Forskere forklarer, hvorfor nogle origami ikke kan foldes under pres

Videnskabsmænd og ingeniører er fascineret af selvfoldende strukturer. Forestil dig mulighederne:hjertestents, der folder sig ud på det rigtige sted eller pop-up telte, der samles ved et tryk på en knap, samt nanoskala versioner til bittesmå maskiner. Men nogle gange sætter disse strukturer sig fast under foldningsprocessen, og videnskabsmænd ved ikke hvorfor.

Et nyt papir ind Fysisk gennemgang X af tre videnskabsmænd fra University of Chicago fremlægger en matematisk forklaring - sådanne knækpunkter er simpelthen iboende.

"Folk troede, at man kunne konstruere omkring det, men det ser virkelig ud til, at der er fundamentale grænser, " sagde kandidatstuderende Menachem Stern, den første forfatter på papiret.

Strukturer designet til selvmontering starter ofte korrekt, men så falder foldningen ud, efterlader øer af korrekt foldede dele. For at undersøge hvorfor, holdet skabte et sæt matematiske modeller.

Når man designer strukturer, der kan folde sig selv, enten papirorigami eller små nanomaskiner, videnskabsmænd starter med at pre-folde de folder, de har brug for. Men dette skaber også et sæt af usynlige "distraktionsgrene". Jo flere pre-folder tilføjet, jo flere distraktorgrene dannes, og origamien er mere og mere tilbøjelig til at sidde fast.

"Uanset hvor smart designet er, der er altid mange flere måder at folde forkert og sidde fast på end at folde korrekt, " sagde Arvind Murugan, assisterende professor i James Franck Institute og medforfatter på papiret. "Vi indså, at dette problem med at have mange flere måder at gøre noget forkert på end korrekt dukker op i mange andre områder af videnskab og matematik, herunder design af proteinstrukturer i biologi og design af Sudoku-puslespil."

Ved at bruge disse forbindelser, der er måder at afhjælpe problemet, selvom det er iboende, sagde Stern, Murugan og Matthew Pinson, undersøgelsens tredje forfatter.

Deres resultater omfatter et sæt forudsigelser for, hvor man skal placere hængsler, når man designer folder, samt til at identificere problemområder og hvordan man løser dem - hvilket kunne gælde alt fra papirorigami til mikromaskiner til selvsamlende telte.