Na een paar decennia waarin elektronica zich in een duizelingwekkend tempo ontwikkelde – van personal computers en flip-telefoons tot draagbare apparaten, smartphones en tablets - er zijn tekenen dat technologische doorbraken tot stilstand komen. Bijvoorbeeld, je nieuwe iPhone is eigenlijk niet zo heel anders dan de vorige. En laptops zien er vrijwel allemaal hetzelfde uit – en werken – ook.

Ingenieurs hebben nieuwe inspiratie nodig voor innovaties. Een bron, geloof het of niet, is oude kunst. Mijn werk, bijvoorbeeld, is geïnspireerd door de kirigami, een minder bekende neef van de vouwkunst van origami. Misschien heb je als kind zelfs kirigami gedaan, vouwen en snijden om papieren sneeuwvlokken te maken. Materialen geïnspireerd door deze kunsten kunnen worden gebruikt om slimme kleding te verbeteren, bouw buigbare smartphones en maak protheses lichter.

Papier snijden

Het woord kirigami is de Engelse naam voor de kunst van het papier snijden. Archeologen zeggen dat kirigami kan worden getraceerd vóór de 17e eeuw in Japan. Het is nog steeds een populaire volkskunst in Aziatische landen, waar mensen kirigami maken om het nieuwe maanjaar te vieren, pas geboren baby's, huwelijk en andere belangrijke gebeurtenissen.

Typisch, kirigami begint met een gevouwen papieren basis, die is gesneden, uitgevouwen en platgedrukt om het uiteindelijke kunstwerk te maken. De ingewikkelde patronen creëren prachtige kunstwerken op basis van wiskundige en ontwerpprincipes die het mechanische gedrag van het te snijden materiaal kunnen veranderen. Bijvoorbeeld, een bepaald patroon kan het papier sterker of rekbaarder maken.

Een technisch idee

Net zoals kirigami-beoefenaars papier knippen en vouwen, ingenieurs kunnen materialen snijden en vouwen die op hun beurt in elektronische apparaten kunnen worden verwerkt.

Recente innovaties in energiezuinige elektronica hebben geleid tot draagbare elektronische apparaten, hoogwaardig elektronisch inktpapier, kunstmatige elektronische huid en slimme stoffen. Maar veel van deze creaties zijn afhankelijk, althans gedeeltelijk, op traditionele printplaten, die meestal zijn gemaakt van silicium en metalen. Ze zijn hard en broos - niet geschikt voor het menselijk lichaam. Mensen hebben kleding en papier nodig en voorwerpen die tegen bochten en bochten kunnen.

De onderzoeksgemeenschap, evenals technologie- en kledingbedrijven, wil elektronische apparaten zo flexibel en buigzaam mogelijk maken. De truc is om ervoor te zorgen dat de flexibiliteit van deze gadgets hun vermogen om met elektriciteit om te gaan niet beperkt.

Over naar elektronica

Onlangs, mijn onderzoeksgroep aan de universiteit van Buffalo fabriceerde een nieuw, op kirigami geïnspireerd, rekbaar elektronisch apparaat. Gemaakt van zelf-geassembleerde polymeren en nanodraden, het apparaat is een centimeter breed. Op zichzelf kan het iets uitrekken - tot slechts 1,06 centimeter. Maar wanneer gesneden met lasers in een patroon geïnspireerd op kirigami, hetzelfde apparaat kan tot 20 centimeter uitrekken, 2, 000 procent groter dan zijn niet-uitgerekte vorm. De aangeboren elasticiteit van het materiaal helpt, maar het patroon en de oriëntatie van de sneden is de belangrijkste factor in hoe het apparaat vervormt.

Bovendien, het snijden maakte het apparaat 3, 000 keer meer geleidend van elektriciteit, wat betekent dat de elektronica sneller kan draaien, of minder tijd nodig hebben om op te laden.

Er zijn veel andere elektronica-onderzoekers geïnspireerd door kirigami. Terwijl onze groepen en anderen dit soort materialen verfijnen, ze kunnen uiteindelijk worden opgenomen in de elektronische huid - vergelijkbaar met tijdelijke tatoeages - om het gevoel van protheses en robots te verbeteren. Ziekenhuizen kunnen ook e-skin-patches gebruiken om de vitale functies van patiënten draadloos te controleren, ter vervanging van die vervelende draden die in de knoop kunnen raken of die voorkomen dat mensen slapen terwijl ze in bed liggen.

Rekbare elektronica is ook de sleutel tot Samsung's plannen om een ​​buigbare smartphone uit te brengen. En ze kunnen centraal staan ​​in slimme kleding, een industrie die volgens analisten in 2024 4 miljard dollar waard zou kunnen zijn. Dankzij artistieke innovaties van honderden jaren geleden, kleding en verband kunnen op een dag atleten helpen hun prestaties te maximaliseren, toezicht houden op de gezondheid van mensen met chronische ziekten, en geef soldaten en hulpverleners belangrijke informatie over zichzelf en degenen die aan hun zorg zijn toevertrouwd.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.