In 3D il guanto tecnologico che renderà tangibile la Realtà Virtuale

Insieme ai colleghi dei Politecnici Federali di Losanna e Zurigo, un team dell’EMPA sta sviluppando guanti di realtà virtuale di nuova generazione che renderanno tangibili i mondi “paralleli” creati dall’informatica.
Il guanto sarà personalizzato per ogni utente e potrà essere prodotto in modo totalmente automatico, utilizzando un processo di stampa 3D.

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Una serrata attività di ricerca nell’ambito del progetto “Manufhaptics” di durata quadriennale

La ricerca a volte richiede un sacrificio. Patrick Danner, ricercatore dell’EMPA, ne ha appena compiuto uno e lo ha filmato.
“Quando ho applicato ben 2000 Volt al campione, ha preso fuoco”, ha riferito drasticamente nel debriefing.
L’incidente è chiaramente visibile nel video del suo cellulare: prima l’oggetto fuma, dopodiché le fiamme eruttano dal polimero creato sperimentalmente.
“Speriamo che tu sia riuscito a salvarne almeno una parte”, ha commentato Dorina Opris, responsabile del gruppo di ricerca Materiali Polimerici Funzionali dei Laboratori Federali Svizzeri per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali.
Un pezzo di prova è importante perché consente di imparare dal risultato e di trarre conclusioni.
Con la loro ricerca sui polimeri elettroattivi, Dorina Opris e Patrick Danner fanno parte di un progetto su larga scala chiamato “Manufhaptics”.
L’obiettivo dell’iniziativa, a carattere quadriennale e guidata da Herbert Shea del Soft Transducers Lab dell’EPFL, è un guanto che renda tangibili i mondi virtuali.
In particolare, tutti i componenti del guanto, che esercitano varie forze e pressioni sulla superficie della mano, devono essere producibili con una stampante 3D.
Si tratta, quindi, di ricerca su nuovi materiali, il cui metodo di produzione viene preso in considerazione fin dall’inizio.

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“Nubs” sotto le dita, freni elettrostatici per le articolazioni più i Dielectric Elastomer Actuator

Per rendere reali le superfici virtuali e tangibili gli oggetti alla giusta dimensione, i team di ricerca dei Politecnici Federali di Losanna e Zurigo e dell’EMPA vogliono integrare nel guanto tre diversi tipi di attuatori.
Sotto le dita, i “nubs” possono crescere per replicare la specifica texture di una superficie.
Nell’area delle articolazioni delle dita, vengono montati freni elettrostatici che irrigidiscono il guanto e bloccano le articolazioni.
In questo modo si simulano oggetti più grandi e solidi che oppongono resistenza quando vengono toccati.
Il terzo tipo di attuatori, che completano l’esperienza virtuale, si chiama Dielectric Elastomer Actuator.
Questi ultimi, in sigla DEA, sono utilizzati sul dorso della mano; stringono la pelle esterna del guanto in modo che si adatti perfettamente a tutti i punti.
Durante l’esperienza VR, possono anche esercitare una pressione sulla superficie dell’arto stesso.
I Dielectric Elastomer Actuator sono l’argomento specifico sul quale si concentra l’attività dei Laboratori Federali Svizzeri per la Scienza e la Tecnologia dei Materiali, com’è noto con sedi a Dübendorf, Thun e San Gallo.

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Così i DEA made-in-Svizzera “reagiscono ai campi elettrici e si contraggono come un muscolo”

Dorina Opris, a capo del gruppo di ricerca, ha anni di esperienza con questi polimeri elettroattivi.
“Reagiscono ai campi elettrici e si contraggono esattamente come un muscolo”, spiega la ricercatrice.
“Ma possono anche fungere da sensore, assorbendo una forza esterna e generando da essa un impulso elettrico. Stiamo anche pensando di usarli per raccogliere energia a livello locale. E questo perché, attraverso il movimento, l’elettricità potrebbe essere generata ovunque”.
Il progetto “Manufhaptics” presenta nuove sfide per la dottoressa Opris e il collega Patrick Danner.
“Finora abbiamo prodotto i nostri polimeri utilizzando solventi attraverso una sintesi chimica”, spiega la ricercatrice.
Ora tutto dovrebbe funzionare senza solvente: il piano prevede di sovrapporre fino a 1000 strati sottili dalla stampante 3D, alternando sempre il polimero elettroattivo e uno strato conduttore di corrente.
“In un processo di questo tipo è necessario evitare i solventi”, afferma Dorina Opris.

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La consistenza della pasta multistrato per la stampa deve ricordare quella della crema per mani

Patrick Danner spiega la difficoltà successiva: i due inchiostri necessari per la realizzazione degli strati devono avere la giusta consistenza per poter fuoriuscire dall’ugello della stampante tridimensionale.
“Il nostro partner di progetto, Jan Vermant del Politecnico di Zurigo, vuole qualcosa che abbia proprietà simili a quelle di una crema per le mani. Deve uscire facilmente dalla stampante e rimanere dimensionalmente stabile sulla base”.
E poi questa struttura stratificata “cremosa” dovrà ancora “reticolare” nel polimero appropriato.
Dopo una lunga serie di test, il dottor Danner ha trovato una formulazione promettente: una crema sufficientemente liquida e allo stesso tempo stabile dimensionalmente, dalla quale è possibile creare polimeri elettroattivi in un unico passaggio.
Il collega Tazio Pleij dell’ETH zurighese, anch’egli membro del team di Jan Vermant, ha lavorato con successo il materiale nella sua stampante 3D in diversi strati, alternando sempre polimero e materiale elettrodico.
Non ci sono ancora 1.000 strati in verità, ma soltanto una decina, e il muscolo artificiale prodotto dalla stampante 3D non funziona ancora in modo soddisfacente.

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Primi al mondo sì, ma la competizione è con la rinomata Università di Harvard in Massachusetts

Ma Opris e Danner sono fiduciosi di riuscire a portare a termine il compito insieme agli specialisti della stampa tridimensionale del Politecnico di Zurigo, forse come prima équipe al mondo a farlo.
Gli unici concorrenti scientifici in questo campo hanno sede presso la rinomata Università di Harvard, nel Massachusetts.
“Conosco i colleghi di lì perché li abbiamo incontrati in alcuni congressi”, aggiunge Dorina Opris.
“Osserviamo molto da vicino ciò che fanno. E sicuramente anche loro osservano il nostro lavoro”.

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