Оригами

Jun 05, 2023

Аманда Педерсен | 07 марта 2023 г.

Технологии, вдохновленные оригами, привели к прорывам во многих отраслях, включая технологию производства аккумуляторов, проектирование космических кораблей и даже медицинские технологии.

На протяжении многих лет MD+DI сообщал о многих технологиях, вдохновленных оригами. Фактически, в 2015 году батарейки, вдохновленные оригами, заняли первое место в серии опросов, в которых читателям MD+DI предлагалось определить новые технологии, которые, скорее всего, окажут глубокое влияние на медицинские технологии в ближайшие годы.

Ранее в том же году исследователи из Университета штата Аризона (ASU) использовали вариант оригами, называемый киригами, в качестве шаблона дизайна для батарей, которые можно растянуть более чем на 150 процентов от их первоначального размера и при этом сохранить полную функциональность (на фото выше). Статья, описывающая, как исследователи АГУ разработали литий-ионные батареи на основе киригами, была опубликована 11 июня 2015 года в журнале Nature's Scientific Reports. Прототип батареи на основе киригами был вшит в эластичный браслет, который крепился к умным часам. Батарея полностью питала часы и их функции, включая воспроизведение видео, пока ремешок растягивался.

«Большинству носимых устройств потребуется питание, а для некоторых это будет максимально возможное количество энергии, втиснутое в формы, которые неудобны или должны изгибаться при движении пользователя», — сказал MD+DI Билл Эванс, ныне вице-президент Neptune Medical. в 2015 году. «Я думаю, что батарея, подобная дизайну, вдохновленному киригами, разработанному командой ASU, имеет большой потенциал на этом развивающемся рынке носимых устройств из-за ее способности изгибаться во время использования, но при этом обеспечивает более высокую производительность и хорошо изученные характеристики, чем литиевые батареи. предложения."

Исследователи АГУ начали два года назад с складывания оригами Миуры, объяснил Ханьцин Цзян, профессор механической и аэрокосмической техники в АГУ. Метод, названный в честь его изобретателя, японского астрофизика Корё Миуры, предполагает складывание плоской поверхности в меньшую область.

«Оригами и киригами относятся к изобразительному искусству. Инженеры начали использовать их совсем недавно», — сказал Цзян.

Казалось, у Miura есть потенциал, когда дело доходит до обеспечения некоторой эластичности жестких литий-ионных батарей. Но Цзян и его коллеги, аспиранты Цзэминг Сун и Сюй Ван, вскоре столкнулись с загвоздкой: Миура растягивается, но рост значительно изменился после неоднократного растягивания. Решением, к которому пришли Цзян, Сун и Ван, была форма оригами, называемая киригами, которая включает в себя как складывание, так и вырезание. Киригами позволил резать и скручивать, создавая взаимосвязанные структуры из литий-ионных батарей, которые можно было растягивать.

Оригами также оказалось полезным для Сокхына Чоя, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники в Бингемтонском университете (Бингемтон, штат Нью-Йорк). Чой придумал бумажные биобатарейки, вдохновленные оригами (на фото ниже), которые потенциально могут питать датчики и другие медицинские устройства с низким энергопотреблением в развивающихся странах.

Батареи включают в себя воздухопроницаемый катод, созданный путем напыления никеля на сторону обычной офисной бумаги. Анод представляет собой трафаретную печать углеродными красками. Капля любой жидкости, содержащей бактерии, может производить электричество на бумажной биобатарее. Однако при проектировании возникла серьезная проблема. Чою нужно было соединить несколько таких бумажных батареек в ряд, чтобы произвести достаточно микроватт, чтобы их можно было использовать. Биосенсор имеет ограничения по пространству. Чой, получивший докторскую степень в Университете штата Аризона, был знаком с работой исследователей АГУ и других инженеров, использовавших оригами. Это предоставило Чою элегантное решение.

«Можно уменьшить размер, складывая... Я мог бы соединить 28 батарей, чтобы увеличить удельную мощность, используя технологии оригами. Я думаю, что этот метод — отличный потенциальный инструмент для любой биобатарейки или любой батареи, использующей подложки на бумажной основе. огромный потенциал», — сказал Чой.

В 2016 году исследователи из Университета Бригама Янга (BYU; Прово, Юта), которые уже работали с НАСА над использованием принципов оригами при проектировании космических кораблей, начали использовать аналогичные техники оригами для изготовления хирургических инструментов, достаточно маленьких, чтобы их можно было вставлять в отверстия на коже, которые можно зажить без швов. BYU лицензировал эту технологию пионеру роботизированной хирургии Intuitive Surgical. В этом видео (расшифровка доступна ниже) подробно рассказывается о некоторых технологиях оригами, лицензия на которые BYU предоставлена ​​компании Intuitive.