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隐藏的数学链接可帮助设计师构建奇妙的形状
普林斯顿大学的研究人员开发了一种方法，通过结合折纸和张拉整体原理来复制不规则的自然结构，例如白蚁丘，从而提高设计效率和工程优化。
来源:Scientific Inquirer白蚁丘是一种非凡的结构，可以在地球上一些最恶劣的气候下调节温度、平衡气流并保持结构稳定性。与其他不规则、无序的系统一样，它们很难用现代工程技术复制。
现在，普林斯顿大学工程学院的研究人员开发了一种系统，供设计师模仿白蚁丘或人体骨骼等不规则的自然结构 - 不仅是它们的微观结构模式，还有它们的机械性能。
“我们创建了一种适用于两个不同物理系统的理论，”普林斯顿大学玛格丽塔·恩格曼·奥古斯丁工程学教授格劳西奥·保利诺 (Glaucio Paulino) 说。 “了解一个这样的系统可以帮助更好地理解另一个系统。”
在 3 月 19 日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章中，研究人员解释了他们如何通过结合两个学科来开发该方法：折纸，研究表面如何沿着折痕折叠；以及张拉整体，它探索通过压缩和拉伸结合在一起的结构。折纸通常用于创建可折叠成紧凑形状并展开以部署在太空探索等任务中的物体。张拉整体描述了像人体骨骼这样的结构，它通过硬骨和软组织之间的应力平衡分布来保持其形状。
通过探索控制折纸和张拉整体的数学，研究人员了解到这些系统的底层数学规则本质上是相同的。虽然对于非数学家来说并不明显，但控制折纸精确折叠的公式可以转化为控制张拉整体力分布的规则。
“事实证明，同一个方程同时描述了工程结构、折纸和张拉整体，”普林斯顿大学博士后研究员、该文章的第一作者党祥鑫说。 “这两种不同类型的结构通过数学联系起来。”
图片来源：Aaron Nathans/普林斯顿大学。