Uno dei più antichi, il più versatile e poco costoso dei materiali, la carta, sembra prendere vita, piegarsi, piegandosi o appiattendosi, mediante una tecnologia di attuazione a basso costo sviluppata presso lo Human-Computer Interaction Institute della Carnegie Mellon University.

Un sottile strato di materiale termoplastico conduttore, applicato su carta comune con una stampante 3D economica o addirittura dipinto a mano, serve come un basso costo, attuatore reversibile. Quando viene applicata una corrente elettrica, il termoplastico si riscalda e si espande, facendo piegare o piegare la carta; quando viene tolta la corrente, la carta ritorna ad una forma predeterminata.

"Stiamo reinventando questo materiale davvero antico, " disse Lining Yao, assistente professore all'HCII e direttore del Morphing Matter Lab, che ha sviluppato il metodo con il suo team. "L'attuazione trasforma davvero la carta in un altro mezzo, uno che ha usi sia artistici che pratici."

Il ricercatore post-dottorato Guanyun Wang, l'ex stagista di ricerca Tingyu Cheng e altri membri del Morphing Matter Lab di Yao hanno progettato i tipi di base di attuatori, inclusi alcuni basati su forme origami e kirigami. Questi consentono la creazione di strutture che possono trasformarsi in sfere o cilindri. O, possono essere usati per costruire oggetti più elaborati, come un paralume che cambia forma e la quantità di luce che emette, o una pianta di mimosa artificiale con petali di foglie che si aprono in sequenza quando uno viene toccato.

Nel mese di giugno, più di 50 studenti in un workshop presso la Zhejiang University di Hangzhou, Cina, ha utilizzato la tecnologia di attuazione della carta per creare elaborati libri pop-up, tra cui interpretazioni di opere d'arte famose, come Notte stellata e Girasoli di Van Gogh.

L'attuatore di carta stampata sarà esposto dal 6 al 10 settembre all'Ars Electronica Festival di Linz, Austria; 13-30 settembre al Bozar Centre for the Fine Arts di Bruxelles, Belgio; e da ottobre a marzo presso lo Hyundai Motorstudio di Pechino, Cina. Il gruppo di Yao ha presentato la tecnologia ad aprile al CHI 2018, la Conferenza sui fattori umani nei sistemi informatici, a Montreal.

"La maggior parte dei robot, anche quelli fatti di carta, richiedono un motore esterno, " ha detto Wang, un borsista della CMU Manufacturing Futures Initiative. "I nostri no, che crea nuove opportunità, non solo per la robotica, ma per l'arte interattiva, intrattenimento e applicazioni domestiche."

La creazione di un attuatore di carta è un processo relativamente semplice, Cheng ha detto. Impiega il tipo meno costoso di stampante 3D, una cosiddetta stampante FDM che depone un filamento continuo di materiale termoplastico fuso. I ricercatori utilizzano un filamento di stampa standard, un composito di poliactide di grafene, che conduce elettricità.

L'attuatore termoplastico è stampato su carta comune in uno strato sottile, solo mezzo millimetro di spessore. L'attuatore viene quindi riscaldato in un forno o con una pistola termica e la carta viene piegata o piegata nella forma desiderata e lasciata raffreddare. Questa sarà la forma predefinita della carta. I cavi elettrici possono quindi essere collegati all'attuatore; l'applicazione di corrente elettrica riscalda l'attuatore, facendo espandere il termoplastico e quindi raddrizzare la carta. Quando la corrente viene rimossa, la carta ritorna automaticamente alla sua forma predefinita.

Yao ha detto che i ricercatori stanno perfezionando questo metodo, modificando la velocità di stampa o la larghezza della linea di termoplastico per ottenere diversi effetti di piegatura o piegatura. Hanno anche sviluppato metodi per la stampa di sensori tattili, sensori di scorrimento delle dita e rilevatori di angolo di piegatura in grado di controllare gli attuatori della carta.

Resta ancora del lavoro da fare. L'attivazione è lenta, che Yao e il suo team sperano di affrontare con un po' di ingegneria dei materiali, utilizzando carte più conduttive di calore e sviluppando filamenti di stampa personalizzati per l'uso negli attuatori. La stessa attuazione utilizzata per la carta potrebbe essere utilizzata anche per plastiche e tessuti.

Oltre a Yao, Wang e Cheng, autori del documento di ricerca CHI sono Youngwook Do e Byoungkwon An, affiliati di ricerca HCII; Jianzhe Gu, un dottorato di ricerca studente in HCII; Humphrey Yang, uno studente di master presso la CMU School of Architecture, e Ye Tao, uno studioso in visita dell'Università di Zhejiang.