3D 打印電活性聚合物賦能VR觸覺手套，讓人從“虛擬”中感受“真實”

2022年12月13日，南極熊獲悉，來自瑞士聯(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)實驗室（Empa）的一個聯(lián)合研究團隊采用3D打印的電活性聚合物開發(fā)出了一款VR觸覺反饋手套。據(jù)稱，這款觸覺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觸覺技術(shù)

VR觸覺手套的設(shè)計是根據(jù)個人獨特的手部尺寸來定制的，并且可以通過增材制造技術(shù)實現(xiàn)大部分部件的自主制造。這項研究源自于"Manufhaptics 四年期項目的一部分，由EPFL的傳感器實驗室負(fù)責(zé)。

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

△三種打印致動器。(圖片來源: Empa)

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

第二種類型的致動器位于指關(guān)節(jié)區(qū)域。這些靜電制動器安裝在關(guān)節(jié)內(nèi)部，通電后會變硬，阻止關(guān)節(jié)運動，使手套變硬。當(dāng)佩戴者在VR中虛擬接觸到一個較大的物體時，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。

第三種類型的執(zhí)行器被稱為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器上時，它們會收緊手套的外皮，使其在各點上都能完全貼合。在VR體驗期間，它們還可以對手的表面施加壓力。DEA是由Empa（瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實驗室）開發(fā)的。手套上所有能夠施加力量的使能部件，都可以在3D打印機中生產(chǎn)。

3D打印人工肌肉

電活性聚合物的粘度類似于護手霜，因此也可以通過3D打印機生產(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。它們從打印機上的兩個不同的噴嘴被擠壓出來。

你可以在下面的圖片中看到一個這樣的打印肌肉：

△3D打印的肌肉紋理(圖片來源：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："它們對電場有反應(yīng)，像肌肉一樣收縮。但它們也可以作為一個傳感器，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動中收集能量，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，但在未來他們的目標(biāo)是打印1000層的肌肉，這將優(yōu)化出新的功能。