Alors que Facebook Connect 2020 doit avoir lieu la semaine prochaine, l’équipe Reality Labs de la société a annoncé le développement de gants VR imprimés en 3D.
Créés en collaboration avec des chercheurs de l’université de Cornell, ces dispositifs sont dotés d’actionneurs pneumatiques souples qui « mesurent la force localisée » et fournissent un « retour d’information haptique » aux utilisateurs. Étant donné que Facebook a créé Reality Labs pour superviser le développement de la RV pour sa filiale de jeux Oculus Rift, les gants VR imprimés en 3D pourraient déjà faire partie de la prochaine conférence.
Appareils de robotique douce à impression 3D
Les dispositifs construits à partir de matières souples présentent des avantages inhérents en matière d’absorption des chocs, de gestion de la charge et de récupération passive de l’énergie par rapport à ceux fabriqués à partir de matériaux synthétiques classiques. Les tissus mous sont particulièrement utiles en robotique, où leur faible module et leur grande extensibilité permettent de créer des robots flexibles qui peuvent être déformés dans presque tous les états sans se rompre.
Les caoutchoucs de silicone sont idéaux pour la création de robots souples en raison de leurs qualités de résistance thermique et de leur inertie chimique. Malgré cela, les procédés de fabrication conventionnels impliquent souvent le moulage par réplique ou par injection, qui ne donne que des formes simples et prismatiques. Des recherches récentes sur le caoutchouc ont porté sur l’utilisation de matériaux en silicone liquide comme encres pour l’impression 3D par extrusion, mais leurs propriétés modifiées ont également affaibli leur densité de réticulation.
En raison de la résistance réduite du matériau, les échantillons obtenus par extrusion ont montré une fidélité d’impression limitée pour les caractéristiques en surplomb, ce qui les a fait s’affaisser avant le durcissement. D’autres équipes de recherche ont utilisé des techniques de stéréolithographie (SLA) pour produire des pièces avec des résines liquides, offrant une plus grande stabilité, mais pas la même ténacité que les caoutchoucs disponibles dans le commerce.
De plus, les exigences de traitement de la SLA exigent l’utilisation d’une résine stable et de faible viscosité, ce qui a empêché l’utilisation d’approches conventionnelles pour les renforcer. Comme stratégie alternative, l’équipe de recherche a émis l’hypothèse que la création de doubles réseaux (DN) dans lesquels deux polymères occupent le même volume, permettrait d’obtenir un caoutchouc plus résistant.
Dans la nouvelle approche de l’équipe, les deux couches polymères ont des qualités et des fonctions différentes. La couche extérieure est cassante et dissipe l’énergie, tandis que le réseau secondaire reste intact et peut supporter de lourdes charges. En s’appuyant sur leurs DN, les chercheurs ont proposé qu’ils puissent non seulement égaler les qualités de résistance des caoutchoucs commerciaux, mais aussi lier les objets imprimés avec d’autres substrats.
Le matériau d’impression 3D à double silicone de l’équipe
Afin de créer leur nouveau matériau, les chercheurs ont utilisé comme base une formulation de silicone thiol-ène en raison de sa faible viscosité, de sa gélification rapide et de ses qualités de conversion de réaction élevées. En revanche, le polymère secondaire du DN doit former son propre réseau distinct. L’équipe a donc utilisé une résine de la série Mold Max en raison de sa ténacité et de sa rigidité inhérentes.
Le processus de combinaison en deux étapes a vu les caoutchoucs se former séquentiellement en un silicone thiol-ène photodurci et un silicone mécaniquement robuste durci par condensation. Des tests ultérieurs par spectroscopie infrarouge ont révélé que la fraction de masse relative des deux réseaux pouvait être réglée pour ajuster l’imprimabilité et les performances mécaniques de la résine.
Par exemple, l’augmentation de la charge du réseau de condensation a permis d’améliorer considérablement la résistance à la traction de la pièce finale, passant de 0,008 MPa dans la partie « verte » à 0,92 MPa. En s’appuyant sur quatre matériaux de caoutchouc à base d’étain, l’équipe a ensuite expérimenté la modification du matériau de base dans leur DN pour ajuster ses caractéristiques mécaniques.
Un régime similaire de mélanges imprimables a émergé, chacun ayant une viscosité suffisamment faible pour permettre l’impression 3D SLA. Les matériaux à base d’étain ont eu tendance à dominer le mélange, en offrant un niveau de résistance plus élevé, tandis que l’intégration d’élastomères a permis d’obtenir des performances plus personnalisables grâce à différentes densités de réticulation. Pour démontrer les applications de leur nouveau réseau de polymères dans des modèles chirurgicaux, l’équipe a ensuite créé un cœur creux imprimé en 3D.
Bien que la réplique cardiaque n’ait pas pu reproduire entièrement les performances mécaniques complexes du tissu naturel, elle possédait un module d’élasticité similaire à celui de son homologue biologique. En conséquence, le silicone de l’équipe conjointe pourrait être déployé à l’avenir par des chirurgiens stagiaires pour pratiquer des procédures. La combinaison de la flexibilité et de la résistance du DN a également permis à l’équipe de créer un gant orthétique avec quatre actionneurs pneumatiques imprimés en 3D.
Non seulement le dispositif a permis une manipulation habile, mais les structures collées ont continué à survivre à des centaines de cycles de mouvement pendant plus de dix mois d’utilisation. Selon l’équipe, leur gant s’est avéré si robuste que ses actionneurs souples ont pu être intégrés à d’autres vêtements, donnant naissance à un nouveau type de dispositif robotique souple portable.
À une semaine de Facebook Connect, les progrès de l’équipe en matière de robotique douce pourraient bien jouer un rôle dans l’avenir de la RV.
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