蠕虫缠绕所形成的球阐释了纠缠丝状物质的拓扑结构

据研究人员报告，对杂乱缠绕在一起的大量加州黑色蠕虫能快速解除纠缠状态方式的研究揭示了对缠结活性物质拓扑结构的机制和原理的新见解。这些发现或可帮助指导设计具有独特和可调拓扑属性的多功能活性材料。从聚合物长链到松散集结的电子充电电缆，这些绵长丝状材料和物体都有形成复杂、多节构造的神奇技巧，因为这些极度无序的缠结似乎不可能松解。某些动物尽管只有一些相对简单的肌肉和神经元——如加州的黑色蠕虫（Lumbriculus variegatus）——但它们已经演变出能高效管控身体缠结和松解的方法。这些蠕虫通常会自我构建成错综复杂的内含5到5万条蠕虫的缠结球。虽然这些缠结的构造需在几分钟内形成，但它们却可在几毫秒内完全解开。作者说，尽管人们对它们如何能够实现紧固的缠结和超快的松解仍知之甚少，但从它们这种能力中获得的线索或能为下一世代的智能或活性材料的设计提供信息。为了更好地了解这些动物实现紧固缠结和超快松解的机制，Vishal Patil等人用超声重建了黑色蠕虫缠结的3D成像；他们将数据与理论分析和模拟结合，旨在开发黑色蠕虫纠缠的机制模型。Patil等人发现，这些缠结是高度互动的系统，即大多数蠕虫与其它大多数蠕虫都有接触。他们表明，由单个蠕虫运动产生的共振调谐螺旋波能够实现集体性的缠结和快速松解。据作者披露，这些发现揭示了一个通用的动力学原理，这是丝状物质快速解开的基础；该原理可应用于其它填充及缠结纤维系统。Eleni Panagiotou在一篇相关的《视角》中写道：“通过结合拓扑学、应用数学和工程学等方法，[作者]得到了一个活跃的纠缠和解除纠缠的通用模型，后者为活性物质的构建提供了新的见解。”