Efter några decennier av elektronik som utvecklats i en svindlande takt – från persondatorer och flip-telefoner till bärbara enheter, smartphones och surfplattor – det finns tecken på att tekniska genombrott håller på att avstanna. Till exempel, din nya iPhone skiljer sig verkligen inte så mycket från den tidigare. Och alla bärbara datorer ser ut – och fungerar – likadana.

Ingenjörer behöver ny inspiration för innovationer. En källa, tro det eller ej, är urgammal konst. Mitt arbete, till exempel, är inspirerad av kirigami, en mindre känd kusin till vikkonsten origami. Du kanske till och med har gjort kirigami som barn, vikning och skärning för att göra papperssnöflingor. Material inspirerade av dessa konster kan användas för att förbättra smarta kläder, bygga böjbara smartphones och göra proteser lättare.

Skär papper

Ordet kirigami är det engelska namnet för konsten att skära papper. Arkeologer säger att kirigami kan spåras tillbaka före 1600-talet i Japan. Det är fortfarande en populär folkkonst i asiatiska länder, där människor gör kirigami för att fira månnyåret, nyfödda barn, äktenskap och andra viktiga händelser.

Vanligtvis, kirigami börjar med en vikt pappersbas, som skärs, utvikt och tillplattad för att göra det sista konstverket. De intrikata mönstren skapar vackra konstverk baserade på matematiska och designprinciper som kan förändra det mekaniska beteendet hos materialet som skärs. Till exempel, ett speciellt mönster kan göra papperet starkare eller mer töjbart.

En teknisk idé

Precis som kirigami-utövare skär och viker papper, ingenjörer kan skära och vika material som i sin tur kan integreras i elektroniska enheter.

Nya innovationer inom energieffektiv elektronik har skapat bärbara elektroniska enheter, högpresterande elektroniskt bläckpapper, konstgjord elektronisk hud och smarta tyger. Men många av dessa skapelser beror, åtminstone delvis, på traditionellt tryckta kretskort, som vanligtvis är gjorda av kisel och metaller. De är hårda och spröda – inte en bra match för människokroppen. Människor behöver kläder och papper och föremål som klarar böjar och kurvor.

Forskarsamhället, såväl som teknik- och klädföretag, är angelägen om att göra elektroniska enheter så flexibla och böjbara som möjligt. Tricket är att se till att flexibiliteten hos dessa prylar inte begränsar deras förmåga att hantera el.

Övergår till elektronik

Nyligen, min forskargrupp vid universitetet i Buffalo tillverkade en ny kirigami-inspirerad töjbar elektronisk enhet. Tillverkad av självmonterade polymerer och nanotrådar, enheten är en centimeter bred. På egen hand kunde den sträcka sig något – till bara 1,06 centimeter. Men när man skär med laser i ett mönster inspirerat av kirigami, samma enhet kan sträcka sig upp till 20 centimeter, 2, 000 procent större än dess outträckta form. Materialets medfödda elasticitet hjälper, men mönstret och orienteringen av snitten är den viktigaste faktorn för hur enheten deformeras.

Dessutom, skärningen gjorde enheten 3, 000 gånger mer ledande av elektricitet, vilket betyder att elektroniken kan gå snabbare, eller ta kortare tid att ladda.

Det finns många andra elektronikforskare inspirerade av kirigami. När våra grupper och andra förfinar den här typen av material, de kan så småningom införlivas i elektronisk hud – i likhet med tillfälliga tatueringar – för att förbättra känslan hos proteser och robotar. Sjukhus kan också använda e-skin-plåster för att trådlöst övervaka patienternas vitala tecken, ersätta de irriterande kablar som kan trassla in sig eller hindra människor från att sova medan de vilar i sängen.

Sträckbar elektronik är också nyckeln till Samsungs planer på att släppa en böjbar smartphone. Och de kan vara centrala för smarta kläder, en bransch som analytiker projekterar kan vara värd 4 miljarder US$ år 2024. Tack vare konstnärliga innovationer för hundratals år sedan, kläder och bandage kanske en dag kan hjälpa idrottare att maximera prestation, övervaka hälsan hos personer med kroniska sjukdomar, och ge soldater och räddningspersonal viktig information om sig själva och de som är i deras vård.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.