Les scientifiques et les ingénieurs sont fascinés par les structures auto-pliantes. Imaginez les possibilités :des stents cardiaques qui se déploient au bon endroit ou des tentes pop-up qui s'assemblent par simple pression d'un bouton, ainsi que des versions à l'échelle nanométrique pour les petites machines. Mais parfois ces structures se coincent pendant le processus de pliage, et les scientifiques ne savent pas pourquoi.
Un nouveau papier en Examen physique X par trois scientifiques de l'Université de Chicago présente une explication mathématique :de tels points de friction sont simplement intrinsèques.
"Les gens pensaient que vous pouviez le contourner, mais on dirait vraiment qu'il y a des limites fondamentales, " a déclaré l'étudiant diplômé Menachem Stern, le premier auteur sur le papier.
Les structures conçues pour s'auto-assembler démarrent souvent correctement, mais alors le pliage s'estompe, laissant derrière eux des îlots de pièces correctement pliées. Pour découvrir pourquoi, l'équipe a créé un ensemble de modèles mathématiques.
Lors de la conception de structures pouvant se replier, qu'il s'agisse d'origami en papier ou de minuscules nanomachines, les scientifiques commencent par pré-plier les plis dont ils ont besoin. Mais cela crée aussi un ensemble de branches "distractrices" invisibles. Plus il y a de pré-plis ajoutés, les branches les plus distractrices se forment, et l'origami risque de plus en plus de se coincer.
"Peu importe à quel point la conception est intelligente, il y a toujours beaucoup plus de façons de plier incorrectement et de rester coincé que de plier correctement, " dit Arvind Murugan, professeur assistant à l'Institut James Franck et co-auteur de l'article. "Nous avons réalisé que ce problème d'avoir beaucoup plus de façons de faire quelque chose de manière incorrecte que correctement apparaît dans de nombreux autres domaines de la science et des mathématiques, y compris la conception de structures protéiques en biologie et la conception de puzzles Sudoku."
En utilisant ces connexions, il existe des moyens d'atténuer le problème même s'il est intrinsèque, dit Stern, Murugan et Matthew Pinson, le troisième auteur de l'étude.
Leurs résultats incluent un ensemble de prédictions sur l'emplacement des charnières lors de la conception des plis, ainsi que pour identifier les zones à problèmes et comment les résoudre, ce qui pourrait s'appliquer à tout, de l'origami en papier aux micro-machines en passant par les tentes à assembler soi-même.
