Po nekaj desetletjih elektronike, ki se razvija z vrtoglavo hitrostjo - od osebnih računalnikov in flip telefonov do nosljivih naprav, pametnih telefonov in tabličnih računalnikov - so znaki tehnološkega preboja. Na primer, vaš novi iPhone se res ne razlikuje toliko veliko od prejšnjega. In prenosni računalniki so v glavnem podobni.
Inženirji potrebujejo nove navdihe za inovacije. Eden od virov, verjeli ali ne, so starodavne umetnosti. Moje delo na primer navdihuje kirigami, manj znani bratranec zložljive umetnosti origamija. Morda ste že kot otrok delali kirigami, zlagali in razrezali, da bi naredili papirnate snežinke. Materiale, navdihnjene s temi umetnostmi, je mogoče uporabiti za izboljšanje pametnih oblačil, gradnjo upogljivih pametnih telefonov in lažjo protetiko.
Rezalni papir
Beseda kirigami je angleško ime za umetnost rezanja papirja. Arheologi trdijo, da je kirigamije mogoče izslediti pred 17. stoletjem na Japonskem. Še vedno je priljubljena ljudska umetnost v azijskih državah, kjer ljudje izdelujejo kirigami za praznovanje lunarnega novega leta, novorojenčke, poroko in druge pomembne dogodke.
Običajno se kirigami začnejo z zloženo papirno podlago, ki jo razrežemo, razgrnemo in sploščimo, da naredimo končni umetniški kos. Zapleteni vzorci ustvarjajo čudovita umetniška dela, ki temeljijo na matematičnih in oblikovalskih načelih, ki lahko spremenijo mehansko vedenje materiala, ki se razreže. Na primer, določen vzorec lahko papir naredi močnejši ali bolj raztegljiv.
Ta otroška obrt je primer starodavne umetnosti kirigami. (IlexSythe) Inženirska ideja
Tako kot praktiki kirigami režejo in zložijo papir, tako inženirji lahko režejo in zložijo materiale, ki jih je mogoče vgraditi v elektronske naprave.
Nedavne novosti na področju energetsko učinkovite elektronike so ustvarile prenosne elektronske naprave, visoko zmogljiv elektronski papir s črnilom, umetno elektronsko kožo in pametne tkanine. Toda mnoge od teh stvaritev so vsaj deloma odvisne od tradicionalno tiskanih vezij, ki so običajno narejene iz silicija in kovin. Trdi in krhki so - ne ustrezajo človeškemu telesu. Ljudje potrebujejo oblačila in papir ter predmete, s katerimi se lahko spopadajo z ovinki in oblinami.
Raziskovalna skupnost, pa tudi tehnološka in oblačilna podjetja si želijo, da bi bile elektronske naprave čim bolj prilagodljive in upogljive. Trik je v tem, da se prepričajte, da fleksibilnost teh pripomočkov ne omejuje njihove zmožnosti ravnanja z električno energijo.
Prehod na elektroniko
Pred kratkim je moja raziskovalna skupina na univerzi v Buffalu izdelala novo raztegljivo elektronsko napravo, ki je bila navdihnjena za kirigami. Naprava je narejena iz samonastavljenih polimerov in nanowires, naprava je široka centimeter. Sam se je lahko nekoliko raztegnil - na vsega 1, 06 centimetra. Toda, ko se razreže z laserji v vzorcu, ki ga navdihujejo kirigami, se lahko ista naprava razteza do 20 centimetrov, kar je 2000 odstotkov večja od njene neobremenjene oblike. Prirojena elastičnost materiala pomaga, vendar je vzorec in usmeritev kosov glavni dejavnik, kako se naprava deformira.
Še več, rezanje je napravo naredilo 3000-krat večjo prevodnost električne energije, kar pomeni, da lahko elektronika deluje hitreje ali traja manj časa za polnjenje.
Naprava pred raztezanjem (Doug Levere / univerza v Buffalu) Obstaja veliko drugih raziskovalcev elektronike, ki jih navdihujejo kirigami. Ko naše skupine in drugi izpopolnjujejo tovrstne materiale, jih je mogoče sčasoma vključiti v elektronsko kožo - podobno kot začasne tetovaže - za izboljšanje občutka protetike in robotov. Bolnišnice lahko uporabljajo tudi e-kožne obliže za brezžično spremljanje življenjskih znakov bolnikov in nadomeščajo tiste nadležne žice, ki se lahko zapletejo ali preprečijo ljudem, da med spanjem počivajo v postelji.
Izjemna elektronika je ključna tudi za načrte Samsunga o izdaji upogljivega pametnega telefona. In lahko so osrednji del pametnih oblačil, industrije, za katero bi analitiki lahko napovedali štiri milijarde ameriških dolarjev do leta 2024. Zahvaljujoč umetniškim inovacijam pred stotimi leti bodo oblačila in povoji nekega dne lahko športnikom pomagali povečati zmogljivost, spremljati zdravje ljudem s kroničnimi boleznimi, vojakom in dežurnim delavcem pa daje pomembne informacije o sebi in tistih, ki so v oskrbi.
Ta članek je bil prvotno objavljen na pogovoru.
Shenqiang Ren, profesor strojništva na Univerzi v Buffalo, Državna univerza v New Yorku
