Μετά από μερικές δεκαετίες ανάπτυξης ηλεκτρονικών υπολογιστών σε ένα ζαχαρό ρυθμό - από προσωπικούς υπολογιστές και flip τηλέφωνα μέχρι φορητές συσκευές, smartphones και ταμπλέτες - υπάρχουν σημάδια τεχνολογικών καινοτομιών σταματά. Για παράδειγμα, το νέο iPhone σας δεν είναι πολύ διαφορετικό από το προηγούμενο. Και οι φορητοί υπολογιστές μοιάζουν σχεδόν όλοι - και δουλεύουν - ίδιοι.
Οι μηχανικοί χρειάζονται νέες εμπνεύσεις για καινοτομίες. Μια πηγή, το πιστεύετε ή όχι, είναι αρχαίες τέχνες. Η δουλειά μου, για παράδειγμα, εμπνέεται από το kirigami, έναν λιγότερο γνωστό ξάδελφο της πτυσσόμενης τέχνης origami. Μπορεί να έχετε κάνει ακόμα και το kirigami ως παιδί, αναδιπλώνοντας και κόβοντας για να φτιάξετε νιφάδες χάρτου. Τα υλικά που εμπνέονται από αυτές τις τέχνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν τα έξυπνα ρούχα, να κατασκευάσουν εύκαμπτα smartphones και να κάνουν τα προσθετικά ελαφρύτερα.
Κοπή χαρτιού
Η λέξη kirigami είναι το αγγλικό όνομα για την τέχνη της κοπής χαρτιού. Οι αρχαιολόγοι λένε ότι το kirigami μπορεί να ανιχνευθεί πριν από τον 17ο αιώνα στην Ιαπωνία. Είναι ακόμα μια δημοφιλής λαϊκή τέχνη στις ασιατικές χώρες, όπου οι άνθρωποι κάνουν kirigami για να γιορτάσουν το σεληνιακό νέο έτος, τα νεογέννητα μωρά, το γάμο και άλλα σημαντικά γεγονότα.
Τυπικά, το kirigami ξεκινά με μια διπλωμένη βάση χαρτιού, η οποία κόβεται, ξετυλίγεται και ισιώνει για να κάνει το τελικό κομμάτι της τέχνης. Τα περίπλοκα σχέδια δημιουργούν όμορφα έργα τέχνης που βασίζονται σε μαθηματικές και σχεδιαστικές αρχές που μπορούν να αλλάξουν τις μηχανικές συμπεριφορές του υλικού που κόβεται. Για παράδειγμα, ένα συγκεκριμένο σχέδιο μπορεί να κάνει το χαρτί ισχυρότερο ή πιο τεντώσιμο.
Αυτό το παιδικό σκάφος είναι ένα παράδειγμα της αρχαίας τέχνης του kirigami. (IlexSythe) Μια ιδέα μηχανικής
Όπως οι επαγγελματίες του kirigami κόβουν και διπλώνουν το χαρτί, οι μηχανικοί μπορούν να κόψουν και να διπλώσουν υλικά που με τη σειρά τους μπορούν να ενσωματωθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές.
Οι πρόσφατες καινοτομίες σε ενεργειακά αποδοτικά ηλεκτρονικά συστήματα έχουν δημιουργήσει φορητές ηλεκτρονικές συσκευές, υψηλής απόδοσης ηλεκτρονικό χαρτί μελάνης, τεχνητό ηλεκτρονικό δέρμα και έξυπνα υφάσματα. Αλλά πολλές από αυτές τις δημιουργίες εξαρτώνται, τουλάχιστον εν μέρει, από παραδοσιακά τυπωμένα κυκλώματα, τα οποία συνήθως κατασκευάζονται από πυρίτιο και μέταλλα. Είναι σκληρά και εύθραυστα - δεν είναι ένας καλός αγώνας για το ανθρώπινο σώμα. Οι άνθρωποι χρειάζονται ρούχα και χαρτί και αντικείμενα που μπορούν να χειριστούν κάμψεις και καμπύλες.
Η ερευνητική κοινότητα, καθώς και οι εταιρείες τεχνολογίας και ενδυμάτων, είναι πρόθυμες να καταστήσουν τις ηλεκτρονικές συσκευές όσο το δυνατόν πιο εύκαμπτες και εύκαμπτες. Το κόλπο είναι να βεβαιωθείτε ότι η ευελιξία αυτών των συσκευών δεν περιορίζει την ικανότητά τους να χειρίζονται ηλεκτρική ενέργεια.
Όσον αφορά τα ηλεκτρονικά
Πρόσφατα, η ερευνητική μου ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Buffalo δημιούργησε μια νέα ηλεκτρονική συσκευή εμπνευσμένη από το kirigami. Κατασκευασμένο από αυτοσυναρμολογημένα πολυμερή και νανοσωλήνες, η συσκευή είναι πλάτους εκατοστού. Από μόνη της θα μπορούσε να τεντωθεί ελαφρά - σε μόλις 1, 06 εκατοστά. Αλλά όταν κόβεται με λέιζερ σε σχήμα εμπνευσμένο από kirigami, η ίδια συσκευή μπορεί να τεντωθεί μέχρι και 20 εκατοστά, 2.000 τοις εκατό μεγαλύτερη από τη μη τεντωμένη μορφή της. Η έμφυτη ελαστικότητα του υλικού βοηθά, αλλά το μοτίβο και ο προσανατολισμός των τεμαχίων είναι ο κύριος παράγοντας για το πώς παραμορφώνεται η συσκευή.
Επιπλέον, η κοπή έκανε τη συσκευή 3000 φορές πιο αγώγιμη από τον ηλεκτρισμό, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρονικά μπορούν να τρέξουν γρηγορότερα ή να πάρουν λιγότερο χρόνο για να φορτιστούν.
Η συσκευή πριν το τέντωμα (Doug Levere / Πανεπιστήμιο στο Buffalo) Υπάρχουν πολλοί άλλοι ερευνητές ηλεκτρονικών που εμπνέονται από το kirigami. Καθώς οι ομάδες μας και άλλοι επεξεργάζονται αυτά τα είδη υλικών, μπορούν τελικά να ενσωματωθούν στο ηλεκτρονικό δέρμα - όπως τα προσωρινά τατουάζ - για να βελτιώσουν την αίσθηση της προσθετικής και των ρομπότ. Τα νοσοκομεία μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν τα e-skin patches για την ασύρματη παρακολούθηση των ζωτικών σημείων των ασθενών, αντικαθιστώντας αυτά τα ενοχλητικά καλώδια που μπορούν να μπερδευτούν ή να αποτρέψουν τους ανθρώπους από τον ύπνο ενώ ξεκουράζονται στο κρεβάτι.
Τα εξελιγμένα ηλεκτρονικά στοιχεία είναι επίσης βασικά για τα σχέδια της Samsung για την απελευθέρωση ενός εύκαμπτου smartphone. Και θα μπορούσαν να είναι κεντρικά για την έξυπνη ενδυμασία, μια βιομηχανία στην οποία οι αναλυτές θα μπορούσαν να ανέλθουν σε 4 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2024. Χάρη στις καλλιτεχνικές καινοτομίες πριν από εκατοντάδες χρόνια, τα ρούχα και οι επίδεσμοι μπορούν μία μέρα να βοηθήσουν τους αθλητές να μεγιστοποιήσουν τις επιδόσεις, άτομα με χρόνιες ασθένειες και να δίνουν σημαντικές πληροφορίες στους στρατιώτες και στους εργαζόμενους έκτακτης ανάγκης για τον εαυτό τους και τους φροντιστές τους.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στην Η συζήτηση.
Shenqiang Ren, Καθηγητής Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Μπάφαλο, Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης
