简单的软件即可创建复杂的木制关节

复杂的互锁组件意味着无需工具。

出于美观和环保目的，木材被认为是有吸引力的建筑材料。有用的木质物品的建造需要复杂的结构和连接组件的方式。研究人员创建了一个新颖的3-D设计应用程序，以简化设计过程，并提供铣床说明来生产设计的组件。设计不需要钉子或胶水，这意味着使用此系统制作的物品可以轻松组装，拆卸，重复使用，维修或回收。

木工是一种与人类本身一样古老的习俗。艺术与工程学并存，它形象地塑造了世界。尽管木工无处不在，但木工却是一项困难且费时的技术，导致手工制作的木制物品（如家具）的价格相对较高。由于这个原因，许多木制家具通常在某种程度上由机器制造。某些机器可以高度自动化，并可以由人类设计师在计算机上创建的设计进行编程。这本身可能是一个非常技术性和创造性的挑战，以前是许多人无法企及的。

东京大学创意信息学系的研究人员创建了一个3-D设计应用程序，可以快速，轻松和有效地创建木质结构部件。他们称其为Tsugite，日语是细木工工匠，通过简单的3D界面，几乎没有或几乎没有木工或3D设计经验的用户可以在几分钟内为功能性木结构创建设计。然后，这些设计可以指示铣床雕刻结构部件，然后用户可以按照屏幕上的说明将其组装在一起，而无需其他工具或粘合剂。

Tsugite具有直观的界面，可为用户提供设计选项。

研究人员说：“我们的目的是使细木工技术对没有特定经验的人们可用。当我们在用户研究中测试界面时，刚接触3D建模的人们不仅设计了一些复杂的结构，而且也乐于这样做。”玛丽亚·拉尔森（Maria Larsson）。“ Tsugite易于使用，因为它一次引导用户一步一步，从现有的设计库开始，然后可以针对不同的目的对其进行修改。但是，更高级的用户可以直接跳至手动编辑模式以获取更多自由格式创造力。”

Tsugite为用户提供了由所谓的体素（本质上是3D像素，在这种情况下为小立方体）表示的木制关节的详细视图。这些体素可以在要连接的组件的一端移动。这将自动调整相应组件末端的体素，从而确保它们紧密结合在一起，而无需钉子甚至胶水。可以合并两个或更多组件，并且软件算法将相应地进行调整。不同的颜色会通知用户有关关节的属性，例如，它们之间滑动的容易程度，或潜在的弱点等问题。

值得注意的是，Tsugite将把制造过程直接纳入设计之中。这意味着铣刨机具有物理上的局限性，例如自由度，刀具尺寸等，只能提供他们能够创建的设计。困扰着与铣床有着共同血统的3D打印机用户的一个问题是，用于3D打印机的软件不能总是确定机器本身的行为方式，这会导致打印失败。

在Tsugite中可以将两件作品结合在一起的所有七种独特方式。

拉尔森说：“在计算机图形学领域，关于如何对各种关节几何形状进行建模方面已有大量研究。但是这种方法通常缺乏对制造和材料特性的实际考虑。” “相反，在这方面，结构工程和建筑领域的研究可能非常彻底，但它们可能只涉及几种关节。我们看到了将这些方法的优势结合起来创造Tsugite的潜力。探索各种各样的关节，但仍将其保持在现实的物理极限内。”

将制造限制纳入设计过程的另一个优势是，Tsugite的基础算法可以更轻松地浏览它们可能呈现给用户的所有可能性，因为实际上并没有给出那些不可能的选择。研究人员希望，通过进一步的改进和改进，Tsugite可以扩大规模，不仅可以设计家具和小型结构，还可以设计整个建筑物。

拉尔森说：“根据联合国的数据，建筑业占全球二氧化碳排放量的近40％。木材也许是我们拥有的唯一天然和可再生建筑材料，高效的细木工可以增加可持续性。” “例如，将木材与细木工连接时，与金属固定物相比，它减少了混合材料。这对于分拣和回收非常有用。此外，可以将未胶合的接头拆开而不会破坏建筑构件。这为建筑物提供了可能性可以在其他地方拆卸和重新组装。也可以替换有缺陷的零件。这种灵活的重复使用和维修功能为木材增加了可持续性。”