Forskere finder en måde at pakke korn og medicin mest effektivt på

Forskere har opdaget en måde at løse et problem, som har forvirret mennesker så længe, ​​at det er nævnt i Bibelen:at opnå den mest effektive pakning af genstande såsom korn og farmaceutiske lægemidler.

Lederforsker Dr Mohammad Saadatfar fra Australian National University (ANU) sagde, at viden kunne være afgørende for at bygge skyskrabere på sand, at forstå, hvordan korn blev opbevaret i siloer, eller hvordan medicin blev pakket og leveret til bestemte mål i kroppen.

"Det er vanvittigt - sand er et af de mest almindelige byggematerialer i verden, og medicin er ofte pakket i form af piller, men vi forstår virkelig ikke, hvordan samling af korn eller piller opfører sig, "sagde Dr Saadatfar fra ANU Research School of Physics and Engineering.

Det internationale team af fysikere og matematikere brugte højopløselige CT-scanninger til at afsløre, hvordan sfæriske partikler i et uordnet arrangement bosætter sig og komprimerer sig til ordnede mønstre.

"Nu mener vi, at vi har afdækket mekanismerne bag overgangen fra uordnet pakning af korn til ordnede strukturer, " han sagde.

"Når som helst sfærer - såsom fodbolde, kuglelejer eller atomer - er pakket ind i et rum, den mest effektive pakning er i et meget ordnet mønster, kendt som ansigtscentreret kubisk.

"Natrium- og chloridatomer i saltkrystaller er også arrangeret og ordnet på den måde."

Når det er organiseret på den måde, kuglerne havde et minimum af huller imellem dem, fylder godt 74 procent af pladsen, Sagde Saadatfar.

"Imidlertid, når man bosætter sig hurtigt, kugler danner ikke naturligt det arrangement, når i bedste fald kun 64 procent, et arrangement kendt som tilfældig lukket emballage, " han sagde.

Teamet havde tidligere vist, at pakningen på 64 procent ikke er et tilfældigt arrangement. Faktisk, sfærer har en tendens til at danne til tæt fastholdte arrangementer af tetraeder selvorganiseret i ringe på fem.

"I lang tid, videnskabsfolk mente, at pakningskugler mere effektivt var umuligt at forekomme naturligt og ekstremt vanskeligt at observere i laboratoriet, "Sagde Saadatfar.

"Det er fordi, det er svært at flytte til den perfekt ordnede struktur. Det kræver at bryde de uordnede mønstre, der udviklede sig naturligt, og som er mekanisk robuste.

"Du skal tilføje den helt rigtige mængde energi til det - for lidt energi og pakningen forbliver uorden, for meget, krystallen vil heller ikke danne sig. "

Dr. Saadatfar sagde, at overgangen til et strammere pakningsarrangement blev nævnt i Bibelen.

"Lukas 6:38 siger:" Et godt mål, presset ned, rystet sammen og løb over, vil blive hældt i dit skød. For med det mål, du bruger, det vil blive målt for dig. ' Den nævner alle de eksperimentelle protokoller, som vi brugte i laboratoriet - ved at trykke ned, ryster, hælde, "Sagde Saadatfar.

"Jeg er ikke sikker på, at bibelens forfattere havde fastslået det matematiske grundlag for den."

Holdet brugte det relativt nye felt inden for matematik kendt som homologi til at fortolke 3-D røntgenmikroskopbilleder og computersimuleringer i stor skala.

Dr Saadatfar sagde for forskellige partikelformer, matematikken blev meget mere kompleks.

"Når du ser på fodbold eller M &M, har vi meget arbejde at gøre, "Sagde Saadatfar.

"Jeg vil holde min afdeling forsynet med M &Ms i de næste par år."