Nature子刊：Facebook開(kāi)發(fā)3D打印虛擬現(xiàn)實(shí)手套

2020年9月9日，南極熊獲悉，F(xiàn)acebook虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)宣布開(kāi)發(fā)出3D打印的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）手套。這套設(shè)備是與康奈爾大學(xué)的研究人員一起開(kāi)發(fā)的，具有柔軟的氣動(dòng)執(zhí)行器，可以 "測(cè)量局部力 "并為用戶提供 "觸覺(jué)反饋"。

研究人員的研究結(jié)果在他們發(fā)表在《自然-通訊》雜志上的題為 "3D printable tough silicone double networks"的論文中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該報(bào)告由Thomas J. Wallin、Leif-Erik Simonsen、Wenyang Pan、Kaiyang Wang、Emmanuel Giannelis、Robert F. Shepherd和Yiğit Mengüç共同撰寫。

△研究團(tuán)隊(duì)的3D打印手套可能會(huì)出現(xiàn)在Facebook即將舉行的數(shù)字連接會(huì)議上，圖片來(lái)自《nature communications》雜志

3D打印軟機(jī)器人設(shè)備

與使用傳統(tǒng)合成材料制造的裝置相比，使用軟質(zhì)材料制造的裝置具有固有的減震、負(fù)載管理和被動(dòng)能量回收的優(yōu)勢(shì)。軟組織在機(jī)器人中特別有用，它們的低模量和大的可延伸性使其能夠創(chuàng)造出靈活的機(jī)器人，可以變形為幾乎任何狀態(tài)而不會(huì)破裂。

硅橡膠由于其耐熱性和化學(xué)惰性，是制造軟性機(jī)器人的理想材料。盡管如此，傳統(tǒng)的制造工藝通常涉及注射成型，這種工藝只能用于制造簡(jiǎn)單的棱柱形狀。最近也有研究使用液態(tài)硅材料作為擠出的3D打印油墨，但其改性的特性也削弱了其交聯(lián)密度。

由于材料的強(qiáng)度降低，基于擠出的樣品對(duì)懸空特征的打印保真度有限，導(dǎo)致它們?cè)诠袒�前出現(xiàn)坍塌。其他研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用立體光刻技術(shù)（SLA）來(lái)生產(chǎn)帶有液體樹(shù)脂的零件，提供了更大的穩(wěn)定性，但沒(méi)有商業(yè)化的橡膠那樣的韌性。

更重要的是，SLA的加工要求使用穩(wěn)定、低粘度的樹(shù)脂，這使得傳統(tǒng)方法無(wú)法用于強(qiáng)化它們。作為一種替代策略，研究小組推測(cè)，創(chuàng)建雙網(wǎng)絡(luò)(DN)，即兩種聚合物材料，將提供一種強(qiáng)度更高的橡膠。

在該團(tuán)隊(duì)的新方法中，兩個(gè)聚合物層具有不同的質(zhì)量和功能。外層是脆性的，可以消散能量，而次要網(wǎng)絡(luò)則保持完整，能夠承受重負(fù)荷。利用他們的DN，研究人員提出，他們不僅可以與商業(yè)橡膠的強(qiáng)度質(zhì)量相匹配，而且還可以將打印對(duì)象與其他基材粘合在一起。

△研究人員通過(guò)大量評(píng)估測(cè)試了他們新材料的增強(qiáng)強(qiáng)度

該團(tuán)隊(duì)的雙硅3D打印材料

為了創(chuàng)建他們的新材料，研究人員使用了一種硫醇烯有機(jī)硅配方作為基礎(chǔ)，因?yàn)樗�具有低粘度、快速凝膠化和高反應(yīng)轉(zhuǎn)化的品質(zhì)。相比之下，DN中的次要聚合物需要形成自己獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)，因此團(tuán)隊(duì)使用了Mold Max系列樹(shù)脂，因?yàn)樗鼈児逃械捻g性和剛性。

兩階段的組合過(guò)程中，橡膠依次形成了光固化的硫醇烯有機(jī)硅和機(jī)械堅(jiān)固的冷凝固化有機(jī)硅。隨后的紅外光譜測(cè)試表明，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以調(diào)整樹(shù)脂的打印性和機(jī)械性能。

利用四種不同的錫基橡膠材料，該團(tuán)隊(duì)隨后嘗試改變其DN中的基礎(chǔ)材料，以調(diào)整其機(jī)械特性。

△未來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)的新型3D打印硅膠除了可穿戴設(shè)備外，還可以用來(lái)制作手術(shù)模型

出現(xiàn)了類似的可打印混合物體系，每種混合物都具有足夠低的粘度，以實(shí)現(xiàn)SLA 3D打印。錫基材料通過(guò)提供更高的強(qiáng)度，往往在混合物中占主導(dǎo)地位，而集成彈性體通過(guò)不同的交聯(lián)密度提供了更多可定制的性能。為了展示他們的新型聚合物網(wǎng)絡(luò)在手術(shù)模型中的應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)隨后創(chuàng)建了一個(gè)中空的3D打印心臟。

雖然心臟復(fù)制品無(wú)法完全復(fù)制自然組織的復(fù)雜機(jī)械性能，但它確實(shí)擁有與生物對(duì)應(yīng)物相似的彈性模量。因此，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的硅膠未來(lái)可以被實(shí)習(xí)外科醫(yī)生部署用于實(shí)踐程序。結(jié)合DN的彈性和強(qiáng)度，該團(tuán)隊(duì)還可以創(chuàng)建一個(gè)帶有四個(gè)3D打印氣動(dòng)執(zhí)行器的矯形手套。

該裝置不僅可以進(jìn)行靈巧的操作，而且粘合的結(jié)構(gòu)在超過(guò)10個(gè)月的使用過(guò)程中，可以持續(xù)承受數(shù)百次的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，他們的手套已被證明是如此堅(jiān)固，以至于其軟執(zhí)行器可以集成到其他服裝中，產(chǎn)生了一種新型的可穿戴軟機(jī)器人設(shè)備。

Facebook Connect還有一周就要推出了，該團(tuán)隊(duì)在軟性機(jī)器人技術(shù)方面的及時(shí)進(jìn)步，可能還將在未來(lái)的VR中發(fā)揮作用。

軟機(jī)器人技術(shù)和快速成型制造

近年來(lái)，一些機(jī)構(gòu)的研究人員嘗試了3D打印軟機(jī)器人技術(shù)，產(chǎn)生了各種形狀和尺寸的增材制造創(chuàng)新。

來(lái)自瑞典林雪平大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)使用定制的基于擠出的3D打印機(jī)制造了一套用于軟微型機(jī)器人的微型致動(dòng)器。這些致動(dòng)器包含一種電活性聚合物，一旦受到電荷的刺激就會(huì)改變形狀。

來(lái)自加州大學(xué)圣地亞哥分校的科學(xué)家們利用3D打印技術(shù)制造了靈活的、行走的 "昆蟲 "狀機(jī)器人。該團(tuán)隊(duì)以預(yù)算為導(dǎo)向的生產(chǎn)技術(shù)，旨在降低制造軟性機(jī)器人的入門成本。

來(lái)自浙江工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)和立命館大學(xué)的研究人員，已經(jīng)3D打印出了一個(gè)柔軟的機(jī)器人手指。該設(shè)備使用嵌入式電極傳感器進(jìn)行操作，這意味著它不需要外部電源。