Meta提出一种用于力反馈套装的气动致动器:HYFAR

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用于力反馈套装的气动致动器:HYFAR

映维网Nweon 2022年09月08日)触觉反馈在增强和虚拟现实中非常重要,是沉浸感的关键拼图之一。当前的设备大多只能通过控制器和机械手套提供面向手和手指的触觉,但行业正在积极探索覆盖全身的反馈。

衣服套装是这种全身反馈的载体,因为它与用户的皮肤直接接触,并为传递触觉反馈提供了巨大的空间。大多数触觉服装基于刚性装置(例如电磁振动旋转器),而这破坏了服装的柔软性并增加了对用户的负担。

针对这个问题,Meta和康奈尔大学的研究人员把目光投向了流体弹性致动器,因为它们柔软,可以模制成各种形状并按比例制造。

在名为《HYFAR: A Textile Soft Actuator for Haptic Clothing Interfaces》的论文中,团队提出了一种用于力反馈套装的气动致动器:HYFAR。

HYFAR属于气动驱动,适用于触觉服装。由于活性膜的本地编程,它可以为用户提供低阻力并膨胀成各种形状。在论文中,团队介绍了通过刺绣增强织物-弹性体复合材料的制造工艺,对膜的局部材料性能进行编程,从而实现定制充气。另外,他们提出了模拟充气、多材料、超弹性膜行为的建模方法,并使用HYFAR开发了一套功能性服装,以演示具体的形状变换行为,并在用户的肩外展-内收关节呈现动觉触觉反馈。

1. 系统设计和制造

图1

HYFAR致动器有两个组件:

1)一个可以充气的主动膜;

2)一个被动不可拉伸膜,用作1的背衬。

上述组件形成一个可集成在衣服的气密气囊(图1A)。主动膜(∼ 635μm)是由超弹性材料(即弹性体)和可拉伸织物制成的复合材料,可以使用不可拉伸的线刺绣,以允许定制形状和力轮廓。

团队采用刺绣、模版印刷和热压相结合的方法制造HYFAR(图2A)。因为丰富的设计空间,数字刺绣非常有趣,包括单针、填充针、直线针和锯齿针等图案。他们开发了具有各种刺绣图案的HYFAR致动器(r=1.5 cm),包括用于定制充气的应变限制区域。同时,研究人员实现了多种可充气形状,包括非对称和定向充气(图2B1)和半平面结构(图2B2,内圆形区域)。

图2

2. HYFAR触觉服装界面

团队设计了两件上身服装以展示动觉触觉反馈(原型1,图3G)和形状变换能力(原型2,P2;图3H)。

图3

对于P1,他们制造了两个版本的(a=20 cm,r=4.75 cm)HYFAR致动器,无刺绣图案(设计A)和蛇形图案(设计B)。在充气压力(0

设计A可以在上述压力范围内施加0-45N的力,设计B可以施加0-92N的力。设计B集成在触觉衬衫中(图3G),并在0-8.2kPa的压力下在人体受试者中进行测试。在最大压力下,致动器导致弯曲角度为50度,估计阻挡力为∼38N(图3F)。P2展示了可用于结合刚性部件(如电子元件)的形状变化能力和局部不可拉伸区域。所述致动器包括绣花十字图案和位于绣花岛的四个LED,导电线以蛇形图案缝合,用作外部电源的电连接。

3. 讨论

总的来说,研究人员提出了一种用于触觉服装界面的新型柔性致动器。所述致动器基于纺织品,重量轻(∼ 0.13克/𝑐𝑚2),可以施加较大的力(最大∼ 92N),并且可以使用标准制造方法容易地集成到服装中。

相关论文HYFAR: A Textile Soft Actuator for Haptic Clothing Interfaces

另外,他们开发了一个基于有限元方法的模型来模拟致动器。其中,所述模型可以扩展到由不同材料组成的其他可充气材料,并用于探索不同的几何形状和驱动模式。团队评论道:“未来,基于HYFAR的功能性服装可以在虚拟现实中实现真实的全身交互,从而提高AR/VR医疗、游戏和培训的可信度和真实性。”

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