Po několika desetiletích vývoje elektroniky závratným tempem - od osobních počítačů a flip telefonů po nositelná zařízení, smartphony a tablety - se objevují náznaky technologických průlomů. Například váš nový iPhone se opravdu neliší od předchozího. A přenosné počítače skoro všechny vypadají - a fungují - podobně.
Inženýři potřebují nové inspirace pro inovace. Jeden zdroj, věřte tomu nebo ne, je starověké umění. Moje práce je například inspirována kirigami, méně známým bratrancem skládacího umění origami. Možná jste dokonce dělali kirigami jako dítě, skládali a stříhali, abyste vytvořili papírové vločky. Materiály inspirované tímto uměním mohou být použity ke zlepšení chytrého oblečení, sestavení ohýbatelných smartphonů a zesílení protetiky.
Řezací papír
Slovo kirigami je anglické jméno pro umění řezání papíru. Archeologové tvrdí, že kirigami lze vystopovat před 17. stoletím v Japonsku. Je to stále populární lidové umění v asijských zemích, kde lidé dělají kirigami na oslavu lunárního nového roku, novorozenců, manželství a dalších významných událostí.
Obvykle kirigami začíná skládanou papírovou základnou, která je řezaná, rozložená a zploštělá, aby se vytvořil finální umělecký kus. Složité vzory vytvářejí krásná umělecká díla založená na matematických a designových principech, které mohou změnit mechanické chování řezaného materiálu. Například určitý vzor může učinit papír silnějším nebo roztažitelnějším.
Toto řemeslo pro děti je příkladem antického umění kirigami. (IlexSythe) Inženýrský nápad
Stejně jako praktikující kirigami řezají a skládají papír, mohou inženýři řezat a skládat materiály, které mohou být zase začleněny do elektronických zařízení.
Nedávné inovace v oblasti energeticky účinné elektroniky vytvořily přenosná elektronická zařízení, vysoce výkonný papír pro inkoustové barvy, umělou elektronickou pokožku a inteligentní textilie. Ale mnoho z těchto výtvorů závisí, alespoň částečně, na tradičně deskách s plošnými spoji, které jsou obvykle vyrobeny z křemíku a kovů. Jsou tvrdé a křehké - pro lidské tělo nejsou dobré. Lidé potřebují oblečení a papír a předměty, které zvládnou ohyby a křivky.
Výzkumná komunita, stejně jako technologické a oděvní společnosti, dychtí po tom, aby byla elektronická zařízení co nejvíce flexibilní a ohebná. Trik spočívá v tom, že flexibilita těchto pomůcek neomezuje jejich schopnost zpracovat elektřinu.
Pokud jde o elektroniku
Moje výzkumná skupina na University of Buffalo nedávno vyrobila nové natahovací elektronické zařízení inspirované kirigami. Zařízení je vyrobeno ze smontovaných polymerů a nanočástic a je centimetr široké. Sama o sobě by se mohla mírně protáhnout - na pouhých 1, 06 centimetrů. Když je však řezán laserem ve vzoru inspirovaném kirigami, stejné zařízení se může natáhnout až o 20 centimetrů, což je o 2 000 procent větší než jeho neroztažená forma. Vrozená pružnost materiálu pomáhá, ale vzor a orientace řezů je hlavním faktorem, jak se zařízení deformuje.
Díky tomuto řezání bylo zařízení 3 000krát vodivější, což znamená, že elektronika může běžet rychleji nebo nabít méně času.
Zařízení před protahováním (Doug Levere / University at Buffalo) Existuje mnoho dalších vědců z oblasti elektroniky inspirovaných kirigami. Když naše skupiny a další zdokonalují tyto druhy materiálů, mohou být nakonec začleněny do elektronické kůže - podobně jako dočasné tetování - pro zlepšení pocitu protetiky a robotů. Nemocnice mohou také pomocí náplastí e-skin bezdrátově monitorovat vitální funkce pacientů a nahrazovat tak nepříjemné dráty, které se mohou zamotat nebo zabránit lidem v spánku při odpočinku v posteli.
Roztažná elektronika je také klíčem k plánům společnosti Samsung na uvolnění ohebného smartphonu. A mohli by být středem inteligentního oblečení, což je odvětví, v němž by analytici mohli do roku 2024 stát 4 miliardy USD. Díky uměleckým inovacím před stovkami let může oblečení a obvazy jednoho dne pomoci sportovcům maximalizovat výkon, sledovat zdraví lidé s chronickými nemocemi a dávají vojákům a pohotovostním pracovníkům důležité informace o sobě a o nich v jejich péči.
Tento článek byl původně publikován v The Conversation.
Shenqiang Ren, profesor strojního inženýrství, univerzita v Buffalu, Státní univerzita v New Yorku
