Nach einigen Jahrzehnten schwindelerregender Elektronikentwicklung - von PCs und Flip-Phones bis hin zu tragbaren Geräten, Smartphones und Tablets - gibt es Anzeichen dafür, dass technologische Durchbrüche zum Erliegen kommen. Zum Beispiel unterscheidet sich Ihr neues iPhone nicht wesentlich von dem vorherigen. Und Laptops sehen fast alle gleich aus - und funktionieren auch.
Ingenieure brauchen neue Inspirationen für Innovationen. Eine Quelle, ob Sie es glauben oder nicht, sind alte Künste. Meine Arbeit ist zum Beispiel vom Kirigami inspiriert, einem weniger bekannten Cousin der Faltkunst des Origami. Sie haben vielleicht sogar als Kind Kirigami gemacht, gefaltet und geschnitten, um Papierschneeflocken herzustellen. Von diesen Künsten inspirierte Materialien können verwendet werden, um intelligente Kleidung zu verbessern, biegsame Smartphones zu bauen und Prothesen leichter zu machen.
Papier schneiden
Das Wort Kirigami ist der englische Name für die Kunst des Papierschneidens. Archäologen sagen, dass Kirigami in Japan vor dem 17. Jahrhundert zurückverfolgt werden kann. Es ist immer noch eine beliebte Volkskunst in asiatischen Ländern, wo Menschen Kirigami machen, um das Mondneujahr, Neugeborene, Heirat und andere wichtige Ereignisse zu feiern.
In der Regel beginnt Kirigami mit einer gefalteten Papierbasis, die geschnitten, entfaltet und abgeflacht wird, um das endgültige Kunstwerk zu erhalten. Die komplizierten Muster erzeugen wunderschöne Kunstwerke, die auf mathematischen und gestalterischen Prinzipien basieren und das mechanische Verhalten des zu schneidenden Materials verändern können. Beispielsweise kann ein bestimmtes Muster das Papier fester oder dehnbarer machen.
Dieses Kinderhandwerk ist ein Beispiel für die alte Kunst des Kirigami. (IlexSythe) Eine technische Idee
Genau wie Kirigami-Praktizierende Papier schneiden und falten, können Ingenieure Materialien schneiden und falten, die wiederum in elektronische Geräte integriert werden können.
Jüngste Innovationen in der energieeffizienten Elektronik haben tragbare elektronische Geräte, Hochleistungs-Elektroniktintenpapier, künstliche elektronische Haut und intelligente Stoffe hervorgebracht. Viele dieser Kreationen beruhen jedoch zumindest teilweise auf traditionellen Leiterplatten, die typischerweise aus Silizium und Metallen bestehen. Sie sind hart und spröde - nicht gut für den menschlichen Körper. Die Menschen brauchen Kleidung und Papier und Gegenstände, die mit Kurven und Biegungen umgehen können.
Die Forschungsgemeinschaft sowie Technologie- und Bekleidungsunternehmen sind bestrebt, elektronische Geräte so flexibel und biegsam wie möglich zu gestalten. Der Trick besteht darin, sicherzustellen, dass die Flexibilität dieser Geräte ihre Fähigkeit, mit Elektrizität umzugehen, nicht einschränkt.
Wenden wir uns der Elektronik zu
Kürzlich hat meine Forschungsgruppe an der Universität in Buffalo ein neues, von Kirigami inspiriertes, dehnbares elektronisches Gerät hergestellt. Das Gerät besteht aus selbstorganisierten Polymeren und Nanodrähten und ist einen Zentimeter breit. Allein könnte es sich leicht dehnen - auf nur 1, 06 Zentimeter. Wenn das gleiche Gerät mit einem von Kirigami inspirierten Lasermuster geschnitten wird, kann es sich bis zu 20 Zentimeter dehnen, 2.000 Prozent größer als seine ungedehnte Form. Die angeborene Elastizität des Materials hilft, aber das Muster und die Ausrichtung der Schnitte sind der Hauptfaktor dafür, wie sich das Gerät verformt.
Darüber hinaus leitete das Gerät durch das Schneiden 3.000-mal mehr Strom, sodass die Elektronik schneller laufen kann oder das Laden weniger Zeit in Anspruch nimmt.
Das Gerät vor dem Dehnen (Doug Levere / University at Buffalo) Es gibt viele andere Elektronikforscher, die sich von Kirigami inspirieren lassen. Während unsere Gruppen und andere diese Art von Materialien verfeinern, können sie schließlich in die elektronische Haut integriert werden - ähnlich wie temporäre Tätowierungen -, um das Gefühl von Prothesen und Robotern zu verbessern. Krankenhäuser können auch E-Skin-Pflaster verwenden, um die Vitalfunktionen der Patienten drahtlos zu überwachen und so die lästigen Kabel zu ersetzen, die sich verheddern oder Menschen daran hindern können, im Bett zu schlafen.
Dehnbare Elektronik ist auch der Schlüssel zu Samsungs Plänen, ein biegbares Smartphone herauszubringen. Und sie könnten von zentraler Bedeutung für intelligente Kleidung sein, eine Branche, deren Wert Analystenprojekt bis 2024 4 Milliarden US-Dollar betragen könnte. Dank künstlerischer Innovationen vor Hunderten von Jahren könnten Kleidung und Verbände eines Tages Sportlern helfen, ihre Leistung zu maximieren und den Gesundheitszustand zu überwachen Menschen mit chronischen Krankheiten und geben Soldaten und Einsatzkräften wichtige Informationen über sich selbst und die von ihnen betreuten Personen.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Shenqiang Ren, Professor für Maschinenbau, Universität Buffalo, State University of New York
