Оригами принято считать чисто декоративным искусством, но новая разработка Технологического института Сибаура (Shibaura Institute of Technology, Япония) показывает, что складывание бумаги может пригодиться и в носимой электронике. Исследователи создали бумажные датчики, которые надеваются прямо на тело и сами принимают нужную форму.
Бумага, которая складывается сама
Главная особенность проекта — самоскладывание. Датчики изготавливаются из плоского листа бумаги, на который с помощью обычного струйного принтера наносится специальный рисунок. Именно напечатанный узор задаёт поведение материала: после печати лист сам сворачивается в спираль, без ручной сборки и без дополнительных механизмов.
Сам принцип хорошо известен из материаловедения: если одна часть листа ведёт себя иначе, чем соседняя, например по-разному впитывает влагу или по-разному сжимается при высыхании, в материале возникают внутренние напряжения, и он изгибается. Меняя форму и расположение напечатанных линий, можно заранее «запрограммировать», как именно сложится заготовка.
Спиральная форма выбрана не случайно. Такая «пружинка» может обхватывать запястье, палец или предплечье и при этом подстраиваться под самые разные размеры тела. Для носимых устройств это важно: жёсткий датчик приходится выпускать в нескольких типоразмерах, а спираль сама садится по руке.
Что измеряют датчики
Чтобы превратить бумажную спираль в сенсор, на неё наклеивают медную ленту, которая служит электродом. Она позволяет снимать два типа сигналов: трибоэлектрические и показатели кожно-гальванической реакции.
- Трибоэлектрический эффект — появление электрического заряда при контакте и трении двух разных материалов, та же физика, из-за которой «бьётся током» шерстяной свитер. В носимой электронике его используют для регистрации движений, касаний и деформаций, причём такой датчик сам вырабатывает сигнал.
- Кожно-гальваническая реакция (КГР) — изменение электрической проводимости кожи, которое зависит от работы потовых желёз. Этот показатель связан с эмоциональным возбуждением и стрессом, поэтому его измеряют, например, в полиграфах и некоторых фитнес-браслетах.
Зачем это нужно
По замыслу авторов, такой подход позволит быстро и дёшево изготавливать индивидуальные носимые датчики под самые разные задачи. Бумага, струйный принтер и медная лента доступны практически любой лаборатории, а значит, прототип можно сделать без специализированного производства.
У бумажной электроники есть и другие очевидные плюсы: она лёгкая, недорогая и подходит для одноразового применения там, где многоразовый датчик пришлось бы чистить или стерилизовать. Проект японских исследователей пока остаётся лабораторной разработкой, но он хорошо показывает, как старое искусство складывания бумаги находит неожиданное применение в современной электронике.
