Nghệ thuật cổ đại đang truyền cảm hứng cho các loại điện tử mới

 Sau vài thập kỷ thiết bị điện tử phát triển với tốc độ chóng mặt - từ máy tính cá nhân, điện thoại nắp gập đến thiết bị đeo được, điện thoại thông minh và máy tính bảng - có những dấu hiệu đột phá về công nghệ đang chững lại. Ví dụ, iPhone mới của bạn thực sự không khác nhiều so với iPhone trước. Và máy tính xách tay hầu hết đều trông giống nhau và hoạt động giống nhau.

Các kỹ sư cần những cảm hứng mới cho những sáng tạo. Một nguồn, tin hay không, là nghệ thuật cổ đại. Ví dụ, tác phẩm của tôi được lấy cảm hứng từ  kirigami , một người anh em họ ít được biết đến của nghệ thuật gấp giấy origami. Bạn thậm chí có thể đã làm kirigami khi còn nhỏ, gấp và cắt để làm những bông tuyết bằng giấy. Vật liệu lấy cảm hứng từ những môn nghệ thuật này có thể được sử dụng để cải tiến quần áo thông minh, chế tạo điện thoại thông minh có thể uốn cong và làm cho các bộ phận giả nhẹ hơn.

[Ảnh: IlexSythe / Wiki Commons ]

CẮT GIẤY

Từ kirigami là tên tiếng Anh của nghệ thuật cắt giấy. Các nhà khảo cổ học cho biết kirigami có thể bắt nguồn từ  trước thế kỷ 17 ở Nhật Bản . Nó vẫn là một nghệ thuật dân gian phổ biến ở các nước châu Á, nơi mọi người làm kirigami để mừng năm mới âm lịch, trẻ sơ sinh, hôn nhân và các sự kiện quan trọng khác.

Thông thường, kirigami bắt đầu với một đế giấy gấp, được cắt, mở và làm phẳng để tạo thành tác phẩm nghệ thuật cuối cùng. Các hoa văn phức tạp tạo ra các tác phẩm nghệ thuật tuyệt đẹp dựa trên các nguyên tắc toán học và thiết kế có thể thay đổi các hành vi cơ học của vật liệu được cắt. Ví dụ, một mẫu cụ thể có thể làm cho giấy cứng hơn hoặc có thể kéo giãn nhiều hơn.

MỘT Ý TƯỞNG KỸ THUẬT

Cũng giống như những  người thực hành kirigami  cắt và gấp giấy, các kỹ sư có thể cắt và gấp các vật liệu có thể được đưa vào các thiết bị điện tử.

Những cải tiến gần đây trong lĩnh vực  điện tử tiết kiệm năng lượng  đã tạo ra các thiết bị điện tử cầm tay,  giấy mực điện tử hiệu suất cao ,  da điện tử nhân tạo và  các loại vải thông minh . Nhưng nhiều sáng tạo trong số này phụ thuộc, ít nhất một phần, vào các bảng mạch in truyền thống  , thường được làm bằng silicon và kim loại. Chúng cứng và giòn - không phù hợp tốt cho cơ thể con người. Mọi người cần quần áo và giấy và các vật dụng có thể xử lý các khúc cua và đường cong.

Cộng đồng nghiên cứu, cũng như các công ty công nghệ và may mặc, đều mong muốn tạo ra các thiết bị điện tử linh hoạt và có thể uốn cong được. Bí quyết là đảm bảo tính linh hoạt của các thiết bị này không hạn chế khả năng xử lý điện của chúng.

[Ảnh: Doug Levere / University at Buffalo]

CHUYỂN SANG ĐIỆN TỬ

Gần đây,  nhóm nghiên cứu của tôi  tại Đại học Buffalo đã chế tạo một  thiết bị điện tử co dãn lấy cảm hứng từ kirigami . Được làm bằng polyme và dây nano tự lắp ráp, thiết bị này có chiều rộng từng centimet. Riêng nó có thể kéo dài ra một chút - chỉ 1,06 cm. Nhưng khi được cắt bằng tia la-de theo kiểu lấy cảm hứng từ kirigami, cùng một thiết bị có thể kéo dài tới 20 cm, lớn hơn 2.000% so với hình dạng không giãn của nó. Tính đàn hồi bẩm sinh của vật liệu là hữu ích, nhưng kiểu và hướng của các vết cắt là yếu tố chính dẫn đến cách thiết bị biến dạng.

Hơn nữa, việc cắt này làm cho thiết bị dẫn điện gấp 3.000 lần, có nghĩa là thiết bị điện tử có thể chạy nhanh hơn hoặc mất ít thời gian hơn để sạc.

Có rất nhiều  nhà nghiên cứu điện tử khác   lấy cảm hứng từ kirigami. Khi nhóm của chúng tôi và những người khác tinh chỉnh các loại vật liệu này, chúng cuối cùng có thể được kết hợp vào da điện tử - tương tự như hình xăm tạm thời - để cải thiện cảm giác của  chân tay giả và robot . Các bệnh viện cũng có thể sử dụng  các miếng dán da điện tử để theo dõi không dây các dấu hiệu sinh tồn của bệnh nhân , thay thế những sợi dây phiền phức có thể bị rối hoặc ngăn cản mọi người ngủ khi nghỉ ngơi trên giường. 

Các thiết bị điện tử có thể co giãn cũng là chìa khóa cho  kế hoạch phát hành điện thoại thông minh có thể uốn cong của Samsung . Và chúng có thể là trung tâm của quần áo thông minh, một ngành mà các nhà phân tích dự đoán có thể trị giá  4 tỷ đô la Mỹ vào năm 2024 . Nhờ những sáng tạo nghệ thuật hàng trăm năm trước, quần áo và băng gạc một ngày nào đó có thể giúp các vận động viên tối đa hóa hiệu suất, theo dõi sức khỏe của những người mắc bệnh mãn tính, đồng thời cung cấp cho binh lính và nhân viên cấp cứu những thông tin quan trọng về bản thân và những người được họ chăm sóc.