Komplexní tvary pletení vysvětleny v novém modelu fyziky
Nový matematický model pomáhá posílit staleté umění pletení
Zkušební pletení ukazuje složité zakřivení.
V jádru pletacího stroje nebo na špičkách jehel kvalifikovaného pletení může být pramen vlákna přeměněn na cokoli z jemné šály na neprůstřelnou vestu. Ale různé pletací stehy mají tendenci se kroužit různými směry-přemýšlejte o tričku zvlněném na spodním okraji, pokud je lem odříznut. Napětí, které tyto stehy vytvářejí, může deformovat dvourozměrnou látku do komplexních 3D tvarů a předpovídat konečnou strukturu pletených projektů výzvy řemeslníků i výrobců. Nyní publikovaný matematický model v Sborník Národní akademie věd USA Používá fyziku k rozmotání tohoto problému.
Fyzici vždy hledají pravidla, která řídí chování materiálů, vysvětluje vedoucí autora studie Lauren Niu, fyzik na Drexel University. Jakmile jsou pravidla stanovena, Niu říká: „Tam se stane magie.“ Předpověď je možná.
NIU spolupracovala s fyzikem Pennsylvania University of Pennsylvania Randallem D. Kamien a Geneviève Dion, zakládajícím ředitelem Centra pro funkční tkaniny univerzity Drexel University, aby našel matematický model, který spolehlivě předpovídá komplikované tvary a záhyby pleteného textilu.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Vědci začali pletením složitých vzorů – včetně squiggles, vrcholů a tkaniny, které se skládaly do tvaru obličeje – a poté reverzní zkonstruovaly geometrie pletených předmětů. Uvědomili si, že nemusí odpovídat za skutečný tvar a protažení každého stehu, což by vyžadovalo příliš mnoho výpočetní síly v nezbytném měřítku, aby předpovídala konečnou formu textilu. Místo toho potřebovali vědět, jak každý druh stehu měl tendenci zakřivit látku.
Další testovací pletení ukazuje složité zakřivení.
Nový model zahrnuje informace o tom, jak stehy produkují napětí do složité matematické konstrukce zvané rovnice Föppl – Von Kármán. Tyto rovnice popisují, jak tenké, flexibilní materiály – jako jsou buněčné tkáně a trupy ponorky – jsou pod vnitřními a vnějšími silami. Mapování pletených stehů umožňuje experimentovat s textilními vzory před fyzickým pletením materiálu, říká Kamien. Doufá, že takové virtuální testování povede k pokročilejším a přizpůsobeným textilu Pro objekty, jako jsou nositelné zdravotnické prostředky.
„Mít něco, co je tak neuvěřitelně laditelné a škálovatelné a levné jako pletení pro nositelná zařízení, je, myslím, velmi vzrušující,“ říká strojní inženýr Stanford University Cosima du Pasquier, který se do nové studie nezúčastnil. Du Pasquier, který studuje měkkou robotiku, která používá funkční textil, by rád viděl, jak se předpovědi modelu kvantitativně seřadí s reálnými tkaninami a zda se toto srovnání ovlivňují různé faktory, jako je tloušťka tkaniny a typ příze.
I bez zdokonalení autoři studie tvrdí, že model nabízí praktický výchozí bod pro vyzkoušení nových návrhů. „Nemůžete vydělávat na potenciálu (pletení), pokud jste stále založeni na pokusech a omylech,“ říká Dion. „Začínáme experimentovat ve virtuálním prostředí.“
