Wetenschappers hebben een manier ontdekt om een ​​probleem op te lossen dat mensen al zo lang in de war houdt dat het in de Bijbel wordt genoemd:het zo efficiënt mogelijk verpakken van voorwerpen zoals granen en farmaceutische medicijnen.

Hoofdonderzoeker dr. Mohammad Saadatfar van de Australian National University (ANU) zei dat de kennis van vitaal belang kan zijn voor het bouwen van wolkenkrabbers op zand, begrijpen hoe granen werden opgeslagen in silo's, of hoe medicijnen werden verpakt en afgeleverd bij specifieke doelen in het lichaam.

"Het is gek - zand is een van de meest voorkomende bouwmaterialen ter wereld en medicijnen worden vaak verpakt in de vorm van pillen, maar we begrijpen echt niet hoe de assemblage van granen of pillen zich gedraagt, " zei Dr Saadatfar van de ANU Research School of Physics and Engineering.

Het internationale team van natuurkundigen en wiskundigen gebruikte CT-scans met hoge resolutie om te onthullen hoe bolvormige deeltjes in een ongeordende opstelling zich vestigen en zich verdichten tot geordende patronen.

"Nu geloven we dat we de mechanismen hebben blootgelegd die ten grondslag liggen aan de overgang van een ongeordende verpakking van granen naar geordende structuren, " hij zei.

"Wanneer bollen - zoals voetballen, kogellagers of atomen - zijn verpakt in een ruimte, de meest efficiënte verpakking is in een zeer geordend patroon, bekend als face-centered cubic.

"Natrium- en chloride-atomen in zoutkristallen zijn ook op die manier gerangschikt en geordend."

Als het zo georganiseerd is, de bollen hadden een minimum aan openingen tussen hen, iets meer dan 74 procent van de ruimte in beslag nemen, zei Dr Saadatfar.

"Echter, bij snelle afwikkeling, sferen vormen niet van nature die opstelling, op zijn best slechts 64 procent bereiken, een regeling die bekend staat als willekeurige gesloten verpakking, " hij zei.

Het team had eerder laten zien dat het inpakken van 64 procent geen willekeurig arrangement is. In feite, bollen hebben de neiging zich te vormen tot stevig vastgehouden opstellingen van tetraëders die zichzelf in ringen van vijf organiseren.

"Voor een lange tijd, wetenschappers dachten dat het efficiënter inpakken van bollen onmogelijk was op natuurlijke wijze en uiterst moeilijk waar te nemen in het laboratorium, ' zei dokter Saadatfar.

"Dat komt omdat het moeilijk is om naar de perfect geordende structuur te gaan. Het vereist het doorbreken van de ongeordende patronen die zich van nature hebben ontwikkeld en die mechanisch robuust zijn.

"Daarvoor moet je precies de juiste hoeveelheid energie toevoegen - te weinig energie en de verpakking blijft ongeordend, te veel, het kristal zal zich ook niet vormen."

Dr. Saadatfar zei dat de overgang naar een strakkere verpakkingsregeling in de Bijbel wordt genoemd.

"Lucas 6:38 zegt:'Een goede maatregel, ingedrukt, door elkaar geschud en overrennen, zal in je schoot worden gegoten. Want met de maat die je gebruikt, het zal aan je gemeten worden.' Het vermeldt alle experimentele protocollen die we in het lab gebruikten - naar beneden drukken, schudden, gieten, ' zei dokter Saadatfar.

"Ik weet niet zeker of de auteurs van de Bijbel de wiskundige basis ervan hadden gevonden."

Het team gebruikte het relatief nieuwe gebied van de wiskunde dat bekend staat als homologie om 3D-röntgenmicroscoopbeelden en grootschalige computersimulaties te interpreteren.

Dr Saadatfar zei voor verschillende deeltjesvormen, de wiskunde werd veel complexer.

"Als je naar voetballen of M&M's kijkt, hebben we veel werk te doen, ' zei dokter Saadatfar.

"Ik zal mijn afdeling de komende jaren voorzien van M&M's."