研究员为AR/VR研发3D打印力反馈手套

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为期四年的项目

映维网Nweon 2022年11月15日)由瑞士联邦材料科学与技术研究所、瑞士洛桑联邦理工学院和瑞士苏黎世联邦理工学院组成的团队正在为VR开发下一代的力反馈手套,从而实现一个有形的虚拟世界。据介绍,所述手套将为每个用户量身定制,并且基本能够通过3D打印过程自动生产。

瑞士联邦材料科学与技术研究所、瑞士洛桑联邦理工学院和瑞士苏黎世联邦理工学院正在展开一个名为“Manufhaptics(制造触觉)”的四年项目,并由瑞士洛桑联邦理工学院柔性换能器实验实的赫伯特·谢(Herbert Shea)领导。

为了实现一个有形的虚拟世界,团队希望将三种不同类型的致动器集成到手套中:

  • 对于手指区域,液压放大静电致动器复刻物体表面的特定纹理;

  • 手指关节区域的强力静电离合器致动器可以令手套变硬并产生反向阻力;

  • 第三类致动器是致动应变大和能量密度高的介电弹性体致动器DEA。DEA用于手背,它们可以令手套外皮绷紧,在所有点位实现都完美贴合。在VR体验期间,DEA可以向手背施加压力。

如上图所示,Mm尺寸的液压放大静电致动器提供触感和质感(左)。强力静电离合器致动器可以阻挡手指关节,令虚拟对象感觉坚实(中间)。多层介电弹性体致动器则用于主动调整手套尺寸和进行局部压缩(右)。

团队指出,VR手套所需的电活性聚合物应具有类似于护手霜的稠度,以便人工肌肉可以在3D打印机中自动生产。

功能高分子材料研究小组负责人多丽娜·奥普里斯(Dorina Opris)对于电活性聚合物有多年的经验。这位研究人员指出:“它们对电场做出反应,像肌肉一样收缩。但它们同时可以作为传感器,吸收外力并从中产生电脉冲。”

Manufhaptics项目为奥普里斯及其同僚研究员帕特里克·丹纳(Patrick Danner)提出了新的挑战。奥普里斯解释道,他们一直都是通过化学合成使用溶剂生产聚合物,但现在一切都必须在没有溶剂的情况下进行。

他们的计划是从3D打印机叠加多达1000个精细层,并始终在电活性聚合物和导电层之间交替。奥普里斯指出:“在这样的过程中必须避免使用溶剂。”。帕特里克·丹纳(Patrick Danner)解释了下一个难题:制作精细层所需的两种墨水必须具有精确的一致性,而我们的项目合作伙伴、苏黎世联邦理工学院的简·曼特(Jan Vermant)想要一种与护手霜性能相似的产品。”

之后,这种如同护手霜的“奶油状”分层结构需交联成合适的聚合物。

经过一系列的测试,帕特里克·丹纳发现了一种非常具有前景的配方,可以一步制备出电活性聚合物。团队成功地将3D打印机中的材料加工成了数层,并且总是在聚合物和电极材料之间交替。当然,目前他们尚未达到1000层,目前只有大约10层,所以3D打印机的人造肌肉尚不能令人满意地发挥作用。

不过,奥普里斯和丹纳有信心与苏黎世联邦理工学院的专家一起完成这项任务。对于这项为期四年的研究,团队接下来将继续努力,并希望最终带来一双基本能够通过3D打印过程自动生产的手套,从而帮助实现一个有形的虚拟世界。

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