Исследователи научились программировать прочность вязаных материалов.
Международная группа исследователей из Японии и США разработала математическую модель, которая позволяет классифицировать текстильные структуры по их способности к вязанию и устойчивости к повреждениям. Используя теорию узлов, команда смогла проанализировать распространение дефектов в тканях, что открывает путь к созданию материалов с программируемой прочностью, пишет Phys.org.
В отличие от обычных материалов, свойства которых зависят только от химического состава, ткань — это сложная топологическая структура. Ее эластичность и прочность определяются тем, как именно переплетены нити. Исследователи представили вязаные полотна в виде двухмерных диаграмм-сеток и внесли в них искусственные дефекты, чтобы проследить, как повреждение распространяется по структуре.
Для классификации эксперты использовали геометрический подход: узор складывали в форму тора, или пончика, и проверяли, можно ли распутать получившиеся узлы без разрывов нитей. Если структура превращалась в простые петли, она считалась пригодной для вязания.
Предложенная методика работает путем введения топологических дефектов в периодический текстильный узор и отслеживания их распространения по структуре.«Описанный в нашей модели процесс распространения дефектов может помочь в разработке новых вязаных материалов с необычными механическими свойствами», — комментирует доктор Дайсуке С. Шимамото из Университета Рицумейкан.
Основываясь на разработанных принципах, исследователи уже создали два типа экспериментальных материалов. Первый тип — «неубиваемые» ткани — подавляет распространение повреждений, локализуя дефект в одной точке. Второй тип, названный «распускающимися», наоборот, позволяет повреждению легко распространяться по всей структуре, чтобы ее можно было быстро разобрать обратно в нить без использования инструментов.
По мнению авторов, предложенная концепция выходит далеко за пределы легкой промышленности. Понимание того, как топология влияет на прочность запутанных систем, поможет создавать более надежные полимеры, биологические импланты и даже мягкие актуаторы для роботов нового поколения.
Ранее ученые автоматизировали вязание. Они создали нейросеть, которая автоматически преобразует фотографии тканей в инструкции для вязальных роботов. Hi-Tech Mail рассказал, как именно работает новый метод и где его планируют применять.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
