Après quelques décennies de développement de l'électronique à un rythme vertigineux - des ordinateurs personnels aux téléphones portables, en passant par les appareils portables, les smartphones et les tablettes -, des signes avant-gardistes de percées technologiques sont en cours. Par exemple, votre nouvel iPhone n’est vraiment pas si différent du précédent. Et les ordinateurs portables ont à peu près tous l'air et le travail.
Les ingénieurs ont besoin de nouvelles inspirations pour les innovations. Croyez-le ou non, les arts anciens en sont une source. Mon travail, par exemple, est inspiré du kirigami, un cousin moins connu de l'art du pliage de l'origami. Vous avez peut-être même fait le kirigami quand vous étiez enfant, en pliant et en découpant pour faire des flocons de papier. Les matériaux inspirés par ces arts peuvent être utilisés pour améliorer les vêtements intelligents, construire des smartphones flexibles et alléger les prothèses.
Papier à découper
Le mot kirigami est le nom anglais de l'art du découpage du papier. Les archéologues disent que le kirigami peut être retrouvé avant le 17ème siècle au Japon. C'est toujours un art populaire populaire dans les pays asiatiques, où les gens fabriquent du kirigami pour célébrer le nouvel an lunaire, les nouveau-nés, le mariage et d'autres événements importants.
En règle générale, le kirigami commence par une base en papier plié, qui est découpée, dépliée et aplatie pour constituer la dernière œuvre d'art. Les motifs complexes créent de belles œuvres d'art basées sur des principes mathématiques et de conception qui peuvent modifier les comportements mécaniques du matériau coupé. Par exemple, un motif particulier peut rendre le papier plus fort ou plus extensible.
Ce métier pour enfants est un exemple de l'art ancien du kirigami. (IlexSythe) Une idée d'ingénierie
Tout comme les praticiens du kirigami découpent et plient le papier, les ingénieurs peuvent découper et plier des matériaux qui peuvent à leur tour être intégrés à des appareils électroniques.
Les innovations récentes en électronique écoénergétique ont permis de créer des dispositifs électroniques portables, du papier à encre électronique haute performance, une peau électronique artificielle et des tissus intelligents. Mais bon nombre de ces créations dépendent, du moins en partie, de circuits imprimés traditionnels, généralement en silicium et en métaux. Ils sont durs et fragiles - pas un bon match pour le corps humain. Les gens ont besoin de vêtements, de papier et d’articles capables de supporter les courbes et les virages.
La communauté des chercheurs, ainsi que les entreprises de technologie et d’habillement, souhaitent rendre les appareils électroniques aussi flexibles et flexibles que possible. L'astuce consiste à s'assurer que la flexibilité de ces gadgets ne limite pas leur capacité à gérer l'électricité.
Passant à l'électronique
Récemment, mon groupe de recherche à l'université de Buffalo a fabriqué un nouveau dispositif électronique extensible inspiré du kirigami. Composé de polymères auto-assemblés et de nanofils, le dispositif a une largeur d'un centimètre. À lui seul, il pourrait s'étirer légèrement - à seulement 1, 06 centimètres. Mais lorsqu'il est coupé au laser selon un motif inspiré du kirigami, le même appareil peut s'étirer jusqu'à 20 centimètres, soit 2 000% plus grand que sa forme non étirée. L'élasticité innée du matériau aide, mais le motif et l'orientation des coupes constituent le principal facteur de déformation du dispositif.
De plus, la coupure a rendu l'appareil 3000 fois plus conducteur d'électricité, ce qui signifie que l'électronique peut fonctionner plus rapidement ou mettre moins de temps à se charger.
L'appareil avant l'étirement (Doug Levere / Université de Buffalo) Il y a beaucoup d'autres chercheurs en électronique inspirés par le kirigami. Au fur et à mesure que nos groupes et d’autres affinent ces types de matériaux, ils peuvent éventuellement être incorporés à la peau électronique - ce qui s'apparente à des tatouages temporaires - pour améliorer la sensation des prothèses et des robots. Les hôpitaux peuvent également utiliser des patchs e-skin pour contrôler sans fil les signes vitaux des patients, en remplaçant les fils gênants qui peuvent s'emmêler ou empêcher les personnes de dormir au lit.
L'électronique extensible est également la clé du projet de Samsung de lancer un smartphone flexible. Et ils pourraient jouer un rôle central dans les vêtements intelligents, une industrie qui, selon les analystes, pourrait s’élever à 4 milliards de dollars d’ici 2024. Grâce aux innovations artistiques d’il ya des centaines d’années, les vêtements et les bandages pourraient un jour aider les athlètes à optimiser leurs performances, à surveiller leur santé personnes atteintes de maladies chroniques et donnent aux soldats et aux secouristes des informations importantes sur eux-mêmes et sur les personnes à leur charge.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Shenqiang Ren, professeur de génie mécanique, Université de Buffalo, Université d'État de New York
