Een van de oudste, meest veelzijdige en goedkope materiaal - papier - lijkt tot leven te komen, buigen, zelf vouwen of platdrukken, door middel van een goedkope activeringstechnologie die is ontwikkeld aan het Human-Computer Interaction Institute van Carnegie Mellon University.

Een dunne laag geleidende thermoplast, aangebracht op gewoon papier met een goedkope 3D-printer of zelfs met de hand beschilderd, dient als een goedkope, omkeerbare aandrijving. Wanneer een elektrische stroom wordt toegepast, de thermoplast verwarmt en zet uit, ervoor zorgen dat het papier buigt of vouwt; wanneer de stroom wordt verwijderd, het papier keert terug naar een vooraf bepaalde vorm.

"We vinden dit echt oude materiaal opnieuw uit, " zei Lining Yao, universitair docent in de HCII en directeur van het Morphing Matter Lab, die met haar team de methode heeft ontwikkeld. "Actuatie verandert papier echt in een ander medium, een die zowel artistieke als praktische toepassingen heeft."

Postdoctoraal onderzoeker Guanyun Wang, voormalig onderzoeksstagiair Tingyu Cheng en andere leden van Yao's Morphing Matter Lab hebben basistypen actuatoren ontworpen, waaronder sommige gebaseerd op origami- en kirigami-vormen. Deze maken het mogelijk om structuren te creëren die zichzelf in ballen of cilinders kunnen veranderen. Of, ze kunnen worden gebruikt om meer uitgebreide objecten te construeren, zoals een lampenkap die van vorm verandert en de hoeveelheid licht die ze uitstraalt, of een kunstmatige mimosa-plant met bladblaadjes die achtereenvolgens opengaan wanneer iemand wordt aangeraakt.

In juni, meer dan 50 studenten in een workshop aan de Zhejiang University in Hangzhou, China, gebruikte de papieraansturingstechnologie om uitgebreide pop-upboeken te maken, waaronder interpretaties van beroemde kunstwerken, zoals Van Goghs Sterrennacht en Zonnebloemen.

De actuator van bedrukt papier zal van 6 tot 10 september worden tentoongesteld op het Ars Electronica Festival in Linz, Oostenrijk; 13-30 sept. in Bozar Centrum voor Schone Kunsten in Brussel, België; en van oktober tot maart in Hyundai Motorstudio in Peking, China. Yao's groep presenteerde de technologie in april op CHI 2018, de conferentie over menselijke factoren in computersystemen, In Montreal.

"De meeste robots, zelfs die van papier, hebben een externe motor nodig, " zei Wang, een CMU Manufacturing Futures Initiative fellow. "De onze niet, wat nieuwe kansen creëert, niet alleen voor robotica, maar voor interactieve kunst, entertainment en thuistoepassingen."

Het maken van een papieren actuator is een relatief eenvoudig proces, zei Chen. Het maakt gebruik van het goedkoopste type 3D-printer, een zogenaamde FDM-printer die een doorlopend filament van gesmolten thermoplast legt. De onderzoekers gebruiken een kant-en-klaar printfilament - grafeen-polyactidecomposiet - dat elektriciteit geleidt.

De thermoplastische actuator is gedrukt op gewoon kopieerpapier in een dunne laag, slechts een halve millimeter dik. De actuator wordt vervolgens verwarmd in een oven of met een warmtepistool en het papier wordt gebogen of gevouwen in een gewenste vorm en afgekoeld. Dit wordt de standaardvorm van het papier. Elektrische leidingen kunnen dan aan de actuator worden bevestigd; het toepassen van elektrische stroom verwarmt de actuator, waardoor de thermoplast uitzet en zo het papier recht maakt. Wanneer de stroom wordt verwijderd, het papier keert automatisch terug naar de standaardvorm.

Yao zei dat de onderzoekers deze methode verfijnen, het veranderen van de afdruksnelheid of de breedte van de lijn van thermoplast om verschillende vouw- of buigeffecten te bereiken. Ze hebben ook methoden ontwikkeld voor het printen van aanraaksensoren, vingerschuifsensoren en buighoekdetectoren die de papieractuators kunnen aansturen.

Er moet nog meer werk worden verzet. Bediening is traag, die Yao en haar team hopen aan te pakken met wat materiaaltechnologie - het gebruik van papier dat meer warmtegeleidend is en het ontwikkelen van printfilamenten die zijn aangepast voor gebruik in actuatoren. Dezelfde bediening die voor papier wordt gebruikt, kan ook worden gebruikt voor kunststoffen en stoffen.

Naast Yao, Wang en Cheng, auteurs van het CHI-onderzoeksartikel zijn Youngwook Do en Byoungkwon An, HCII-onderzoeksfilialen; Jianzhe Gu, een doctoraat student in HCII; Humphrey Yang, een masterstudent aan de CMU School of Architecture, en Ye Tao, een gastonderzoeker van de Zhejiang University.