简单的软件可以创建不需要钉子，胶水或工具即可互锁的复杂木制关节

复杂的互锁组件意味着无需工具。

用于设计和制造结构合理的木节的交互式系统。

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将组件连接在一起的方法。研究人员创建了一个新颖的3D设计应用程序，以极大地简化设计过程，并提供铣床指令以有效地生产设计的组件。设计不需要钉子或胶水，这意味着使用该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。无论是艺术还是工程，它都象征性地和字面地塑造了我们周围的世界。尽管木工无处不在，但它却是一项困难且耗时的技术，导致手工制作的木制物品（如家具）的价格相对较高。因此，我们周围的许多木制家具通常至少在某种程度上是由机器制造的。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。到目前为止，这本身可能是一项非常技术性和创造性的挑战，许多挑战还无法解决。

Tsugite具有直观的界面，可为用户提供设计选项。

东京大学创意信息学系的研究人员创建了一个3D设计应用程序，可以快速，轻松，高效地创建木质结构部件。他们称其为Tsugite（日语中的细木工），通过简单的3D界面，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。

“我们的目的是使细木工艺术适用于没有特定经验的人们。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。”研究人员Maria Larsson说。“ Tsugite易于使用，因为它一次引导用户完成整个过程，从一堆现有设计开始，然后可以针对不同目的对其进行修改。但是，更高级的用户可以直接跳至手动编辑模式，以获得更多自由形式的创造力。”

在Tsugite中可以将两件作品结合在一起的所有七种独特方式。

Tsugite为用户提供了木制关节的详细视图，这些关节由所谓的体素表示，本质上是3D像素，在这种情况下为小立方体。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。可以连接两个或更多组件，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，它们之间滑动的难易程度或潜在的弱点等问题。

Tsugite之所以与众不同，是因为它将直接将制造过程纳入设计之中。这意味着铣刨机具有诸如自由度，刀具尺寸等物理限制，只能根据其能够创建的设计进行设计。与铣床有着共同血统的3D打印机用户困扰着他们的一点是，用于3D打印机的软件不能总是确定机器本身的行为方式，从而导致打印失败。

“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。我们看到了结合这些方法的优势来创建Tsugite的潜力。它可以探索各种各样的关节，但仍将它们限制在现实的物理极限之内。

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不同可能性，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。

“根据联合国的资料，建筑业占全球二氧化碳排放量的近40％。木材也许是我们仅有的天然和可再生建筑材料，高效的细木工可以增加可持续发展的好处。”“例如，将木材与细木工连接时，与金属固定相反，它减少了混合材料。这对分类和回收很有用。同样，可以将未胶合的接头拆开，而不会破坏建筑组件。这为建筑物在其他地方拆卸和重新组装提供了可能性。或更换有缺陷的零件。这种灵活的再利用和修复功能为木材增添了可持续性。”

参考：“ Tsugite：玛丽亚·拉尔森（Maria Larsson），吉田广典（Hironori Yoshida），梅谷信行（Nobuyuki Umetani）和武藏武雄（Takeo Igarashi）的交互式木结构关节设计和制造，2020年10月，第32届ACM用户界面软件和技术研讨会论文集（UIST 20）。DOI：
10.1145/3379337.3415899

这项研究得到了日本JST ACT-I授予号JPMJPR17UT，JSPS KAKENHI授予号17H00752和JST CREST授予号JPMJCR17A1的支持。