Dopo alcuni decenni di sviluppo dell'elettronica a un ritmo vertiginoso - da personal computer e telefoni a conchiglia a dispositivi indossabili, smartphone e tablet - ci sono segni che le innovazioni tecnologiche si stanno arrestando. Ad esempio, il tuo nuovo iPhone non è poi molto diverso dal precedente. E i computer portatili praticamente sembrano e funzionano allo stesso modo.
Gli ingegneri hanno bisogno di nuove ispirazioni per le innovazioni. Una fonte, che ci crediate o no, è l'arte antica. Il mio lavoro, ad esempio, è ispirato al kirigami, un cugino meno noto dell'arte pieghevole degli origami. Puoi anche aver fatto il kirigami da bambino, piegandolo e tagliandolo per creare fiocchi di neve di carta. I materiali ispirati a queste arti possono essere utilizzati per migliorare l'abbigliamento intelligente, costruire smartphone pieghevoli e rendere le protesi più leggere.
Taglio della carta
La parola Kirigami è il nome inglese per l'arte del taglio della carta. Gli archeologi affermano che il kirigami può essere rintracciato prima del 17 ° secolo in Giappone. È ancora un'arte popolare popolare nei paesi asiatici, dove le persone producono il kirigami per celebrare il capodanno lunare, i neonati, il matrimonio e altri eventi significativi.
In genere, il kirigami inizia con una base di carta piegata, che viene tagliata, aperta e appiattita per creare l'opera d'arte finale. Gli intricati motivi creano bellissime opere d'arte basate su principi matematici e di design che possono cambiare i comportamenti meccanici del materiale da tagliare. Ad esempio, un motivo particolare può rendere la carta più forte o più elastica.
L'artigianato di questo bambino è un esempio dell'antica arte del kirigami. (IlexSythe) Un'idea ingegneristica
Proprio come i professionisti del kirigami tagliano e piegano la carta, gli ingegneri possono tagliare e piegare materiali che a loro volta possono essere incorporati in dispositivi elettronici.
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, da circuiti stampati tradizionalmente, che sono tipicamente fatti di silicio e metalli. Sono duri e fragili, non un buon abbinamento per il corpo umano. Le persone hanno bisogno di vestiti, carta e oggetti in grado di gestire curve e curve.
La comunità di ricerca, così come le aziende tecnologiche e di abbigliamento, è desiderosa di rendere i dispositivi elettronici il più flessibili e flessibili possibile. Il trucco è assicurarsi che la flessibilità di questi gadget non limiti la loro capacità di gestire l'elettricità.
Passando all'elettronica
Di recente, il mio gruppo di ricerca dell'Università di Buffalo ha fabbricato un nuovo dispositivo elettronico estensibile ispirato al kirigami. Realizzato con polimeri e nanofili autoassemblati, il dispositivo è largo un centimetro. Da solo, potrebbe allungarsi leggermente - a soli 1, 06 centimetri. Ma se tagliato con i laser secondo uno schema ispirato al kirigami, lo stesso dispositivo può allungarsi fino a 20 centimetri, 2.000 per cento in più rispetto alla sua forma non stirata. L'elasticità innata del materiale aiuta, ma il modello e l'orientamento dei tagli sono il fattore principale nel modo in cui il dispositivo si deforma.
Inoltre, il taglio ha reso il dispositivo 3000 volte più conduttivo di elettricità, il che significa che l'elettronica può funzionare più velocemente o impiegare meno tempo a caricarsi.
Il dispositivo prima dello stretching (Doug Levere / University at Buffalo) Ci sono molti altri ricercatori di elettronica ispirati al kirigami. Man mano che i nostri gruppi e altri perfezionano questo tipo di materiali, alla fine possono essere incorporati nella pelle elettronica, simile ai tatuaggi temporanei, per migliorare la sensazione di protesi e robot. Gli ospedali possono anche utilizzare 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 per i piani di Samsung di rilasciare uno smartphone pieghevole. E potrebbero essere fondamentali per l'abbigliamento intelligente, un settore che il progetto degli analisti potrebbe valere 4 miliardi di dollari entro il 2024. Grazie alle innovazioni artistiche centinaia di anni fa, un giorno abiti e bende potrebbero essere in grado di aiutare gli atleti a massimizzare le prestazioni, monitorare la salute di le persone con malattie croniche e forniscono ai soldati e ai soccorritori informazioni importanti su se stessi e su coloro che si prendono cura di loro.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Shenqiang Ren, professore di ingegneria meccanica, Università di Buffalo, Università di Stato di New York
