最近，由可弯曲、可贴附的显示器及电子设备等构成的可穿戴器件备受关注，但将数量众多的坚硬电子元件组装到可弯曲伸缩的构造中一直存在困难。早稻田大学理工学术院的岩濑英治教授、中村凪硕士研究生（研究当时）等人的研究团队，利用折纸和剪纸的传统做法，开发出了能够将安装有坚硬且易损坏的电子元件的固定在大面积上的一次性折叠组装新技术“折剪纸（Kiri-origami）构造”。研究团队还成功实际制作了一款配备有145个LED的可伸缩显示屏，未来有望应用于可穿戴设备及医疗福祉领域。相关研究成果已发表在期刊《npj Flexible Electronics》上。
图1 折纸、剪纸、折剪纸（Kiri-origami）结构（供图：早稻田大学）
图2 安装有LED芯片的基板折叠制作而成的可伸缩显示屏（供图：早稻田大学）
实现灵活弯曲伸缩的电子部件的方法，主要有“开发具有伸缩耐受性的材料”和“设计不要求材料具备伸缩耐受性的结构（结构柔性）”这两种路径。传统的坚硬电子元件虽在被弯曲或拉伸时容易损坏，但在性能和稳定性方面，往往优于有机材料等具有伸缩耐受性的材料。因此，2010年代以后，应用折纸、剪纸结构的柔性电子器件受到关注，充分利用折线和切口，即便材料及电子元件本身坚硬，提出了凭借结构设计使整体能够变形的方法。
作为可弯曲伸缩的电子器件结构，折纸结构和剪纸结构虽备受关注，但各有优缺点。折纸结构因具有不变形的平板部分，便于安装坚硬且易损坏的电子部件，但难以折叠多个单元。剪纸结构通过拉伸结构整体，能够相对容易地一次性展开多个单元，但由于没有平板部分，不适合安装坚硬且易损坏的电子部件。
研究团队设计了一种结合折纸结构与剪纸结构的折剪纸结构。这种结构是在剪纸结构上设置折叠线，在保持放置电子部件的平坦面的同时，又可通过拉伸结构整体实现多个单元折叠线的一次性折叠。
此外，研究团队通过两项设计实现了准确的折叠动作。一是在结构的端部设置了像“弹簧”一样可变形的部分（缓冲器），使拉力能够均匀传递。由此，可防止结构端部产生的应变和扭曲，实现整体的稳定折叠。二是通过在纵横两个方向均衡拉伸，调整至可沿折叠线形状自然折叠的状态。由此，折叠线以外的部分不会发生强行变形，实现了准确折叠。
实际上，研究团队在安装有145个LED芯片的电子电路中，成功通过拉伸同时准确地进行了512处折线的折叠。折叠后，电子元件的功能仍得到保持，可以作为实用的柔性显示屏发挥作用。该技术能够广泛应用于可穿戴设备、安装在曲面及可动面上的智能传感器等下一代电子领域。以往难以实现的高性能电子部件柔性化有望成为现实。
本次研究仅通过结构设计就实现了大规模的折叠动作，其特点还在于制造工序和材料选择的自由度较高。未来，若能够通过与企业合作推进实用化，有望创造出便于携带、不易损坏、贴近生活的电子设备新形态。
岩濑教授表示：“折纸和剪纸在日本是连孩童都很熟悉，同时又具有诸多学术上颇具意义的特征，因此‘Origami’（折纸）、‘Kirigami’（剪纸）这些词也成了国际性的学术用语。我希望此次提出的‘Kiri-origami’（折剪纸）一词，也能继‘Origami’‘Kirigami’之后，在国际上得到使用。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：npj Flexible Electronics
论文：Stretch-based kirigami structure with folding lines for stretchable electronics
DOI：doi.org/10.1038/s41528-025-00409-4
