"Bij de proef dunne vellen Mylar, een dunne film die op dezelfde manier kreukt als papier, meerdere keren systematisch verkreukeld, het ontwikkelen van een aantal nieuwe vouwen bij elke herhaling, "Andrejevi, de hoofdauteur van de paper uit 2021, uitleg per e-mail. "Tussen de kreukels, de platen werden zorgvuldig afgeplat en hun hoogteprofiel gescand met behulp van een instrument dat een profilometer wordt genoemd. De profilometer maakt metingen van de hoogtekaart over het oppervlak van het vel, waarmee we de locaties van vouwen als een afbeelding kunnen berekenen en visualiseren."

Omdat kreuken rommelig en onregelmatig kan zijn, het genereert "lawaaierige" gegevens die voor computerautomatisering moeilijk te begrijpen zijn. Om dat probleem te omzeilen, Andrejevic heeft de vouwpatronen met de hand getraceerd op 24 vellen, met behulp van een tablet-pc, Adobe-Illustrator en Photoshop. Dat betekende opname 21, 110 facetten in totaal, zoals dit recente artikel in de New York Times beschrijft.

Dankzij Andrejevic' werk en beeldanalyse, "we konden kijken naar de verdelingen van facetgroottes naarmate het verkreukelen vorderde, " legt Rycroft uit. Ze ontdekten dat de grootteverdelingen konden worden verklaard door fragmentatietheorie, die kijkt naar hoe objecten variërend van rotsen, glasscherven en vulkanisch puin vallen na verloop van tijd uiteen in kleine stukjes. (Hier is een recent artikel uit de Journal of Glaciology dat het toepast op ijsbergen.)

"Diezelfde theorie kan nauwkeurig verklaren hoe de facetten van het verfrommelde vel na verloop van tijd uiteenvallen naarmate er meer plooien ontstaan, "zegt Rycroft. "We kunnen het ook gebruiken om in te schatten hoe het vel slapper wordt na het verkreukelen, en daarmee uitleggen hoe de accumulatie van kilometers vertraagt. Dit stelt ons in staat om de kilometerresultaten - en de logaritmische schaal - die in het onderzoek van 2018 werden gezien, te verklaren. Wij zijn van mening dat de fragmentatietheorie een perspectief op het probleem biedt en vooral nuttig is om de accumulatie van schade in de tijd te modelleren, ' zegt Rycroft.

Waarom is de kreukeltheorie van belang?

Inzichten krijgen over verfrommelen is potentieel heel belangrijk voor allerlei dingen in de moderne wereld. "Als u een materiaal in een structurele hoedanigheid gebruikt, het is van cruciaal belang om de faaleigenschappen ervan te begrijpen, ", zegt Rycroft. "In veel situaties is het belangrijk om te begrijpen hoe materialen zich zullen gedragen bij herhaalde belasting. Bijvoorbeeld, vliegtuigvleugels trillen tijdens hun leven vele duizenden keren op en neer. Ons onderzoek naar herhaaldelijk verkreukelen kan worden gezien als een modelsysteem voor hoe materialen worden beschadigd onder herhaalde belasting. We verwachten dat sommige kernelementen van onze theorie, over hoe materialen in de loop van de tijd door breuken/plooien worden verzwakt, kan analogen hebben in andere materiaalsoorten."

En soms, verfrommeling kan eigenlijk technologisch worden gebruikt. Rycroft merkt op dat verkreukelde grafeenvellen, bijvoorbeeld, zijn gesuggereerd als een mogelijkheid om hoogwaardige elektroden voor Li-ion-batterijen te maken. Aanvullend, kreukeltheorie geeft inzicht in allerlei fenomenen, van hoe de vleugels van insecten zich ontvouwen en hoe DNA zich in een celkern verpakt, zoals in dit artikel in de New York Times uit 2018 wordt opgemerkt.

Waarom kreukelen sommige voorwerpen, in plaats van simpelweg uit elkaar te vallen in een heleboel kleine stukjes?

"Papier en andere materialen die kreukelen zijn kenmerkend flexibel en gemakkelijk te buigen, zodat ze niet snel kapot gaan, " legt Andrejevic uit. "Echter, harde materialen zoals steen of glas buigen niet gemakkelijk, en dus breken in reactie op een samendrukkende kracht. Ik zou zeggen dat verkreukelen en breken nogal verschillende processen zijn, maar er zijn enkele overeenkomsten die we kunnen herkennen. Bijvoorbeeld, zowel kreuken als breken zijn mechanismen voor het verlichten van spanning in een materiaal. Het idee van vouwen die andere delen van een plaat beschermen tegen beschadiging, verwijst naar schade die wordt gelokaliseerd in zeer smalle ribbels in de plaat. In feite, de scherpe hoekpunten en ribbels die ontstaan ​​wanneer een laken kreukelt, zijn gelokaliseerde rekgebieden in het laken, die energetisch ongunstig zijn. Als resultaat, de plaat minimaliseert deze kostbare vervormingen door ze te beperken tot zeer smalle gebieden, de rest van het blad zoveel mogelijk te beschermen."

"Dunne vellen die kreukelen, buigen liever dan uitrekken, een observatie die we gemakkelijk kunnen maken met een vel papier door te proberen het met onze handen te buigen of uit te rekken. Op het gebied van energie, dit betekent dat buigen veel minder energie kost dan strekken. Wanneer een laken wordt opgesloten zodat het niet langer plat kan blijven, het zal beginnen te buigen om zich aan te passen aan het veranderende volume. Maar na een bepaald punt, het wordt onmogelijk om de plaat in een klein volume te passen door alleen te buigen."

Het begrip van kreuken vergroten

Er moet nog veel worden geleerd over kreuken. Bijvoorbeeld, zoals Rycroft opmerkt, het is niet duidelijk of verschillende soorten verfrommeling - met behulp van een cilindrische zuiger, bijvoorbeeld, in plaats van uw hand - resulteert in een ander type vouwpatroon. "We willen graag begrijpen hoe algemeen onze bevindingen zijn, " hij zegt.

In aanvulling, onderzoekers willen meer leren over de feitelijke mechanica van hoe plooien ontstaan, en om tijdens het proces metingen te kunnen doen, in plaats van alleen naar het eindresultaat te kijken.

"Om dit te omzeilen, we ontwikkelen momenteel een mechanische 3D-simulatie van een verfrommeld vel, waarmee we het hele proces kunnen observeren, " Zegt Rycroft. "Al, onze simulatie kan vouwpatronen creëren die vergelijkbaar zijn met die in het experiment, en het geeft ons een veel gedetailleerder beeld van het verfrommelingsproces."

Zoals Andrejevic uitlegt, eerder onderzoek naar kreukelen laat juist zien dat hoe meer een vel verfrommeld is, hoe meer het bestand is tegen verdere compressie, zodat er steeds meer kracht nodig is om het samen te drukken. "Dit werd verondersteld het resultaat te zijn van de richels die op één lijn liggen en heel erg werken als structurele pilaren die de verfrommelde plaat zijn verhoogde sterkte geven, " ze zegt.