Etter noen tiår med elektronikkutvikling i et svimlende tempo - fra personlige datamaskiner og mobiltelefoner til bærbare enheter, smarttelefoner og nettbrett - er det tegn på at teknologiske gjennombrudd holder seg. For eksempel er din nye iPhone virkelig ikke så mye forskjellig fra den forrige. Og bærbare datamaskiner ser stort sett alle sammen ut og fungerer.
Ingeniører trenger nye inspirasjoner til innovasjoner. En kilde, tro det eller ei, er eldgamle kunst. Arbeidet mitt er for eksempel inspirert av kirigami, en mindre kjent kusine til origamis brettekunst. Du har kanskje til og med gjort kirigami som barn, brettet og kuttet for å lage papir snøfnugg. Materialer inspirert av denne kunsten kan brukes til å forbedre smarte klær, bygge bøybare smarttelefoner og gjøre proteser lettere.
Skjære papir
Ordet kirigami er det engelske navnet på kunsten å kutte papir. Arkeologer sier at kirigami kan spores tilbake før 1600-tallet i Japan. Det er fortsatt en populær folkekunst i asiatiske land, der folk lager kirigami for å feire månens nye år, nyfødte babyer, ekteskap og andre viktige hendelser.
Vanligvis starter kirigami med en brettet papirbase, som er kuttet, brettet ut og flatt ut for å gjøre det endelige kunstverket. De intrikate mønstrene skaper vakre kunstverk basert på matte- og designprinsipper som kan endre den mekaniske oppførselen til materialet som blir kuttet. For eksempel kan et bestemt mønster gjøre papiret sterkere eller mer strekkbart.
Dette barnefaget er et eksempel på den gamle kunsten i kirigami. (IlexSythe) En ingeniøridé
Akkurat som kirigami-utøvere kutter og bretter papir, kan ingeniører kutte og brette materialer som igjen kan integreres i elektroniske enheter.
Nyere innovasjoner innen energieffektiv elektronikk har skapt bærbare elektroniske enheter, høytytende elektronisk blekkpapir, kunstig elektronisk hud og smarte stoffer. Men mange av disse kreasjonene avhenger, i det minste delvis, av tradisjonelt trykte kretskort, som vanligvis er laget av silisium og metaller. De er harde og sprø - ikke en god match for menneskekroppen. Folk trenger klær og papir og gjenstander som kan håndtere bøyer og kurver.
Forskningsmiljøet, så vel som teknologi- og apparelbedrifter, er ivrige etter å gjøre elektroniske enheter så fleksible og bøyelige som mulig. Trikset er å sørge for at fleksibiliteten til disse dingsene ikke begrenser deres evne til å håndtere elektrisitet.
Når det gjelder elektronikk
Nylig fremstilte forskergruppen min ved universitetet i Buffalo en ny kirigami-inspirert, tøybar elektronisk enhet. Enheten er laget av selvmonterte polymerer og nanotråd, en centimeter bred. På egenhånd kunne den strekke seg litt - til bare 1, 06 centimeter. Men når den kuttes med lasere i et mønster inspirert av kirigami, kan den samme enheten strekke seg opp til 20 centimeter, 2000 prosent større enn sin ustridige form. Materialets medfødte elastisitet hjelper, men mønsteret og orienteringen til kuttene er den viktigste faktoren i hvordan enheten deformeres.
Dessuten gjorde skjæringen enheten 3000 ganger mer ledende for elektrisitet, noe som betyr at elektronikken kan kjøre raskere, eller ta mindre tid å lade.
Enheten før strekk (Doug Levere / University at Buffalo) Det er mange andre elektronikkforskere inspirert av kirigami. Når gruppene våre og andre foredler disse slags materialer, kan de etter hvert bli integrert i elektronisk hud - i likhet med midlertidige tatoveringer - for å forbedre følelsen av proteser og roboter. Sykehus kan også bruke e-hudplaster for å overvåke pasientens vitale tegn trådløst, og erstatte de irriterende ledningene som kan bli sammenfiltrede eller forhindre at folk sover mens de hviler i sengen.
Strekkbar elektronikk er også nøkkelen til Samsungs planer om å gi ut en bøybar smarttelefon. Og de kan være sentrale i smartklær, en bransje som analytikere prosjekt kan være verdt 4 milliarder dollar innen 2024. Takket være kunstneriske nyvinninger for hundrevis av år siden, kan klær og bandasjer en dag kunne hjelpe idrettsutøvere til å maksimere ytelsen, overvåke helsen til mennesker med kroniske sykdommer, og gir soldater og beredskapsarbeidere viktig informasjon om seg selv og de som er i deres omsorg.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation.
Shenqiang Ren, professor i maskinteknikk, universitet i Buffalo, delstatsuniversitetet i New York
