En av de äldsta, mest mångsidiga och billigaste materialet - papper - verkar till liv, böjning, viker eller plattar ut sig själv, med hjälp av en lågkostnadsaktiveringsteknik utvecklad vid Carnegie Mellon Universitys Human-Computer Interaction Institute.

Ett tunt lager ledande termoplast, appliceras på vanligt papper med en billig 3D-skrivare eller till och med målad för hand, fungerar som en låg kostnad, reversibelt ställdon. När en elektrisk ström appliceras, termoplasten värmer och expanderar, får papperet att böjas eller vikas; när strömmen tas bort, papperet återgår till en förutbestämd form.

"Vi återuppfinner detta riktigt gamla material, "sa Lining Yao, biträdande professor i HCII och chef för Morphing Matter Lab, som utvecklat metoden tillsammans med sitt team. "Aktuering förvandlar verkligen papper till ett annat medium, en som har både konstnärliga och praktiska användningsområden."

Postdoktorand Guanyun Wang, tidigare forskarpraktikant Tingyu Cheng och andra medlemmar av Yaos Morphing Matter Lab har designat grundläggande typer av ställdon, inklusive några baserade på origami och kirigami former. Dessa möjliggör skapandet av strukturer som kan förvandla sig själva till kulor eller cylindrar. Eller, de kan användas för att konstruera mer utarbetade föremål, som en lampskärm som ändrar form och mängd ljus den avger, eller en konstgjord mimosaväxt med bladblad som öppnas i följd när man berör en.

I juni, mer än 50 studenter i en workshop vid Zhejiang University i Hangzhou, Kina, använde pappersaktiveringstekniken för att skapa utarbetade popup-böcker, inklusive tolkningar av kända konstverk, som Van Goghs Starry Night och Sunflowers.

Den tryckta pappersaktuatorn kommer att visas 6-10 september på Ars Electronica Festival i Linz, Österrike; 13-30 september på Bozar Centre for the Fine Arts i Bryssel, Belgien; och från oktober till mars på Hyundai Motorstudio i Peking, Kina. Yaos grupp presenterade tekniken i april på CHI 2018, konferensen om mänskliga faktorer i datorsystem, i Montreal.

"De flesta robotar – även de som är gjorda av papper – kräver en extern motor, sa Wang, en CMU Manufacturing Futures Initiative -stipendiat. "Vårt inte, som skapar nya möjligheter, inte bara för robotik, men för interaktiv konst, underhållning och hemapplikationer. "

Att skapa ett pappersmanöverdon är en relativt enkel process, sa Cheng. Den använder den billigaste typen av 3D-skrivare, en så kallad FDM-skrivare som lägger ner en kontinuerlig filament av smält termoplast. Forskarna använder en hyllan utskriftsfilament - grafenpolyaktidkomposit - som leder elektricitet.

Det termoplastiska manöverdonet är tryckt på vanligt kopieringspapper i ett tunt lager, bara en halv millimeter tjock. Ställdonet värms sedan upp i en ugn eller med en värmepistol och papperet böjs eller viks till önskad form och får svalna. Detta kommer att vara standardformen på papperet. Elektriska ledningar kan sedan anslutas till ställdonet; applicering av elektrisk ström värmer ställdonet, får termoplasten att expandera och därmed räta ut papperet. När strömmen tas bort, papperet återgår automatiskt till standardformen.

Yao sa att forskarna förfinar denna metod, ändra utskriftshastigheten eller bredden på linjen av termoplast för att uppnå olika viknings- eller böjningseffekter. De har också utvecklat metoder för att skriva ut beröringssensorer, fingerglidsensorer och böjvinkeldetektorer som kan styra pappersmanöverdonen.

Mer arbete återstår att göra. Aktiveringen är långsam, som Yao och hennes team hoppas kunna ta itu med med lite materialteknik – genom att använda papper som är mer värmeledande och utveckla tryckfilament som är anpassade för användning i ställdon. Samma aktivering som används för papper kan också användas för plast och tyger.

Förutom Yao, Wang och Cheng, författare till CHI-forskningsuppsatsen är Youngwook Do och Byoungkwon An, HCII forskningsfilialer; Jianzhe Gu, en Ph.D. student i HCII; Humphrey Yang, en masterstudent vid CMU School of Architecture, och Ye Tao, en gästforskare från Zhejiang University.