Как древните изкуства вдъхновяват съвременната електроника

След няколко десетилетия на развитие на електрониката при зашеметяващо темпо – от персонални компютри и флип телефони до ноутбуци, смартфони и таблети – има признаци, че технологичните пробиви се забавят. Например, новият ви iPhone наистина не е толкова различен от предишния. И лаптопните компютри почти изглеждат – и работят – еднакви.

Инженерите се нуждаят от нови вдъхновения за иновации. Един източник, вярвайте или не, е древните изкуства. Моята работа , например, е вдъхновен от kirigami , по-малко известен братовчед на сгъващото изкуство на оригами. Може дори да сте направили kirigami като дете, сгъване и рязане, за да направите хартия снежинки. Материалите, вдъхновени от тези изкуства, могат да бъдат използвани за подобряване на интелигентното облекло, за изграждане на сгъваеми смартфони и за олекотяване на протезата.

Рязане на хартия

Думата kirigami е английското име за изкуството за рязане на хартия. Археолозите твърдят, че киригами могат да бъдат проследени назад преди 17 век в Япония , Тя все още е популярно народно изкуство в азиатските страни, където хората правят киригами да празнуват новата лунна година, новородените бебета, брака и други значими събития.

Обикновено киригами започва с нагъната хартиена основа, която е нарязана, разгъната и сплескана, за да направи окончателното произведение на изкуството. Сложните модели създават красиви произведения на изкуството, основани на принципите на математиката и дизайна, които могат да променят механичното поведение на изрязания материал. Например, определен шаблон може да направи хартията по-здрава или по-издържлива.

paper snowflakes.jpg
Детският занаят е пример за древното изкуство на Киригами. (IlexSythe)

Инженерна идея

Точно като киригами практикуващи нарязани и сгънати хартии, инженерите могат да нарязват и сгъват материали, които от своя страна могат да бъдат включени в електронни устройства.

Последни нововъведения в енергийноефективна електроника са създали преносими електронни устройства, високоефективна хартия за електронно мастило , изкуствена електронна кожа и умни тъкани , Но много от тези творения зависят, поне отчасти, от традицията печатни платки , които обикновено се изработват от силиций и метали. Те са твърди и крехки – не са подходящи за човешкото тяло. Хората се нуждаят от дрехи, хартия и предмети, които могат да се справят с извивки и криви.

Изследователската общност, както и компаниите за технологии и облекло се стремят да направят електронните устройства възможно най-гъвкави и гъвкави. Номерът е да се гарантира, че гъвкавостта на тези приспособления не ограничава тяхната способност да се справят с електричество.

Обръщане към електрониката

Наскоро, моята изследователска група в университета в Бъфало новото вдъхновено от киригами електронно устройство , Изработена от самосглобени полимери и нанопокритие, устройството е с широк сантиметър. Само по себе си може да се простира леко – само на 1,06 сантиметра. Но когато се нарязват с лазери, вдъхновени от киригами, същото устройство може да се простира до 20 сантиметра, което е с 2000% по-голямо от неговата неразтеглена форма. Вродената еластичност на материала помага, но моделът и ориентацията на срезовете е основният фактор за това как устройството се деформира.

Освен това, рязането направи устройството 3000 пъти по-проводимо от електроенергията, което означава, че електрониката може да работи по-бързо или да отделя по-малко време за зареждане.

kirigami electronic 1.jpg
Устройството преди разтягане (Doug Levere / университет в Бъфало)

Има много друг електроника изследователи вдъхновена от киригами. Тъй като нашите групи и други усъвършенстват тези видове материали, те могат евентуално да бъдат включени в електронната кожа – подобно на временни татуировки – за да се подобри усещането за протези и роботи , Болниците също могат да използват e-skin patches за безжично наблюдение на жизнените показатели на пациентите , замествайки тези досадни проводници, които могат да се заплеснат или да попречат на хората да спят, докато почиват в леглото.

Разтегателната електроника също е от ключово значение Плановете на Samsung да пусне сгъваем смартфон , И те биха могли да бъдат от основно значение за умните дрехи – индустрия, която проектът на анализаторите може да струва 4 млрд. Долара до 2024 г. , Благодарение на художествените нововъведения преди стотици години, дрехите и превръзките могат един ден да помогнат на спортистите да увеличат максимално ефективността, да наблюдават здравето на хората с хронични заболявания и да дават на войниците и спешните работници важна информация за себе си и тези, които се грижат за тях.

Тази статия е публикувана първоначално на Разговорът.

The Conversation

Shenqiang Ren, професор по машиностроене, университет в Бъфало, Държавния университет в Ню Йорк

2018-08-04 19:39:09

http://www.smithsonianmag.com/innovation/how-ancient-arts-are-inspiring-modern-electronics-180969870/