После нескольких десятилетий развития электроники в головокружительном темпе - от персональных компьютеров и мобильных телефонов до носимых устройств, смартфонов и планшетов - появляются признаки того, что технологические прорывы тормозятся. Например, ваш новый iPhone действительно не сильно отличается от предыдущего. И ноутбуки почти все выглядят и работают одинаково.
Инженерам нужны новые источники вдохновения для инноваций. Один из источников, хотите верьте, хотите нет, это древнее искусство. Например, моя работа вдохновлена киригами, малоизвестной кузиной складного искусства оригами. Возможно, вы в детстве даже делали киригами, складывая и резая, чтобы сделать бумажные снежинки. Материалы, вдохновленные этим искусством, могут быть использованы для улучшения умной одежды, создания гибких смартфонов и облегчения протезирования.
Резка бумаги
Слово киригами - это английское название искусства резки бумаги. Археологи говорят, что киригами можно проследить еще до 17 века в Японии. Это все еще популярное народное искусство в азиатских странах, где люди делают киригами, чтобы отпраздновать лунный Новый год, новорожденных, брак и другие важные события.
Как правило, киригами начинается со сложенной бумажной основы, которая разрезается, разворачивается и сплющивается для создания окончательного художественного произведения. Сложные узоры создают прекрасные произведения искусства на основе математических и дизайнерских принципов, которые могут изменить механическое поведение разрезаемого материала. Например, конкретный рисунок может сделать бумагу более прочной или более растягиваемой.
Это детское ремесло является примером древнего искусства киригами. (IlexSythe) Инженерная идея
Подобно тому, как практикующие киригами режут и складывают бумагу, инженеры могут разрезать и складывать материалы, которые, в свою очередь, могут быть встроены в электронные устройства.
Последние инновации в области энергоэффективной электроники позволили создать портативные электронные устройства, высокопроизводительную бумагу для электронных чернил, искусственную электронную кожу и интеллектуальные ткани. Но многие из этих творений зависят, по крайней мере частично, от традиционных печатных плат, которые обычно изготавливаются из кремния и металлов. Они твердые и хрупкие - не подходят для человеческого тела. Людям нужна одежда, бумага и предметы, способные выдерживать изгибы и изгибы.
Исследовательское сообщество, а также технологические и швейные компании стремятся сделать электронные устройства максимально гибкими и гибкими. Хитрость заключается в том, чтобы убедиться, что гибкость этих гаджетов не ограничивает их способность работать с электричеством.
Обращаясь к электронике
Недавно моя исследовательская группа в университете в Буффало изготовила новое растягиваемое электронное устройство, вдохновленное киригами. Изготовленное из самосборных полимеров и нанопроволоки, устройство имеет ширину в сантиметр. Само по себе оно может немного растянуться - до 1, 06 сантиметра. Но при разрезании лазерами по схеме, вдохновленной Киригами, это же устройство может растягиваться до 20 сантиметров, что на 2000 процентов больше, чем его нерастянутая форма. Врожденная эластичность материала помогает, но рисунок и ориентация надрезов является основным фактором в том, как устройство деформируется.
Кроме того, резание сделало устройство в 3000 раз более проводящим электричество, а это означает, что электроника может работать быстрее или занимать меньше времени для зарядки.
Устройство перед растяжением (Даг Левере / Университет в Буффало) Есть много других исследователей электроники, вдохновленных Киригами. По мере того, как наши группы и другие улучшают эти виды материалов, они в конечном итоге могут быть включены в электронный скин - сродни временным татуировкам - для улучшения ощущений от протезирования и роботов. Больницы могут также использовать электронные участки кожи для беспроводного мониторинга показателей жизнедеятельности пациентов, заменяя раздражающие провода, которые могут запутаться или помешать людям спать во время отдыха в постели.
Эластичная электроника также является ключом к планам Samsung по выпуску гибкого смартфона. И они могут стать основой для умной одежды, которая, по прогнозам аналитиков, к 2024 году может составить 4 миллиарда долларов США. Благодаря художественным инновациям сотни лет назад одежда и бинты могут когда-нибудь помочь спортсменам добиться максимальных результатов, контролировать состояние здоровья. людей с хроническими заболеваниями, и дать солдатам и работникам служб неотложной помощи важную информацию о себе и тех, кто находится под их опекой
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Шэньцян Рен, профессор машиностроения, Университет в Буффало, Государственный университет Нью-Йорка
