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色が変化する繊維および理論によって明らかにされる結び目の根本的な謎

American Association for the Advancement of Science

色が変化する繊維(photonic fiber)および数学理論を組み合わせるによって、普通に使用されている結び目の強度および安定性を決定する簡明な規則が明らかにされたと研究者らが報告している。今回の新たな研究では、何によって結び目が機能するのかという数世紀にわたる謎に取り組んでいる。結び目および絡みの作られた繊維はいまだに最古から続く人類の技術の1つであり、我々の日常生活において遍く基本的な役割を果たしている。船の帆および靴から微細構造および乱れた量子液体(プラズマ)まで、ある結び目が他の結び目よりも適していることは良く知られており、多種多様な結び目構造が特定の目的のために作られたのは事実である。形態(結び目の作られ方)、弾性および摩擦の間の微妙な相互作用によって結び目の機械的性質および機械的強度が決まることが知られている。しかしながら、結び目が何故「機能する」のか完全に説明することができる包括的な数学理論が無かった。したがって、何故ある結び目はしっかりしたままなのに、他の結び目は簡単に緩むのか理解する能力については、現在のところ説明がなされていない。これらの長きにわたる疑問に取り組むため、Vishal Patilらは実験・理論解析を考案しており、「結び目」は帆走活動および登山活動の両方で一般的に使用されているけれども、この解析によって「結び目」の機械的安定性の基礎となる重要な規則が明らかになった。最近開発された色の変化する繊維は1つの結び目の異なる場所における応力の違いを示すが、この繊維を使用した光学機械実験群と結び目の理論モデルを組み合わせて、Patilらは結び目構造内の応力分布を定量的に予測し、かつ結び目の安定性を決定する幾つかの重要な形態的要因を明らかにすることができた。今回の著者らによると、この枠組みを使用して、特定の挙動を示す新しい種類の結び目の設計および開発を行うことができる可能性がある。

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