最近，由可彎曲、可貼附的顯示器及電子設備等構成的可穿戴器件備受關注，但將數量眾多的堅硬電子元件組裝到可彎曲伸縮的構造中一直存在困難。早稻田大學理工學術院的岩瀨英治教授、中村凪碩士研究生（研究當時）等人的研究團隊，利用摺紙和剪紙的傳統做法，開發出了能夠將安裝有堅硬且易損壞的電子元件的固定在大面積上的一次性摺疊組裝新技術「折剪紙（Kiri-origami）構造」。研究團隊還成功實際製作了一款配備有145個LED的可伸縮顯示螢幕，未來有望應用於可穿戴設備及醫療福祉領域。相關研究成果已發表在期刊《npj Flexible Electronics》上。
圖1 摺紙、剪紙、折剪紙（Kiri-origami）結構（供圖：早稻田大學）
圖2 安裝有LED晶片的基底層摺疊製作而成的可伸縮顯示螢幕（供圖：早稻田大學）
實現靈活彎曲伸縮的電子部件的方法，主要有「開發具有伸縮耐性的材料」和「設計不要求材料具備伸縮耐性的結構（結構柔性）」這兩種路徑。傳統的堅硬電子元件雖在被彎曲或拉伸時容易損壞，但在性能和穩定性方面，往往優於有機材料等具有伸縮耐性的材料。因此，2010年代以後，應用摺紙、剪紙結構的柔性電子器件受到關注，充分利用折線和切口，即便材料及電子元件本身堅硬，提出了憑藉結構設計使整體能夠變形的方法。
作為可彎曲伸縮的電子器件結構，摺紙結構和剪紙結構雖備受關注，但各有優缺點。摺紙結構因具有不變形的平板部分，便於安裝堅硬且易損壞的電子部件，但難以摺疊多個單元。剪紙結構通過拉伸結構整體，能夠相對容易地一次性展開多個單元，但由於沒有平板部分，不適合安裝堅硬且易損壞的電子部件。
研究團隊設計了一種結合摺紙結構與剪紙結構的折剪紙結構。這種結構是在剪紙結構上設置摺疊線，在保持放置電子部件的平坦面的同時，又可通過拉伸結構整體實現多個單元摺疊線的一次性摺疊。
此外，研究團隊通過兩項設計實現了準確的摺疊動作。一是在結構的端部設置了像「彈簧」一樣可變形的部分（緩衝器），使拉力能夠均勻傳遞。由此，可防止結構端部產生的應變和扭曲，實現整體的穩定摺疊。二是通過在縱橫兩個方向均衡拉伸，調整至可沿摺疊線形狀自然摺疊的狀態。由此，摺疊線以外的部分不會發生強行變形，實現了準確摺疊。
實際上，研究團隊在安裝有145個LED晶片的電子電路中，成功通過拉伸同時準確地進行了512處折線的摺疊。摺疊後，電子元件的功能仍得到保持，可以作為實用的柔性顯示螢幕發揮作用。該技術能夠廣泛應用於可穿戴設備、安裝在曲面及可動面上的智慧型感應器等下一代電子領域。以往難以實現的高性能電子部件柔性化有望成為現實。
本次研究僅通過結構設計就實現了大規模的摺疊動作，其特點還在於製造工序和材料選擇的自由度較高。未來，若能夠通過與企業合作推進實用化，有望創造出便於攜帶、不易損壞、貼近生活的電子設備新形態。
岩瀨教授表示：「摺紙和剪紙在日本是連孩童都很熟悉，同時又具有諸多學術上頗具意義的特徵，因此‘Origami’（摺紙）、‘Kirigami’（剪紙）這些詞也成了國際性的學術用語。我希望此次提出的‘Kiri-origami’（折剪紙）一詞，也能繼‘Origami’‘Kirigami’之後，在國際上得到使用。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：npj Flexible Electronics
論文：Stretch-based kirigami structure with folding lines for stretchable electronics
DOI：doi.org/10.1038/s41528-025-00409-4
