Pärast mõnekümne aasta jooksul arenenud peadpööritava kiirusega elektroonikat - alates personaalarvutitest ja flip-telefonidest kuni kantavate seadmete, nutitelefonide ja tahvelarvutiteni - on tehnoloogilisi läbimurdeid näha. Näiteks pole teie uus iPhone tegelikult eelmisest väga erinev. Ja sülearvutid näevad peaaegu kõik välja ja töötavad ühtmoodi.
Insenerid vajavad uuenduste jaoks uusi inspiratsiooni. Üks allikas, uskuge või mitte, on iidne kunst. Minu töö on näiteks inspireeritud kirigamist, origami voltimiskunsti vähemtuntud nõost. Võib-olla olete isegi lapsena kirigami teinud, paberist lumehelveste tegemiseks voltinud ja tükeldanud. Nendest kunstidest inspireeritud materjale saab kasutada nutiriietuse parandamiseks, painutatavate nutitelefonide ehitamiseks ja proteesimise kergendamiseks.
Paberi lõikamine
Sõna kirigami on ingliskeelne nimetus paberilõikamiseks. Arheoloogide sõnul võib kirigami Jaapanis leida enne 17. sajandit. See on endiselt Aasia riikides populaarne rahvakunst, kus inimesed teevad kirigami, et tähistada kuu-uut aastat, vastsündinud lapsi, abielu ja muid olulisi sündmusi.
Tavaliselt algab kirigami kokkuvolditud paberipõhjaga, mis lõigatakse, voltitakse ja tasandatakse lõpliku kunstiteose valmistamiseks. Keerulised mustrid loovad ilusad matemaatika- ja kujunduspõhimõtetel põhinevad kunstiteosed, mis võivad muuta lõigatava materjali mehaanilist käitumist. Näiteks võib konkreetne muster muuta paberi tugevamaks või venivamaks.
See laste käsitöö on kirigami iidse kunsti näide. (IlexSythe) Inseneriidee
Nii nagu kirigami praktikud lõikavad ja voldivad paberit, saavad ka insenerid lõigata ja voltida materjale, mida saab omakorda elektroonilistesse seadmetesse lisada.
Viimased uuendused energiatõhusas elektroonikas on loonud kaasaskantavad elektroonikaseadmed, suure jõudlusega elektroonilise tindi paberi, tehisliku elektroonilise naha ja nutikad kangad. Kuid paljud neist loomingutest sõltuvad vähemalt osaliselt traditsioonilistest trükkplaatidest, mis on tavaliselt valmistatud räni ja metallidest. Nad on kõvad ja rabedad - inimkehale mitte eriti sobivad. Inimesed vajavad riideid ja paberit ning esemeid, mis saavad hakkama kurvidega.
Teadusringkonnad, aga ka tehnika- ja rõivaettevõtted soovivad elektroonikaseadmeid võimalikult paindlikuks ja paindlikuks muuta. Trikk on veenduda, et nende vidinate paindlikkus ei piira nende võimet elektriga hakkama saada.
Pöördudes elektroonika poole
Hiljuti valmistas minu Buffalo ülikooli uurimisrühm uudse kirigami-inspireeritud venitava elektroonilise seadme. Isetehtud polümeeridest ja nanojuhtmetest valmistatud seade on sentimeetri laiune. Ainuüksi see võib ulatuda pisut - vaid 1, 06 sentimeetrini. Kuid kui lõigata laseridega kirigami inspireeritud mustriga, võib sama seade venitada kuni 20 sentimeetrit, mis on 2000 protsenti suurem kui selle venitamata kujul. Materjali kaasasündinud elastsus aitab, kuid sisselõigete muster ja orientatsioon on seadme deformeerimisel peamine tegur.
Veelgi enam, lõikamine muutis seadme 3000 korda elektrit juhtivaks, mis tähendab, et elektroonika võib töötada kiiremini või võtab laadimiseks vähem aega.
Seade enne venitamist (Doug Levere / Buffalo ülikool) Kirigami inspireeritud on palju teisi elektroonikauurijaid. Kuna meie rühmad ja teised sedalaadi materjale viimistlevad, saab neid proteesimise ja robotite tunde parandamiseks lõpuks elektroonilisse nahasse lisada - sarnaselt ajutistele tätoveeringutele. Haiglad saavad kasutada e-nahaplaastreid ka patsientide eluliste näitajate juhtmevabaks jälgimiseks, asendades tüütud juhtmed, mis võivad sassi minna või takistada inimestel voodis puhkamas magamast.
Venitatav elektroonika on ka võtmeks Samsungi plaanides vabastada painduv nutitelefon. Ja need võiksid olla arukate rõivaste keskmes - tööstusharu, mille analüütikute hinnangul võiks 2024. aasta väärtus olla 4 miljardit USA dollarit. Tänu sadu aastaid tagasi loodud kunstilistele uuendustele võivad riided ja sidemed ühel päeval aidata sportlastel saavutusi maksimeerida, jälgida nende tervist. krooniliste haigustega inimesi ning annavad sõduritele ja päästetöötajatele olulist teavet enda ja nende hoole all olevate kohta.
See artikkel avaldati algselt lehel The Conversation.
New Yorgi osariigi Buffalo ülikooli mehaanikainseneri professor Shenqiang Ren
