Virtual reality: Der VR-Handschuh aus dem 3D-Drucker

publiziert: Freitag, 11. Nov 2022 / 15:45 Uhr
Mit der nächsten Generation eines VR-Handschuhs sollen virtuelle Welten im Metaverse greifbar werden.
Mit der nächsten Generation eines VR-Handschuhs sollen virtuelle Welten im Metaverse greifbar werden.

Gemeinsam mit Experten der EPFL und der ETH Zürich forscht ein Team der Empa an der nächsten Generation eines VR-Handschuhs, mit dem virtuelle Welten im Metaverse greifbar werden. Der Handschuh soll auf den Benutzer massgeschneidert sein und weitgehend automatisch produziert werden können - im 3D-Druckverfahren.

Manchmal fallen neu entwickelte Materialien auch einem Funktionstest zum Opfer. Empa-Forscher Patrick Danner hat gerade so etwas erlebt - und dabei auch noch gefilmt. «Als ich gut 2000 Volt an die Probe angelegt habe, ist sie in Brand geraten», berichtet er trocken. Das Malheur ist in seinem Handyvideo deutlich zu sehen: Erst raucht es, dann schlagen Flammen aus dem experimentell erzeugten Kunststoff. «Du hast hoffentlich noch ein Stück davon retten können», entgegnet Dorina Opris, Leiterin der Forschungsgruppe «Functional Polymeric Materials». Ein Beweisstück ist wichtig, um aus dem Ergebnis zu lernen und Schlüsse zu ziehen.

Opris und Danner sind mit ihrer Forschung an elektroaktiven Polymeren Teil eines Grossprojekts namens «Manufhaptics». Das Ziel des vierjährigen Projekts unter Leitung von Herbert Shea vom «Soft Transducers Lab» der EPFL ist ein Handschuh, der virtuelle Welten greifbar macht. Entscheidend dabei: Alle Bauteile des Handschuhs, die verschiedene Kräfte auf die Handoberfläche ausüben, sollen im 3D-Drucker herstellbar sein. Hier geht es also um die Erforschung neuer Materialien, bei denen die Produktionsmethode von vorne herein mitgedacht wird.

Drei Typen von Aktuatoren

Damit sich virtuelle Oberflächen echt anfühlen und die Objekte auch in der richtigen Grösse greifbar werden, wollen die Forscherteams von EPFL, ETH Zürich und Empa drei verschiedene Arten von Aktuatoren in den Handschuh integrieren: Auf der Unterseite der Finger können Noppen emporwachsen, die eine bestimmte Textur einer Oberfläche nachbilden. Im Bereich der Fingergelenke werden elektrostatische Bremsen montiert, die den Handschuh versteifen und die Gelenke blockieren. Das simuliert grössere, feste Objekte, die beim Anfassen Widerstand bieten. Die dritte Art von Aktuatoren, die das virtuelle Erlebnis vervollständigen, nennen sich DEA, kurz für dielektrische elastische Aktuatoren. Diese DEA werden auf dem Handrücken eingesetzt; sie raffen die Aussenhaut des Handschuhs soweit zusammen, dass er an allen Stellen optimal anliegt. Während des VR-Erlebnisses können sie ausserdem Druck auf die Handoberfläche ausüben. DEA sind das Teilprojekt der Empa.

Künstliche «Muskeln» aus dem 3D-Drucker

Dorina Opris, die Leiterin der Forschungsgruppe, hat jahrelang Erfahrung mit solchen elektroaktiven Polymeren gesammelt. «Diese elastischen Polymere reagieren auf elektrische Felder und ziehen sich zusammen wir ein Muskel», erläutert die Forscherin. «Aber sie können auch als Sensor dienen, eine äussere Kraft aufnehmen und daraus einen elektrischen Impuls erzeugen. Wir denken auch daran, sie zur lokalen Energieerzeugung einzusetzen: Aus Bewegung kann so überall Strom entstehen.»

Das Manufhaptics-Projekt stellt die Forscherin und ihren Kollegen Patrick Danner vor neue Herausforderungen. «Bislang haben wir unsere Polymere mit Hilfe von Lösungsmitteln auf dem Weg einer chemischen Synthese hergestellt», erläutert Opris. Nun muss alles ohne Lösungsmittel funktionieren: Geplant ist, bis zu 1000 feine Schichten aus dem 3D-Drucker übereinanderzulegen, immer abwechselnd das elektroaktive Polymer und eine stromleitende Schicht.

«Lösungsmittel gilt es zu vermeiden bei solch einer Produktionsmethode», sagt Opris. Und Patrick Danner erläutert die nächste Schwierigkeit: Die zwei verschiedenen Tinten, die dafür nötig sind, müssen die genau passende Konsistenz haben, um aus der Düse des 3D-Druckers zu fliessen. «Unser Projektpartner Jan Vermant von der ETH Zürich wünscht sich etwas mit ähnlichen Eigenschaften wie eine Handcreme. Es soll leicht aus dem Drucker kommen, und dann formstabil auf der Unterlage stehen bleiben». Und danach muss sich dieses «cremige» Schichtstruktur noch zum passenden Polymer vernetzen.

Nach einer langen Reihe von Versuchen hat Danner eine vielversprechende Formulierung gefunden - eine Creme, die flüssig genug ist und zugleich formstabil, und aus der in einem einzigen Schritt elektroaktive Polymere entstehen können. Sein Kollege Tazio Pleji an der ETH Zürich, ein Mitarbeiter in Jan Vermants Forscherteam, hat das Material erfolgreich in seinem 3D-Drucker zu mehreren Schichten verarbeitet - immer abwechselnd Polymer und Elektrodenmaterial. Noch sind es keine 1000 Schichten, sondern nur etwa 10. Und noch funktioniert der «künstliche Muskel» aus dem 3D-Drucker nicht zufriedenstellend.

Die Konkurrenz sitzt in Harvard

Doch Opris und Danner sind zuversichtlich, die Aufgabe gemeinsam mit den Druckspezialisten der ETH Zürich zu meistern - als möglicherweise erstes Forscherteam der Welt. Die einzigen wissenschaftlichen Konkurrenten auf diesem Gebiet sitzen an der «Harvard University» in Massachusetts. «Ich kenne die Kollegen dort von einigen Kongressen», sagt Dorina Opris. «Wir beobachten sehr genau, was die machen. Und die beobachten unsere Arbeit mit Sicherheit auch.»

(fest/pd)

.
Digitaler Strukturwandel  Nach über 16 Jahren hat sich news.ch entschlossen, den Titel in seiner jetzigen Form einzustellen. Damit endet eine Ära medialer Pionierarbeit. mehr lesen 21
Wer nicht im Fachhandel kaufen möchte, geht online auf Produktsuche.
Wer nicht im Fachhandel kaufen möchte, geht online ...
Publinews Immer mehr Menschen entscheiden sich für den Kauf eines E-Bikes. Egal, ob für die Freizeit oder den Weg zur Arbeit, ein E-Bike ist eine praktische Alternative zu anderen Verkehrsmitteln. mehr lesen  
Publinews Die Zukunft der Konsolenspiele ist die PlayStation 5. Die Konsole ist seit 2020 auf dem Markt und erfreut sich nach wie vor grosser Beliebtheit. Immer noch gehen die Bestände im Einzelhandel schnell ein und aus. Kein Wunder, die PS5 ist eine fantastische Gaming-Maschine, die ihrer Vorgängerin der PS4 weit überlegen ist. mehr lesen  
Ein internationales Forschungsteam um den Drohnenexperten Mirko Kovac von der Empa und vom «Imperial College London» hat sich Bienen zum Vorbild ... mehr lesen  
Zukunftsvision: Drohnenschwärme könnten auch im Weltraum zum Einsatz kommen, etwa bei einer künftigen Mars-Mission.
Mehr Sicherheit in Fahrzeugsystemen mit dem CANsec Controller IP-Core CAN-SEC des Fraunhofer IPMS.
Moderne Fahrzeuge haben eine Vielzahl von elektronischen Systemen, die miteinander vernetzt sind. Da diese Systeme durch Cyberangriffe gefährdet sind, ... mehr lesen  
Titel Forum Teaser
  • keinschaf aus Wladiwostok 2826
    grüezi Wie lasterhaft Mitleid mitunter sein kann, beweisen Sie doch gerade ... Mo, 26.12.16 20:05
  • Kassandra aus Frauenfeld 1781
    Vom Tode träumt ein negrophiles Schäfchen doch ständig. Wenn tausende Frauen in England ... Mi, 28.09.16 11:58
  • HentaiKamen aus Volketswil 1
    Kommt wieder Aber leider eine RIESEN Verlust für Leser wie mich die nicht mit dem ... Sa, 13.08.16 01:13
  • keinschaf aus Wladiwostok 2826
    sogar nach dem Tode hat die Kassandra noch die grösste Schnauze... jaja, diese ... Fr, 12.08.16 16:30
  • Kassandra aus Frauenfeld 1781
    Wow, wie hat sich die gute Kubra gemausert! Ich danke auch Ihnen ganz persönlich für die vielen harten und ... Mi, 20.07.16 20:25
  • Pacino aus Brittnau 731
    Übrigens, wusstet ihr schon . . . . . . dass die Foren von AZ (Wanner), 20min. und Schweizer Fernsehen ... Mi, 29.06.16 15:20
  • PMPMPM aus Wilen SZ 235
    Und jetzt? Ist noch online...? Liebes news-Team, schade ist die Situation so, dass etwas aufhören ... Di, 28.06.16 22:43
  • kubra aus Berlin 3232
    Danke für die gelebte Pressefreiheit. Damit mein ich durchaus auch den ... Di, 28.06.16 16:09
Werden Menschen in den USA jetzt besser vor zielgerichteter Werbung geschützt?
DOSSIER Social Media Zielgerichtete Werbung in den USA unter Beschuss Politiker der Demokratischen Partei haben ...
 
News
   
Auch in der Produktion erfreuen sich sogenannte Industrieroboter stetig wachsender Beliebtheit.
Publinews Was vor einigen Jahren nur in Science-Fiction Filmen zu bewundern war, ist heute alltäglicher Bestandteil unseres Zusammenlebens und daraus nicht mehr ... mehr lesen
Wer sich nicht so gut mit dem Messenger auskennt, der sollte grundsätzlich bei unbekannten Nummern vorsichtig sein.
Publinews Bei der Verwendung eines Smartphones stehen einem verschiedene Kommunikationsmöglichkeiten zur Verfügung. In früheren Zeiten war es aufs Telefonieren und SMS ... mehr lesen
Stellenmarkt.ch
Kreditrechner
Wunschkredit in CHF
wetter.ch
Heute Fr Sa
Zürich -1°C 2°C freundlichleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig bedeckt, etwas Schnee bedeckt, etwas Schnee
Basel -1°C 4°C freundlichleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig bedeckt, etwas Schnee bedeckt
St. Gallen 0°C 2°C freundlichleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig bedeckt, etwas Schnee bedeckt, etwas Schnee
Bern 1°C 4°C freundlichleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig immer wieder Schnee bedeckt, etwas Schnee
Luzern 2°C 4°C freundlichleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig Schneeregen bedeckt, etwas Schnee
Genf -1°C 5°C Schneeregenschauerleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig starker Schneeregen Schneeregen
Lugano 1°C 8°C freundlichleicht bewölkt, ueberwiegend sonnig Schneeregenschauer wechselnd bewölkt
mehr Wetter von über 8 Millionen Orten