Facebook研發(fā)AR/VR觸覺(jué)反饋手套

Facebook在9月中旬的Connect 2020大會(huì)發(fā)布了一系列的ar/Avr信息，涵蓋最新硬件產(chǎn)品、軟件產(chǎn)品、解決方案、開(kāi)發(fā)者服務(wù)、前沿技術(shù)研究等等。然而，本次活動(dòng)并沒(méi)有介紹FRL Research的一個(gè)富有前景的手套項(xiàng)目。

實(shí)際上，F(xiàn)RL Research正在與康奈爾大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)一種搭載柔性氣動(dòng)執(zhí)行器、可以“測(cè)量局部力”、并為用戶提供“觸覺(jué)反饋”的3d打印型手套。

觸覺(jué)手套必須滿足兩個(gè)條件：一方面，它必須輕便，能夠適應(yīng)手和手指的靈活運(yùn)動(dòng)；另一方面，它必須足夠耐用，能夠使用和清洗一千次而不會(huì)損壞。所以這對(duì)應(yīng)用材料提出了非常高的要求。

與傳統(tǒng)合成材料相比，柔性物質(zhì)存在固有的減震性、負(fù)載管理和被動(dòng)能量回收等優(yōu)勢(shì)。柔性組織在機(jī)器人技術(shù)中特別有用，因?yàn)槿嵝越M織的低模量和大可擴(kuò)展性能夠允許制造出幾乎可以變形成任何狀態(tài)而不會(huì)斷裂的靈活機(jī)器人。

由于耐熱性和化學(xué)惰性，硅橡膠是制造柔性組建的理想材料。盡管如此，傳統(tǒng)的制造工藝往往只能產(chǎn)生簡(jiǎn)單的棱柱形。最近的橡膠研究已經(jīng)在使用液態(tài)有機(jī)硅材料作為擠出式3D打印油墨，但它們的改性削弱了交聯(lián)密度。

由于材料的強(qiáng)度降低，基于擠出式工藝的樣品在懸垂性方面顯示出有限的打印保真度，導(dǎo)致它們?cè)诠袒疤?。其他研究小組曾嘗試使用光固化（SLA）技術(shù)來(lái)生產(chǎn)液態(tài)樹(shù)脂零件，從而提供了更大的穩(wěn)定性，但韌性不如商用橡膠。

另外，SLA的加工要求使用穩(wěn)定的低粘度樹(shù)脂，所以傳統(tǒng)的方法無(wú)法用于增強(qiáng)它們。作為一種替代策略，F(xiàn)RL Research和康奈爾大學(xué)的研究小組提出用Double Networks來(lái)提供強(qiáng)度更高的橡膠，亦即致使兩種聚合物占據(jù)相同的體積。

在這種新方法中，兩種聚合物層具有不同的性質(zhì)和功能。外層易碎，會(huì)耗散能量，而第二層網(wǎng)絡(luò)則保持完整，能夠承受重載。利用這種DNs，研究人員表示它們不僅可以匹配商業(yè)橡膠的強(qiáng)度質(zhì)量，同時(shí)可以將打印對(duì)象與其他基材結(jié)合起來(lái)。

為了創(chuàng)造這種新材料，研究人員使用了硫醇烯硅酮配方作為基礎(chǔ)，因?yàn)樗哂械驼扯?、快速凝膠化和高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的特性。相比之下，DN中的二次聚合物需要形成自己獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)，所以團(tuán)隊(duì)因其固有的韌性和剛性使用了Mold Max Series樹(shù)脂。

在兩階段的組合過(guò)程中，橡膠依次形成光固化硫醇烯硅酮和機(jī)械穩(wěn)定的縮合固化有機(jī)硅。隨后的紅外光譜測(cè)試顯示，這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以改變，從而允許研究人員調(diào)整樹(shù)脂的打印適性和機(jī)械性能。

例如，通過(guò)將“綠色”部分的0.008兆帕提高到0.92兆帕，增加冷凝網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷可以顯著提高最終零件的抗拉強(qiáng)度。利用四種不同的錫基橡膠材料，研究小組隨后試驗(yàn)改變DN中的基材以調(diào)整其機(jī)械特性。

接下來(lái)，研究人員利用一種所述材料和四個(gè)3D打印的氣動(dòng)執(zhí)行器制造了一款觸覺(jué)反饋手套原型。其中，空氣會(huì)吹入氣室并致使材料膨脹以模擬阻力。實(shí)驗(yàn)表明，相關(guān)的裝置不僅允許靈巧的操作，并且鍵合結(jié)構(gòu)在10個(gè)月的時(shí)間里經(jīng)受了數(shù)百次運(yùn)動(dòng)周期的考驗(yàn)。