3D 打印電活性聚合物賦能VR觸覺(jué)手套，讓人從“虛擬”中感受“真實(shí)”

2022年12月13日，南極熊獲悉，來(lái)自瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院 (EPFL)、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院 (ETH Zurich)和瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（Empa）的一個(gè)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)采用3D打印的電活性聚合物開(kāi)發(fā)出了一款VR觸覺(jué)反饋手套。據(jù)稱(chēng)，這款觸覺(jué)手套裝置能夠使佩戴者在VR世界中 "感受"他們所觸摸的東西。

VR觸覺(jué)技術(shù)

VR觸覺(jué)手套的設(shè)計(jì)是根據(jù)個(gè)人獨(dú)特的手部尺寸來(lái)定制的，并且可以通過(guò)增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)大部分部件的自主制造。這項(xiàng)研究源自于"Manufhaptics 四年期項(xiàng)目的一部分，由EPFL的傳感器實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)。

這款手套的運(yùn)行依賴(lài)于三種不同類(lèi)型的致動(dòng)器打印部件，這些致動(dòng)器能夠向佩戴者提供觸覺(jué)反應(yīng)，以區(qū)分不同類(lèi)型的觸覺(jué)。下圖展示了三種不同類(lèi)型的致動(dòng)器：

△三種打印致動(dòng)器。(圖片來(lái)源: Empa)

第一種（也是最小的）致動(dòng)器利用微小的打印“指頭”完成動(dòng)作。當(dāng)通過(guò)電流刺激激活時(shí)，打印“指頭”就會(huì)變大，并復(fù)制出表面的特定紋理。

第二種類(lèi)型的致動(dòng)器位于指關(guān)節(jié)區(qū)域。這些靜電制動(dòng)器安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部，通電后會(huì)變硬，阻止關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，使手套變硬。當(dāng)佩戴者在VR中虛擬接觸到一個(gè)較大的物體時(shí)，這就為佩戴者創(chuàng)造了一種阻力感，模擬出較大的固體物體。

第三種類(lèi)型的執(zhí)行器被稱(chēng)為DEA（介電彈性體執(zhí)行器）。這些DEA位于手套的背面，當(dāng)電壓被施加到這些致動(dòng)器上時(shí)，它們會(huì)收緊手套的外皮，使其在各點(diǎn)上都能完全貼合。在VR體驗(yàn)期間，它們還可以對(duì)手的表面施加壓力。DEA是由Empa（瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室）開(kāi)發(fā)的。手套上所有能夠施加力量的使能部件，都可以在3D打印機(jī)中生產(chǎn)。

3D打印人工肌肉

電活性聚合物的粘度類(lèi)似于護(hù)手霜，因此也可以通過(guò)3D打印機(jī)生產(chǎn)人工肌肉。“肌肉”部分可以采用分層打印方式，在電活性聚合物層和電流傳導(dǎo)層之間交替進(jìn)行。它們從打印機(jī)上的兩個(gè)不同的噴嘴被擠壓出來(lái)。

你可以在下面的圖片中看到一個(gè)這樣的打印肌肉：

△3D打印的肌肉紋理(圖片來(lái)源：Empa/ETH Zurich)

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究小組的負(fù)責(zé)人Dorina Opris說(shuō)："它們對(duì)電場(chǎng)有反應(yīng)，像肌肉一樣收縮。但它們也可以作為一個(gè)傳感器，吸收外力并從中產(chǎn)生電脈沖。我們也在考慮從它們自身的運(yùn)動(dòng)中收集能量，這樣電力就可以在任何地方產(chǎn)生。"

到目前為止，研究人員已經(jīng)成功地打印了10層的肌肉，但在未來(lái)他們的目標(biāo)是打印1000層的肌肉，這將優(yōu)化出新的功能。