Un dispositivo elettronico estensibile il cui design è ispirato all'arte della carta tagliata chiamata kirigami. Credito:Doug Levere/Università di Buffalo, CC BY-ND
Dopo alcuni decenni di sviluppo dell'elettronica a un ritmo vertiginoso, dai personal computer e telefoni cellulari ai dispositivi indossabili, smartphone e tablet:ci sono segnali che le scoperte tecnologiche stanno rallentando. Ad esempio, il tuo nuovo iPhone in realtà non è molto diverso dal precedente. E i computer portatili si assomigliano e funzionano praticamente tutti allo stesso modo.
Gli ingegneri hanno bisogno di nuove ispirazioni per le innovazioni. una fonte, credici o no, sono arti antiche. Il mio lavoro, Per esempio, si ispira al kirigami, un cugino meno noto dell'arte di piegare gli origami. Potresti anche aver fatto kirigami da bambino, piegatura e taglio per fare fiocchi di neve di carta. I materiali ispirati a queste arti possono essere utilizzati per migliorare l'abbigliamento intelligente, costruisci smartphone pieghevoli e alleggerisci le protesi.
Carta da taglio
La parola kirigami è il nome inglese per l'arte del taglio della carta. Gli archeologi affermano che il kirigami può essere fatto risalire a prima del XVII secolo in Giappone. È ancora un'arte popolare popolare nei paesi asiatici, dove le persone fanno kirigami per celebrare il capodanno lunare, neonati, matrimonio e altri eventi significativi.
Tipicamente, kirigami inizia con una base di carta piegata, che è tagliato, spiegata e appiattita per realizzare l'opera d'arte finale. Gli intricati motivi creano splendide opere d'arte basate su principi matematici e di progettazione che possono modificare i comportamenti meccanici del materiale da tagliare. Per esempio, un motivo particolare può rendere la carta più forte o più estensibile.
Un'idea ingegneristica
Proprio come i praticanti di kirigami tagliano e piegano la carta, gli ingegneri possono tagliare e piegare materiali che a loro volta possono essere incorporati in dispositivi elettronici.
Questo artigianato per bambini è un esempio dell'antica arte del kirigami. Attestazione:IlexSythe, CC BY-SA
Le recenti innovazioni nell'elettronica ad alta efficienza energetica hanno creato dispositivi elettronici portatili, carta per inchiostro elettronico ad alte prestazioni, pelle elettronica artificiale e tessuti intelligenti. Ma molte di queste creazioni dipendono, almeno in parte, su circuiti stampati tradizionali, che sono tipicamente fatti di silicio e metalli. Sono duri e fragili, non si adattano bene al corpo umano. Le persone hanno bisogno di vestiti, carta e oggetti in grado di gestire curve e curve.
La comunità di ricerca, così come aziende tecnologiche e di abbigliamento, è desideroso di rendere i dispositivi elettronici il più flessibili e pieghevoli possibile. Il trucco è assicurarsi che la flessibilità di questi gadget non limiti la loro capacità di gestire l'elettricità.
Passando all'elettronica
Recentemente, il mio gruppo di ricerca presso l'Università di Buffalo ha fabbricato un nuovo dispositivo elettronico estensibile ispirato al kirigami. Realizzato in polimeri autoassemblati e nanofili, il dispositivo è largo un centimetro. Da solo potrebbe allungarsi leggermente, fino a soli 1,06 centimetri. Ma quando tagliato con il laser in un motivo ispirato al kirigami, lo stesso dispositivo può allungarsi fino a 20 centimetri, 2, 000 percento più grande della sua forma non stirata. L'elasticità innata del materiale aiuta, ma il modello e l'orientamento dei tagli è il fattore principale nel modo in cui il dispositivo si deforma.
Inoltre, il taglio ha reso il dispositivo 3, 000 volte più conduttivo di elettricità, il che significa che l'elettronica può funzionare più velocemente, o impiegare meno tempo per caricare.
Ci sono molti altri ricercatori di elettronica ispirati al kirigami. Mentre i nostri gruppi e altri perfezionano questo tipo di materiali, possono eventualmente essere incorporati nella pelle elettronica, come i tatuaggi temporanei, per migliorare la sensazione di protesi e robot. Gli ospedali possono anche utilizzare i cerotti e-skin per monitorare in modalità wireless i segni vitali dei pazienti, sostituendo quei fastidiosi fili che possono aggrovigliarsi o impedire alle persone di dormire mentre riposano nel letto.
L'elettronica estensibile è anche la chiave dei piani di Samsung di rilasciare uno smartphone pieghevole. E potrebbero essere fondamentali per l'abbigliamento intelligente, un settore che secondo gli analisti potrebbe valere 4 miliardi di dollari entro il 2024. Grazie alle innovazioni artistiche centinaia di anni fa, vestiti e bende potrebbero un giorno essere in grado di aiutare gli atleti a massimizzare le prestazioni, monitorare la salute delle persone con malattie croniche, e fornire ai soldati e ai soccorritori importanti informazioni su se stessi e su coloro che sono loro affidati.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.