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一位物理学家是如何解开编织的数学之谜的


物理学家松本伊丽莎白(elisetta Matsumoto)是一个狂热的编织者,从小就有了这一爱好。2009年,沐鸣平台登陆线路在宾夕法尼亚大学读研究生期间,松本幸子在为日本红龙编织图案时,偶然发现了一种异常多节的针法。她说:“我有几千种不同针法的书,但挂在红龙墙上的那一种我从未见过。”这让她开始思考缝线的几何形状,并最终引导她研究编织的数学。

松本说,大约有一百种基本针法。通过不同的针距组合,编织者可以改变织物的弹性、机械强度和三维结构。纱线本身并不是很有弹性。但当针织时,纱线产生的织物可以拉伸两倍多的长度,而纱线本身几乎没有拉伸。

松本现就职于亚特兰大的乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology),他正在梳理出一些数学规则,这些规则决定了针法如何赋予面料这种独特的特性。她希望开发出一套关于针法类型、针法组合以及由此产生的织物性能的目录。她说,编织者、科学家和制造商都可以从一本编织字典中受益。

松本的研究建立在结理论(SN: 10/31/08)上,沐鸣平台注册登录官网这是一套定义结如何形成的数学原理。这些原理帮助解释了DNA如何折叠和展开,以及分子的组成和空间分布如何赋予它物理和化学特性(SN: 5/23/08;SN: 8/27/18)。松本正运用纽结理论来了解每一针是如何与相邻的针缠绕在一起的。她说:“针脚的类型,它们几何形状的不同,以及你把这些针脚组合在一起的顺序,都可能决定织物的属性。”

做一些微小的改变,比如在一个结上改变几个交叉点,可能会对织物的力学产生巨大的影响。例如,只有一种针法的织物,如针织织物或反针织物,其边缘往往会卷曲。但如果将两种针法交替排列或排列在一起,织物就会平铺。Matsumoto和研究生Shashank Markande在7月份的《桥梁2020》(the Bridges 2020 Conference Proceedings)会议上报告称,尽管这些面料看起来几乎相同,但它们有不同程度的弹性。

松本的团队现在正在训练一台电脑,让它像编织者一样思考。利用纱线性能、沐鸣注册登录数学针迹细节和最终针织结构作为输入,一个程序可以预测织物的机械性能。这些预测有一天可以帮助为特定的应用量身定制材料——从生长人体组织的支架到可穿戴的智能衣服(SN: 6/1/18)——也许还能解决日常生活中的棘手问题。