След няколко десетилетия електрониката, която се развива с главозамайваща скорост - от лични компютри и флип телефони до носими устройства, смартфони и таблети - има признаци, че технологичният пробив е в застой. Например, вашият нов iPhone наистина не е толкова различен от предишния. А лаптопите почти всички си приличат и работят.
Инженерите се нуждаят от нови вдъхновения за иновации. Един източник, вярвате или не, са древните изкуства. Моята работа, например, е вдъхновена от киригами, по-малко известен братовчед на сгъваемото изкуство на оригами. Може дори да сте правили киригами като дете, да сгъвате и да режете, за да направите хартиени снежинки. Материалите, вдъхновени от тези изкуства, могат да бъдат използвани за подобряване на интелигентното облекло, изграждането на гъвкави смартфони и опростяване на протезата.
Рязане на хартия
Думата kirigami е английското име за изкуството на рязане на хартия. Археолозите твърдят, че киригами могат да бъдат проследени преди 17-ти век в Япония. Все още е популярно народно изкуство в азиатските страни, където хората правят киригами, за да отпразнуват лунната нова година, новородените бебета, брака и други значими събития.
Обикновено киригами започва със сгъната хартиена основа, която се нарязва, разгъва и изравнява, за да се направи финалното произведение на изкуството. Сложните модели създават красиви произведения на изкуството, основани на математически и дизайнерски принципи, които могат да променят механичното поведение на материала, който се реже. Например, определен модел може да направи хартията по-здрава или по-разтеглива.
Този детски занаят е пример за древното изкуство на киригами. (IlexSythe) Инженерна идея
Точно както практикуващите киригами режат и сгъват хартия, инженерите могат да изрязват и сгъват материали, които от своя страна могат да бъдат вградени в електронни устройства.
Последните иновации в енергийно ефективната електроника създадоха преносими електронни устройства, високоефективна електронна хартия с мастило, изкуствена електронна кожа и интелигентни материи. Но много от тези творения зависят поне отчасти от традиционно печатаните платки, които обикновено са изработени от силиций и метали. Те са твърди и чупливи - не са подходящи за човешкото тяло. Хората се нуждаят от дрехи и хартия и предмети, които могат да се справят с завои и извивки.
Изследователската общност, както и компаниите за технологии и облекло, са готови да направят електронните устройства възможно най-гъвкави и гъвкави. Номерът е да се уверите, че гъвкавостта на тези джаджи не ограничава способността им да се справят с електричеството.
Да се обърнем към електрониката
Наскоро моята изследователска група в Университета в Бъфало създаде ново електронно устройство, вдъхновено от киригами. Изработено от самостоятелно сглобени полимери и нанопроводници, устройството е широко сантиметър. Само по себе си тя може да се разтегне леко - до едва 1, 06 сантиметра. Но когато се реже с лазери по образец, вдъхновен от киригами, същото устройство може да се простира до 20 сантиметра, с 2000 процента по-голямо от разтеглената си форма. Вродената еластичност на материала помага, но моделът и ориентацията на разфасовките са основният фактор за това как устройството се деформира.
Освен това, рязането направи устройството 3000 пъти по-проводимо с електричество, което означава, че електрониката може да работи по-бързо или да отнеме по-малко време за зареждане.
Устройството преди разтягане (Doug Levere / University of Buffalo) Има много други изследователи на електроника, вдъхновени от киригами. Тъй като нашите групи и други усъвършенстват тези видове материали, те в крайна сметка могат да бъдат включени в електронна кожа - подобна на временни татуировки - за подобряване на усещането за протезиране и роботи. Болниците могат също така да използват лепенки за електронна кожа, за да наблюдават безжично жизнените показатели на пациентите, замествайки тези досадни проводници, които могат да се заплитат или да попречат на хората да спят, докато почиват в леглото.
Разтегливата електроника също е от ключово значение за плановете на Samsung да пусне подвижен смартфон. И те биха могли да заемат централно място в интелигентното облекло - индустрия, която анализаторите на проекта могат да струват 4 милиарда щатски долара до 2024 г. Благодарение на художествените иновации преди стотици години, дрехите и превръзките един ден могат да бъдат в състояние да помогнат на спортистите да увеличат ефективността си, да наблюдават здравето на хората с хронични заболявания и дават на военнослужещите и на спешните работници важна информация за себе си и онези, които се грижат за тях.
Тази статия първоначално е публикувана в The Conversation.
Шенкианг Рен, професор по машинно инженерство, университет в Бъфало, Държавния университет в Ню Йорк
