什么是非等距折纸,最初是什么激发了您在纺织品设计中探索它?
上明: 折纸和它的近亲桐神已经从艺术形式转向工程和设计中使用的工具。折叠、切割和粘贴的装置或结构的机械强度取决于材料的不可拉伸性。任何使用过纸(折纸的典型材料)的人都知道这一点。纸张可以很容易地沿着折痕折叠,但几乎不可能在不撕裂的情况下拉伸它。这就是为什么与包装盒子相比,顺利包装橙子如此困难的原因。
在我们的例子中,“等距”意味着使材料变形,使其不被拉伸;距离都是一样的,同样的度量。另一方面,针织材料非常有弹性,每次我们把毛衣戴在头上时,我们都依赖它的可拉伸性。事实上,将袖子上的袖口和袜子顶部拉在一起的肋骨并不是通过使用更少的纱线或更少的面料制成的;它们是通过针迹的几何形状创建的,受纱线拓扑结构的约束。我们如何操纵针迹,如针织和檩条,使织物自行拉伸和折叠?它不仅具有弹性、非等距性,而且还具有自折叠性。
你是如何认识吉纳维耶夫·迪翁和她的作品的?您能解释一下你们看似迥然不同的学术背景是如何融合在一起创作出这样的作品的吗?
上明: 十年前,宾夕法尼亚大学的名誉教授查理·爱泼斯坦(Charlie Epstein)向我们介绍了彼此,他在社交上认识了吉纳维耶夫。她和我花了几年时间才对彼此的工作有了足够的了解,以便能够有效地沟通。五年前,我们取得了突破,当时我们提出了“针织脚手架”的想法,它使用几何学工具捕捉了针织织物的机制。这导致了我们更认真的互动,我成为了她在德雷克塞尔实验室的常客。我们现在有联合博士后和学生,他们在数学、机械工程、材料科学和理论物理学方面具有专业知识。
非等距折纸在日常生活中有哪些潜在的实际应用?
迪翁: 针织面料显然是价值数万亿美元的时尚产业的一部分,但我们希望参与的远不止于此。我们不仅希望能够仅使用计算机设计自折叠织物,就像他们现在设计飞机和汽车的方式一样,而且我们还希望开发工具和协议,将织物用作所有制造过程中不可或缺的一部分。它像三维打印一样是增材制造的,已经由机器大量完成,可用于制造灵活而坚固的接头。你能想象一架飞机的控制面被编织到机翼上,提供比典型铰链更多的自由度,并且可以在局部修理而不是更换吗?
您认为纺织品设计的未来将走向何方,因为非等距折纸等技术将走向何方?
上明: 除了建筑材料之外,由于非等距折纸也是自动折叠的,我们可以设想一组新的材料,可以卷到线轴上,然后展开,然后它们会弹出成有用的结构,而没有内部骨架。
您最近得到了查尔斯·考夫曼基金会(Charles E. Kaufman Foundation)的支持,以进一步研究这一领域。这对您和您的合作者有什么帮助?
上明: 到目前为止,我们的合作在很大程度上都是针对“功能性面料”的应用。考夫曼基金会的支持将使我们能够深入研究针织面料的机理。关于如何使用嵌段共聚物理论来模拟这种材料,我们有一些具体的计划,以及一些关于使用纤维和支架的固有几何形状来开发理论框架的不太成熟的想法,这将使我们能够理解任何材料的柔性、可拉伸片材。
您如何设想与行业或其他部门合作,将您的研究成果带给更广泛的受众?
迪翁: 对于工业界来说,了解针织材料作为精细可调和功能结构的潜力是很重要的。我们的基础研究将使设计决策从“猜测和检查”转变为一套系统的、自上而下的原则。通过展示我们设计和预测针织结构的几何形状和行为的能力,我们希望将针织材料添加到机械工程和设计的工具箱中。