Facebook探索气动型AR/VR触觉反馈手套

Facebook在9月中旬的Connect 2020大会发布了一系列的AR/AVR信息，涵盖最新硬件产品、软件产品、解决方案、开发者服务、前沿技术研究等等。然而，本次活动并没有介绍FRL Research的一个富有前景的手套项目。

实际上，FRL Research正在与康奈尔大学的研究人员开发一种搭载柔性气动执行器、可以“测量局部力”、并为用户提供“触觉反馈”的3D打印型手套。

触觉手套必须满足两个条件：一方面，它必须轻便，能够适应手和手指的灵活运动；另一方面，它必须足够耐用，能够使用和清洗一千次而不会损坏。所以这对应用材料提出了非常高的要求。

与传统合成材料相比，柔性物质存在固有的减震性、负载管理和被动能量回收等优势。柔性组织在机器人技术中特别有用，因为柔性组织的低模量和大可扩展性能够允许制造出几乎可以变形成任何状态而不会断裂的灵活机器人。

由于耐热性和化学惰性，硅橡胶是制造柔性组建的理想材料。尽管如此，传统的制造工艺往往只能产生简单的棱柱形。最近的橡胶研究已经在使用液态有机硅材料作为挤出式3D打印油墨，但它们的改性削弱了交联密度。

由于材料的强度降低，基于挤出式工艺的样品在悬垂性方面显示出有限的打印保真度，导致它们在固化前坍落。其他研究小组曾尝试使用光固化（SLA）技术来生产液态树脂零件，从而提供了更大的稳定性，但韧性不如商用橡胶。

另外，SLA的加工要求使用稳定的低粘度树脂，所以传统的方法无法用于增强它们。作为一种替代策略，FRL Research和康奈尔大学的研究小组提出用Double Networks来提供强度更高的橡胶，亦即致使两种聚合物占据相同的体积。

在这种新方法中，两种聚合物层具有不同的性质和功能。外层易碎，会耗散能量，而第二层网络则保持完整，能够承受重载。利用这种DNs，研究人员表示它们不仅可以匹配商业橡胶的强度质量，同时可以将打印对象与其他基材结合起来。

为了创造这种新材料，研究人员使用了硫醇烯硅酮配方作为基础，因为它具有低粘度、快速凝胶化和高反应转化率的特性。相比之下，DN中的二次聚合物需要形成自己独特的网络，所以团队因其固有的韧性和刚性使用了Mold Max Series树脂。

在两阶段的组合过程中，橡胶依次形成光固化硫醇烯硅酮和机械稳定的缩合固化有机硅。随后的红外光谱测试显示，这两个网络的相对质量分数可以改变，从而允许研究人员调整树脂的打印适性和机械性能。

例如，通过将“绿色”部分的0.008兆帕提高到0.92兆帕，增加冷凝网络的负荷可以显著提高最终零件的抗拉强度。利用四种不同的锡基橡胶材料，研究小组随后试验改变DN中的基材以调整其机械特性。

接下来，研究人员利用一种所述材料和四个3D打印的气动执行器制造了一款触觉反馈手套原型。其中，空气会吹入气室并致使材料膨胀以模拟阻力。实验表明，相关的装置不仅允许灵巧的操作，并且键合结构在10个月的时间里经受了数百次运动周期的考验。

相关论文：3D printable tough silicone double networks

需要注意的是，所述项目依然处于研发阶段，但研究人员希望这可以为日后的VR/AR手套奠定基础，从而帮助开发出实用亲民的交互工具。