纸有了生命！低成本驱动技术使得纸张可以自动弯曲、折叠或展平

摘要：纸是最古老、用途最广、价格最便宜的材料之一，通过一种低成本的驱动技术，它似乎变得具有生命力，可以自动弯曲、折叠或展平。

卡内基梅隆大学人机交互研究所（Carnegie Mellon University's Human-Computer Interaction Institute）开发的纸张驱动技术，使得用普通纸制成的人造含羞草叶子能够响应人的触摸。图片来源：卡内基梅隆大学

纸是最古老、用途最广、价格最便宜的材料之一，通过卡内基梅隆大学人机交互研究所（Carnegie Mellon University's Human-Computer Interaction Institute）开发的低成本驱动技术，似乎使它变得具有生命力、可以自动弯曲、折叠或展平。

用廉价的3D打印机或甚至手工涂布在普通纸张上的一层薄薄的导电热塑性塑料可作为一种低成本的可逆驱动器。当施加电流时，热塑性塑料受热膨胀，导致纸张弯曲或折叠;当移除电流时，纸张就会恢复到预定的形状。

HCII的助理教授、变形物质实验室主任Lining Yao，并且她和她的团队一起开发了这种方法，她说：“我们正在重新研发这种非常古老的材料。驱动真的把纸变成了另一种媒介，一种既具有艺术性又具有实用性的媒介。”

博士后研究员Guanyun Wang，前研究实习生Tingyu Cheng和姚氏变形物质实验室（Yao's Morphing Matter Lab）的其他成员设计了基本类型的驱动器，包括一些基本的折纸和剪纸形式。这些能够使结构变成球形或圆柱体。或者，它们可以用于构造更精细的物体，例如可以改变其形状并发出的光量的灯罩，或者是一种在人触摸时其花瓣会依次打开的人造含羞草植物。

今年6月，在中国杭州的浙江大学的一个研讨会上，50多名学生使用纸张驱动技术制作了精美的包括对著名艺术品的诠释的弹出式书籍，比如梵高的《星空》和《向日葵》。

印刷纸驱动器将于9月6日至10日在奥地利林茨的阿尔斯电子节展出，9月13日至30日在比利时布鲁塞尔的博扎尔美术中心展出，10月至3月在中国北京的现代汽车工作室展出。姚氏小组于今年四月在蒙特利尔召开的“计算机系统人类因素会议”中介绍了这项技术。

CMU公司的制造期货项目研究员Wang说：“包括纸做的机器人在内的大多数机器人都需要一个外部马达。我们不那样做，这不仅为机器人技术创造了新的机会，也为互动艺术、娱乐和家庭应用创造了新的机会。”

Cheng说，创建纸张驱动器是一个相对简单的过程。它采用了最便宜的3D打印机，即所谓的FDM打印机，它可以铺设熔化的热塑性塑料的连续长丝。研究人员使用现成的导电的印刷长丝-石墨烯多元化合物。

将热塑性驱动器印刷在普通复印纸上，厚度只有半毫米厚。然后将驱动器在烘箱中或用热风枪加热，并将纸张弯曲或折叠成所需形状并使其冷却。这将是纸张的默认形状。然后可以将电引线连接到驱动器上; 施加电流会加热驱动器，使热塑性塑料膨胀，从而使纸张变直。移除电流后，纸张将自动返回其默认形状。

Yao表示，研究人员正在改进这种方法，改变印刷速度或热塑性线的宽度，达到不同的折叠或弯曲效果。他们还开发出了印刷触摸传感器、手指滑动传感器和弯曲角度探测器的方法，这些方法可以控制纸张的执行机构。

还有很多工作要做。驱动速度很慢，Yao 和她的团队希望通过一些材料工程来解决这个问题——使用导热性更强的纸张，并开发用于致动器的印刷细丝。同样的驱动器可以用于纸张也可用于塑料和织物。

除了Yao，Wang和Cheng之外，CHI研究论文的作者还有HCII研究附属机构的Youngwook Do和Byoungkwon An; HCII的博士生Jianzhe Gu; CMU建筑学院硕士生Humphrey Yang和浙江大学访问学者 Ye Tao。