اجعل لوحة دائرة الأورغامي

ماذا يمكنك أن تفعل إذا كان بإمكانك إنشاء مسار دائرة من خلال ثني قطعة من الورق فقط؟ ماذا عن جسر التقنيات الحديثة والحرف التقليدية مع توفير الفرص لتعلم المهارات في كليهما. كجزء من بحثنا بين التخصصات حول الحرف الرقمية في مختبر MEI في كلية الوسائط الإبداعية، جامعة مدينة هونغ كونغ، صادفنا بحثًا أظهر كيفية امتصاص مادة شبيهة بالورق (تقنيًا “نسيج غير منسوج”) بالنوع من السائل المعدني المستخدم لصنع حبر موصل. في البداية، تكون المادة المملوءة غير موصلة لأن طبقة أكسيد عازلة تتشكل وت encapsulates قطرات مجهرية من السائل المعدني. ومع ذلك، فإن تطبيق الضغط عبر قوالب محددة الشكل سيفتح الطبقة العازلة، مما يسمح للجزيئات المجاورة بالاندماج، وبالتالي يخلق مناطق موصلة على شكل القالب. تم تقديم كلا منا كأطفال للأورغامي والكيريغامي (مماثل للأورغامي، باستثناء أن القص مسموح بالإضافة إلى الطي). قررنا، مع زملائنا، رؤية ما إذا كان يمكن استخدام تلك التقنيات التقليدية على المادة الجديدة للقضاء على الحاجة إلى القوالب. كانت هدفنا هو السماح للحرفيين بصنع إبداعات ورقية هجينة تحتوي على عناصر يمكن تضمينها بسهولة مثل LEDs والمحركات. كنا مهتمين بشكل خاص بإمكانية دمج المراحل المنفصلة لإنشاء كائن ورقي وإضافة موصلات كهربائية. اعتمدت الطرق السابقة لإنشاء كائنات ورقية كهربائية على إضافة موصل مرن منفصل - مثل شريط النحاس اللاصق - إلى الورق. يزيد هذا من الجهد المطلوب ويجعل الأمر يتعذر التسبب في إنشاء دوائر مفتوحة حيث يتكيف المادة الموصلة مع شكل الكائن. يتم استخدام الأيزوبروبيل وسوائل جاليوم-إنديوم لامتصاص مادة شبيهة بالورق تتكون من 55 في المئة بوليستر و 45 في المئة السليلوز. يتم تثبيت المكونات الإلكترونية مثل LEDs والمحركات في مكانها باستخدام شريط لاصق. كانت الخطوة الأولى هي رؤية ما إذا كانت الضغوط المرتبطة بالطي والقص وحدهما ستكون كافية لإنشاء مسارات موصلة. أصبحنا زوارًا متكررين لقسم علوم المواد والهندسة في جامعتنا لصنع عينات ثم استعارة المعدات لتوصيف سلوكها. وبسرعة أكدنا أن الضغوط المرتبطة بالطي والقص - تتراوح من 2.5 إلى 100 ميجا باسكال - كانت كافية لإنشاء مسارات موصلة. أكدنا أيضًا أن التعامل العادي مع الورقة لم يخلق مسارات موصلة بشكل غير مقصود. أجرينا عددًا من التغييرات على الطريقة الأصلية لإنشاء الورق المملوء. على سبيل المثال، بدلًا من غمر الورق في مزيج من الأيزوبروبيل والسائل المعدني، استخدمنا رذاذ الهواء لرش المزيج على الورق. سمح لنا ذلك بتغيير كمية المودعة على الورق واستخدام قوالب كرتونية لحجب بعض المناطق من التعبئة، مما يسمح بالطي والقص في تلك المناطق دون إنشاء مسارات موصلة غير مرغوبة. كما جربنا نسب الأيزوبروبيل والسائل المعدني. أصبحنا زوارًا متكررين لقسم علوم المواد والهندسة في جامعتنا. بعد تحسين نسب الخلط والكمية المطبقة عبر رذاذ الهواء، تبقى لدينا مادة موصلة بشكل موثوق بمقاومة 23.18 أوم لكل سنتيمتر للحواف المقطوعة و 4.4 أوم/سم للحواف المطوية. تحتفظ الحواف المطوية بموصلها حتى إذا تم تسطيحها لاحقًا، والمقاومة هي نفسها على جانبي الورقة. نحن نقدر أن التكلفة المجمعة من الورقة والسائل المعدني (المتوفر من العديد من البائعين على الإنترنت) تبلغ حوالي 1.80 دولار أمريكي لصنع قطعة بحجم 10 في 10 سم. كانت الخطوة التالية هي تثبيت المكونات الإلكترونية على المسارات. لجعل الاتصالات أكثر مرونة، قطعنا الأطراف الصلبة للـ LEDs وربطنا خيوط موصلة بالنهايات. ثم قمنا بتثبيت الخيوط في مكانها بواسطة شريط لاصق. بنفس الطريقة، ربطنا خيوط موصلة بمحطات مصدر الطاقة. نظرًا لأن هدفنا كان استخدام هذه المادة تعليميًا، كنا بحاجة الآن إلى جعلها سهلة للمبتدئين - سواء في الحرف الورقية أو الإلكترونيات - لتجربتها. أنشأنا مجموعة أدوات، تدعى LiqMetCraft. تتكون هذه من جميع المواد المطلوبة، بالإضافة إلى أداة برمجية قائمة على المتصفح تمكن المستخدم من اختيار أو إنشاء تصاميم ثم توفر إرشادات حول البناء الفعلي. أنشأنا ثلاث نسخ من LiqMetCraft. النسخة الأولى تعتمد على الحرف الورقية الصينية حيث يتم ثني قطعة من الورق إلى قطاع شبيه بالمروحة ثم قصها لإنشاء تصميم متناظر شعاعي. قدمنا دوائر من الورق مع منطقة مملوءة بشكل شكل الدونات، مع منطقة غير معالجة أنشأت فجوة في الدونات. قمنا بتوصيل الأطراف الموجبة والسالبة إلى كل جانب من الفجوة. يمكن للمستخدم تحديد في البرنامج كم عدد المرات التي يرغب في طي القرص ثم رسم القطع المحتملة، مع تلقي ردود فعل فورية على شكل القرص غير المطوي، بالإضافة إلى إرشادات حول كيفية وضع LEDs. لصنع عينة الورق لدينا، يتم خلط الأيزوبروبيل والسائل المعدني بنسب محددة أثناء التبريد بواسطة حمام ثلجي. يتم استخدام الموجات الصوتية لضمان تفتيت السائل المعدني إلى قطرات مجهرية. ثم يتم تطبيق المزيج عبر رذاذ الهواء، في حين تمنع القوالب بعض المناطق من التغطية لنسخ حرف ورقية مختلفة. النسخة الثانية من LiqMetCraft كانت تعتمد على الأورغامي. قدمنا قطعًا مستطيلة من الورق بها منطقتان موصلتان مفصولتان بحدود في المنتصف. قدمت الأداة البرمجية قوالب لـ 12 تصميمًا من الأورغامي، مع تعليمات خطوة بخطوة لطيها. بمجرد اكتمال المشروع، يمكن للمستخدم إضافة مكونات، مثل محرك، عن طريق لصقها على الطيات. النسخة النهائية تدعم صنع نماذج ورقية ثلاثية الأبعاد. في هذه الحالة، كانت الورقة الأولية المقدمة مستطيلًا به منطقة مركزية غير معالجة. من خلال قطع هذه الورقة إلى نصفين ثم قطع النصفين إلى أنماط مفصولة بمسافة فاصلة، يمكن للمستخدم صنع نماذج قائمة ذاتيًا متنوعة. سمحت الأداة للمستخدم برسم نمط على الشاشة، ثم إنتاج آلة قطع قالب لقص الورق المملوء. كان لدينا 42 مشاركة، مقسمة بالتساوي إلى ثلاث مجموعات، لتجربة النسخ المختلفة. وجد الجميع أنها سهلة الاستخدام، وكنا متفاجئين بسرور أن بعض المشاركين انتقلوا إلى إبداعاتهم الخاصة بدلاً من التصاميم الموردة. للحصول على التفاصيل الكاملة للعملية الحالية، راجع ورقة LiqMetCraft البحثية المفتوحة الخاصة بنا المنشورة في CHI '26: وقائع مؤتمر CHI 2026 حول عوامل الإنسان في أنظمة الحوسبة. في المستقبل، نخطط لتجربة ركائز مختلفة لمحلول الامتصاص، بالإضافة إلى استكشاف المزيد من أنواع الحرف الورقية، مثل الكتب المنبثقة. نحن أيضًا مهتمون بتطوير طرق لاستخدام المادة لدعم المدخلات وكذلك المخرجات من خلال بناء مفاتيح وبوتينتوميتر مباشرة من المادة. تخيل أن تصبح الإبداعات الورقية التقليدية أجهزة تفاعلية!