无需传感器或任何复杂的电子设备。这种交互显示是纯机械的，因此你可以制造出一个自包含、多状态的交互设备，用户操作起来非常直观。”

研究团队认为，该技术可向商业和工业应用方向拓展，例如通过外观变化来标记管道连接处是否存在泄漏或损坏。他们计划进一步开发算法以减少用户输入，并扩展设计工具所支持的驱动机制类型。

该研究的共同作者包括MIT本科生Dingning Cao、慕尼黑工业大学研究生Jeremy Mrzyglocki、MIT EECS与机械工程系副教授、CSAIL成员Stefanie Mueller，以及东北大学博士后Narjes Pourjafarian。相关研究成果将在ACM用户界面软件与技术研讨会（UIST）上发表。