Efter et par årtier med elektronikudvikling i et svimlende tempo - fra personlige computere og flip-telefoner til bærbare enheder, smartphones og tablets - er der tegn på, at teknologiske gennembrud holder fast. For eksempel er din nye iPhone virkelig ikke så meget forskellig fra den foregående. Og bærbare computere ser stort set alle sammen ud - og fungerer.
Ingeniører har brug for nye inspiration til innovationer. En kilde, tro det eller ej, er oldtidskunster. Mit arbejde er for eksempel inspireret af kirigami, en mindre kendt fætter til origamis foldekunst. Du har måske endda gjort kirigami som barn, foldet og skåret for at fremstille papir snefnug. Materialer, der er inspireret af denne kunst, kan bruges til at forbedre smart tøj, bygge bøjelige smartphones og gøre protetik lettere.
Skær papir
Ordet kirigami er det engelske navn på kunsten at skære papir. Arkæologer siger, at kirigami kan spores tilbage før det 17. århundrede i Japan. Det er stadig en populær folkekunst i asiatiske lande, hvor folk laver kirigami for at fejre månens nytår, nyfødte babyer, ægteskab og andre vigtige begivenheder.
Kirigami starter typisk med en foldet papirbase, der klippes, foldes ud og udflades for at gøre det sidste kunstværk. De komplicerede mønstre skaber smukke kunstværker baseret på matematiske og designprincipper, der kan ændre den mekaniske opførsel af det materiale, der skæres. For eksempel kan et bestemt mønster gøre papiret stærkere eller mere strækbart.
Dette børns håndværk er et eksempel på den gamle kunst af kirigami. (IlexSythe) En teknisk idé
Ligesom kirigami-udøvere skærer og folder papir, kan ingeniører skære og folde materialer, der igen kan integreres i elektroniske enheder.
De seneste innovationer inden for energieffektiv elektronik har skabt bærbare elektroniske enheder, højtydende elektronisk blækpapir, kunstig elektronisk hud og smarte stoffer. Men mange af disse kreationer afhænger, i det mindste delvist, af traditionelt trykte kredsløbskort, som typisk er fremstillet af silicium og metaller. De er hårde og sprøde - ikke en god match til den menneskelige krop. Folk har brug for tøj og papir og genstande, der kan håndtere bøjninger og kurver.
Forskningsmiljøet såvel som tech- og beklædningsfirmaer er ivrige efter at gøre elektroniske enheder så fleksible og bøjelige som muligt. Tricket er at sikre, at fleksibiliteten i disse gadgets ikke begrænser deres evne til at håndtere elektricitet.
Når vi tænker på elektronik
For nylig fremstillede min forskergruppe ved universitetet i Buffalo en ny kirigami-inspireret, stretchbar elektronisk enhed. Enheden er lavet af selvmonterede polymerer og nanotråde og er en centimeter bred. På egen hånd kunne den strække sig lidt - til kun 1, 06 centimeter. Men når den er skåret med lasere i et mønster inspireret af kirigami, kan den samme enhed strække sig op til 20 centimeter, 2.000 procent større end dens ustrækkelige form. Materialets medfødte elasticitet hjælper, men mønsteret og orienteringen af udskæringerne er den vigtigste faktor i, hvordan enheden deformeres.
Desuden gjorde udskæringen enheden 3000 gange mere ledende for elektricitet, hvilket betyder, at elektronikken kan køre hurtigere eller tage mindre tid at oplade.
Enheden inden strækning (Doug Levere / University at Buffalo) Der er mange andre elektronikforskere inspireret af kirigami. Når vores grupper og andre forfine disse slags materialer, kan de til sidst indarbejdes i elektronisk hud - beslægtet med midlertidige tatoveringer - for at forbedre følelsen af proteser og robotter. Hospitaler kan også bruge e-hud-lapper til trådløst at overvåge patienternes vitale tegn og erstatte de irriterende ledninger, der kan blive sammenfiltrede eller forhindre folk i at sove, mens de hviler i sengen.
Strækbar elektronik er også nøglen til Samsungs planer om at frigive en bøjelig smartphone. Og de kunne være centrale for smart tøj, en branche, som analytikere projektet kan være værd at koste 4 milliarder dollars i 2024. Takket være kunstneriske innovationer for hundreder af år siden kan tøj og bandager muligvis en dag hjælpe atleter med at maksimere ydeevnen, overvåge sundheden for mennesker med kroniske sygdomme og giver soldater og beredskabsfolk vigtige oplysninger om sig selv og dem, der er i deres pleje.
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation.
Shenqiang Ren, professor i maskinteknik, universitet i Buffalo, State University of New York
