Néhány évtizedes szédítő ütemben fejlődő elektronika után - a személyi számítógépektől és a flip telefonoktól kezdve a hordható eszközökig, okostelefonokig és táblagépekig - jelek mutatkoznak a technológiai áttörések miatt. Például az új iPhone valójában nem annyira különbözik az előzőtől. És a laptop számítógépek nagyjából úgy néznek ki és működnek egyaránt.
A mérnököknek új inspirációkra van szükségük az innovációkhoz. Az egyik forrás, hidd el vagy sem, az ősi művészetek. Munkáimat például a kirigami ihlette, az origami hajtogatás kevésbé ismert unokatestvére. Lehet, hogy gyermekeként még kirigami-ot is végzett, hajtogatással és darabolással papír hópelyhek készítéséhez. Az ezen művészetek által ihletett anyagok felhasználhatók az intelligens ruházat fejlesztésére, hajlítható okostelefonok építésére és a protézisek könnyebbé tételére.
Papírvágás
A kirigami szó a papírvágás művészetének angol neve. A régészek szerint a kirigami a 17. század előtt vezethető vissza Japánban. Ez továbbra is népszerű népművészet az ázsiai országokban, ahol az emberek kirigamival készülnek, hogy megünnepeljék a holdújévet, újszülött csecsemőket, házasságot és egyéb jelentős eseményeket.
A kirigami általában egy hajtogatott papír alapokkal kezdődik, amelyet felvágnak, kihajtanak és lelapítanak, hogy a végső mű legyen. A bonyolult minták olyan gyönyörű műalkotásokat hoznak létre, amelyek matematikai és tervezési elveken alapulnak, és amelyek megváltoztathatják a darabolandó anyag mechanikai viselkedését. Például egy adott minta erősebbé vagy rugalmasabbá teszi a papírt.
Ez a gyermekműves példa az ókori kirigami művészetre. (IlexSythe) Egy mérnöki ötlet
Ahogy a kirigami szakemberek papírt vágnak és hajtogatnak, a mérnökök vághatnak és hajtogathatnak olyan anyagokat, amelyeket viszont be lehet építeni az elektronikus eszközökbe.
Az energiahatékony elektronika területén a legújabb innovációk hordozható elektronikus eszközöket, nagy teljesítményű elektronikus tintapapírt, mesterséges elektronikus héjakat és intelligens szöveteket hoztak létre. De ezeknek a alkotásoknak nagy része, legalábbis részben, a hagyományosan nyomtatott áramköri tábláktól függ, amelyek általában szilíciumból és fémekből készülnek. Kemények és törékenyek - nem felel meg az emberi testnek. Az embereknek ruhákra, papírra és tárgyakra van szükségük, amelyek képesek meghajolni a kanyart és a kanyart.
A kutatói közösség, valamint a technológiai és ruházati társaságok arra törekszenek, hogy az elektronikus eszközöket a lehető legrugalmasabbá és hajlékonyabbá tegyék. A trükk az, hogy megbizonyosodjon arról, hogy ezeknek a moduloknak a rugalmassága nem korlátozza-e az elektromos áram kezelésére való képességüket.
Az elektronika felé fordulva
A közelmúltban a buffói egyetemen dolgozó kutatócsoportom új, kirigami-ihletésű, nyújtható elektronikus készüléket készített. Önszerelt polimerekből és nanoszálakból készül, centiméter széles. Önmagában kissé nyújthat - csak 1, 06 centiméterre. De ha lézerrel vágják a kirigami ihlette mintázatban, ugyanaz az eszköz akár 20 centiméter is nyújthatsz, amely 2000 százalékkal nagyobb, mint a nyújthatatlan formája. Az anyag veleszületett rugalmassága segít, de a vágások mintája és iránya a legfontosabb tényező az eszköz deformációjában.
Ráadásul a vágás 3000-szer elektromosan vezetőképessé tette az eszközt, azaz az elektronika gyorsabban működhet, vagy kevesebb időt vehet igénybe a töltés.
Az eszköz nyújtás előtt (Doug Levere / Buffalo Egyetem) Sok más elektronikai kutató is a kirigami ihlette. Mivel csoportjaink és mások finomítják az ilyen típusú anyagokat, végül beépíthetők az elektronikus bőrbe - hasonlóan az ideiglenes tetoválásokhoz -, hogy javítsák a protézisek és a robotok érzetét. A kórházak e-bőr patchokat is használhatnak a betegek életképességének vezeték nélküli megfigyelésére, helyettesítve azokat a bosszantó vezetékeket, amelyek összezavaródhatnak, vagy megakadályozzák az embereket az alvásban, miközben ágyban pihennek.
A feszíthető elektronika szintén kulcsfontosságú a Samsung egy hajlékony okostelefon kiadására vonatkozó terveiben. Ezek központi szerepet játszhatnak az intelligens ruházatban, egy olyan iparágban, amelynek elemzői 2024-re 4 milliárd dollárt érhetnek el. A több száz évvel ezelőtti művészeti újításoknak köszönhetően a ruházat és a kötszer egy napon segíthet a sportolóknak a teljesítmény maximalizálásában, a krónikus betegségben szenvedő embereket, és fontos információkat adnak a katonáknak és a sürgősségi ellátásban dolgozóknak magukról és gondozóikról.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Shenqiang Ren, a gépgyártás professzora, a Buffalo Egyetem, a New York-i Állami Egyetem
