Meer dan 3 dateren, 000 jaar, breien is een oude vorm van vervaardigen, maar Elisabetta Matsumoto van het Georgia Institute of Technology in Atlanta gelooft dat het van onschatbare waarde zal zijn om te begrijpen hoe steektypes vorm en rekbaarheid bepalen voor het ontwerpen van nieuwe "afstembare" materialen. Bijvoorbeeld, weefselachtig flexibel materiaal zou kunnen worden vervaardigd om biologische weefsels te vervangen, zoals gescheurde banden, met rekbaarheid en gepersonaliseerde maatvoering voor elk individu.

Tijdens de American Physical Society March Meeting in Boston deze week, Matsumoto zal haar werk presenteren over de wiskundige regels die ten grondslag liggen aan breien. Ze zal ook deelnemen aan een persconferentie waarin het werk wordt beschreven. Informatie over inloggen om op afstand mee te kijken en vragen te stellen vindt u aan het einde van dit persbericht.

"Door een steek te kiezen, kiest u niet alleen de geometrie, maar ook de elastische eigenschappen, en dat betekent dat u de juiste mechanische eigenschappen kunt inbouwen voor alles van lucht- en ruimtevaarttechniek tot weefselsteigermaterialen, ’ zei Matatsumoto.

Matsumoto genoot als kind van breien en toen ze later geïnteresseerd raakte in wiskunde en natuurkunde, ze ontwikkelde een nieuwe waardering voor haar hobby.

"Ik realiseerde me dat er gewoon een enorme hoeveelheid wiskunde en materiaalwetenschap in textiel zit, maar dat wordt heel erg vanzelfsprekend gevonden, ’ zei Matatsumoto.

"Elk type steek heeft een andere elasticiteit, en als we al het mogelijke uitzoeken, kunnen we dingen maken die op een bepaalde plaats stijf zijn met een bepaald type steek, en gebruik een ander type steek op een andere plaats om andere functionaliteit te krijgen."

Leden van de Matsumoto-groep beginnen zich te verdiepen in de complexe wiskunde die de mechanische eigenschappen codeert binnen de in elkaar grijpende reeks schuifknopen van een materiaal. Maar het toepassen van de pure wiskunde van de knooptheorie op de enorme catalogus van breipatronen is een lastig proces voor Matsumoto's afgestudeerde student, Shashank Markande.

"Steken hebben een aantal zeer vreemde beperkingen, bijvoorbeeld, Ik moet het kunnen maken met twee naalden en één stuk garen - hoe vertaal je dat in wiskunde?" zei Matsumoto.

Maar Markande begint de gebreide algebra in grotere, complexere patronen, en hij voert dit in de elastische modellering van eenvoudige roosterachtige breisels, die Matsumoto's postdoc, Michael Dimitriyev ontwikkelt zich.

Dimitriyev's code voor het oplossen van stofgedrag toont potentieel dat verder gaat dan materiaalontwerp, op het gebied van grafische computerspelletjes.

"Stof en stof zien er in computerspellen een beetje vreemd uit, omdat ze gebruik maken van eenvoudige kralen- en veerelasticiteitsmodellen, dus als we een simpele opstelling van differentiaalvergelijkingen kunnen bedenken, kan het helpen om dingen er beter uit te laten zien, ’ zei Matatsumoto.

Op dit moment, de Matsumoto-groep richt zich op zeer eenvoudige steekpatronen en rondingen in gebreide roosters; echter, binnenkort hopen ze te begrijpen hoe breisels zich in 3D gedragen.

Maar terwijl ze de wiskunde tussen de steken uitpluizen, Matsumoto zorgt ervoor dat ze in de gaten houden hoe deze patronen samenkomen door af en toe een knutselsessie te organiseren met de origami-groep naast de deur.