Cum un fizician dezvăluie matematica tricotării

Fizicianul Elisabetta Matsumoto este o pasionată de tricotat și de când a început acest hobby în copilărie. În timpul școlii postuniversitare de la Universitatea din Pennsylvania în 2009, Matsumoto a dat peste o cusătură neobișnuit de noduri în timp ce tricota un model pentru un dragon roșu japonez. „Am cărți cu mii de modele de cusături diferite, dar cea din agățatul dragon roșu era una pe care nu o văzusem niciodată”, spune ea. Asta a făcut-o să se gândească la geometria ochiurilor și, în cele din urmă, a determinat-o să studieze matematica tricotării.

Există aproximativ o sută de cusături de bază, spune Matsumoto. Prin diferite combinații de cusături, un tricotat poate modifica elasticitatea, rezistența mecanică și structura 3-D a țesăturii rezultate. Firele singure nu sunt foarte elastice. Dar atunci când este tricotat, firul dă naștere unui material care se poate întinde cu mai mult de două ori lungimea sa, în timp ce firul în sine abia se întinde.

Matsumoto, acum la Institutul de Tehnologie Georgia din Atlanta, dezvăluie regulile matematice care dictează modul în care cusăturile conferă țesăturilor astfel de proprietăți unice. Ea speră să dezvolte un catalog de tipuri de cusături, combinațiile lor și proprietățile țesăturilor rezultate. Tricotatorii, oamenii de știință și producătorii ar putea beneficia cu toții de un dicționar de tricotaje, spune ea.

Elisabetta Matsumoto
Elisabetta Matsumoto, un fizician la Institutul de Tehnologie Georgia din Atlanta, speră să creeze un dicționar de tricoturi care ar putea fi folosit pentru a manipula proprietățile fizice ale materialelor.Prin amabilitatea Elisabettei Matsumoto

Cercetarea lui Matsumoto se bazează pe teoria nodurilor (SN: 31/10/08), un set de principii matematice care definesc modul în care se formează nodurile. Aceste principii au ajutat la explicarea modului în care ADN-ul se pliază și se desfășoară și cum alcătuirea și distribuția unei molecule în spațiu îi conferă caracteristici fizice și chimice (SN: 23.5.08; SN: 27/08/18). Matsumoto folosește teoria nodurilor pentru a înțelege modul în care fiecare cusătură se încurcă cu vecinii săi. „Tipurile de cusături, diferențele dintre geometriile lor, precum și ordinea în care puneți acele cusături împreună într-un material textil pot determina [the fabric’s] proprietăți”, spune ea.

Efectuarea unor mici modificări, cum ar fi modificarea câtorva încrucișări într-un nod, ar putea avea un impact imens asupra mecanicii textilelor. De exemplu, o țesătură realizată dintr-un singur tip de cusătură, cum ar fi un tricot sau un dos, tinde să se ondula la margini. Dar combinați cele două tipuri de cusături împreună în rânduri sau coloane alternative, iar materialul se întinde plat. Și, în ciuda faptului că arată aproape identic, țesăturile au grade diferite de elasticitate, au raportat Matsumoto și studentul Shashank Markande în iulie în Actele conferinței Bridges 2020.

Echipa lui Matsumoto pregătește acum un computer să gândească ca un tricotat. Folosind proprietățile firului, detaliile matematice ale cusăturii și structurile finale tricotate ca intrări, un program poate prezice proprietățile mecanice ale țesăturilor. Aceste previziuni ar putea ajuta într-o zi la adaptarea materialelor pentru aplicații specifice – de la schele pentru creșterea țesutului uman până la îmbrăcăminte inteligentă purtabilă (SN: 6/1/18) — și poate rezolva problemele noduri din viața de zi cu zi.