Muutaman vuosikymmenen kuluttua kehittyneestä elektroniikasta huimaavassa vauhdissa - henkilökohtaisista tietokoneista ja flip-puhelimista kannettaviin laitteisiin, älypuhelimiin ja tablet-laitteisiin - on merkkejä siitä, että teknologiset läpimurrot ovat pysähtymässä. Esimerkiksi uusi iPhone ei todellakaan ole niin paljon erilainen kuin edellinen. Ja kannettavat tietokoneet näyttävät melkein kaikilta - ja toimivat - samalla tavalla.
Insinöörit tarvitsevat uusia innoituksia innovaatioita varten. Yksi lähde, usko tai älä, on muinaiset taiteet. Esimerkiksi työni inspiroi kirigami, vähemmän tunnettu orgasmin taitto-serkku. Olet ehkä tehnyt lapsena jopa kirigamin taittamalla ja leikkaamalla paperilumihiutaleita. Näiden taiteiden inspiroimia materiaaleja voidaan käyttää älykkäiden vaatteiden parantamiseen, taipuisien älypuhelimien rakentamiseen ja proteesien keventämiseen.
Paperin leikkaaminen
Sana kirigami on englanninkielinen nimi paperin leikkaustaiteelle. Arkeologien mukaan kirigami on jäljitettävissä ennen Japanissa 1700-lukua. Se on edelleen suosittu kansantaide Aasian maissa, joissa ihmiset tekevät kirigamia juhlimaan kuun uutta vuotta, vastasyntyneitä, avioliittoa ja muita merkittäviä tapahtumia.
Kirigami alkaa tyypillisesti taitetulla paperipohjalla, joka leikataan, taitetaan ja tasoitetaan lopullisen teoksen tekemiseksi. Monimutkaiset kuviot luovat kauniita matematiikkaan ja muotoiluun perustuvia taideteoksia, jotka voivat muuttaa leikattavan materiaalin mekaanista käyttäytymistä. Esimerkiksi tietty kuvio voi tehdä paperista vahvemman tai joustavamman.
Tämä lasten käsityö on esimerkki muinaisesta kirigamin taiteesta. (IlexSythe) Suunnitteluidea
Aivan kuten kirigami-ammattilaiset leikkaavat ja taittavat paperia, insinöörit voivat leikata ja taittaa materiaaleja, jotka puolestaan voidaan sisällyttää elektronisiin laitteisiin.
Viimeaikaiset innovaatiot energiatehokkaassa elektroniikassa ovat luoneet kannettavia elektronisia laitteita, korkean suorituskyvyn elektronisen mustepaperin, keinotekoisen elektronisen ihon ja älykkäät kankaat. Mutta monet näistä luomuksista riippuvat ainakin osittain perinteisistä piirilevyistä, jotka on tyypillisesti valmistettu piistä ja metalleista. Ne ovat kovia ja hauraita - eivät ole hyvä ottelu ihmiskeholle. Ihmiset tarvitsevat vaatteita ja paperia sekä esineitä, jotka pystyvät käsittelemään mutkia.
Tutkimusyhteisö, samoin kuin tekniikka- ja vaatetusyritykset, haluaa tehdä elektronisista laitteista mahdollisimman joustavia ja taipuisia. Temppu on varmistaa, että näiden laitteiden joustavuus ei rajoita niiden kykyä käsitellä sähköä.
Siirrytään elektroniikkaan
Äskettäin Buffalon yliopiston tutkimusryhmäni valmisti uuden kirigami-inspiroidun, joustavan elektronisen laitteen. Itse koottuista polymeereistä ja nanorajoista valmistettu laite on senttimetriä leveä. Yksinään se voisi venyttää hieman - vain 1, 06 senttimetriin. Mutta kun leikataan lasereilla kirigamin inspiroimalla kuviolla, sama laite voi venyttää jopa 20 senttimetriä, 2000 prosenttia suurempi kuin venymätön muoto. Materiaalin luontainen kimmoisuus auttaa, mutta leikkausten kuvio ja suunta ovat tärkein tekijä laitteen muodonmuutoksessa.
Lisäksi leikkaus teki laitteesta 3000 kertaa sähkönjohtavamman, eli elektroniikka voi toimia nopeammin tai vie vähemmän aikaa lataamiseen.
Laite ennen venyttämistä (Doug Levere / Buffalon yliopisto) Kirigamin innoittamana on monia muita elektroniikan tutkijoita. Kun ryhmämme ja muut puhdistavat tällaisia materiaaleja, ne voidaan lopulta sisällyttää sähköiseen ihoon - kuten väliaikaisiin tatuointeihin - proteesin ja robottien tunteen parantamiseksi. Sairaalat voivat myös käyttää e-iho-korjaustiedostoja seurataksesi langattomasti potilaiden elintoimintoja korvaamalla ärsyttävät johdot, jotka voivat takertua tai estää ihmisiä nukkumasta sängyssä lepääen.
Joustava elektroniikka on myös avain Samsungin suunnitelmiin julkaista taivutettava älypuhelin. Ja ne voivat olla keskeisiä älykkäille vaatteille, teollisuudelle, jonka analyytikot voivat olla 4 miljardin dollarin arvoisia vuoteen 2024 mennessä. Satojen vuosien taiteellisten innovaatioiden ansiosta vaatteet ja siteet voivat yhtenä päivänä auttaa urheilijoita maksimoimaan suorituskyvyn, seuraamaan terveyttä. ihmisiä, joilla on kroonisia sairauksia, ja antaa sotilaille ja pelastushenkilöstölle tärkeätä tietoa itsestään ja heidän hoidossaan olevista.
Tämä artikkeli on alun perin julkaistu keskustelussa.
Shenqiang Ren, konetekniikan professori, Buffalon yliopisto, New Yorkin osavaltion yliopisto
