編み物は、1,000 年以上前から存在する基本的な技術/スキルです。これにより、望ましい伸縮性を備えた 3D オブジェクトのエンジニアリングが可能になります。ニット構造を理解するための基本的なフレームワークは、スレッドベースのスマート ファブリックへの道を開きました。
編み物は、正確な起源は不明ですが、世界中で使用されている古代の製造技術です。最も古いニットの標本のいくつかは、エジプトで 11 世紀にさかのぼり、ウールではなく綿繊維で作られていました。編み物のプロセスは基本的に、針の助けを借りて糸のループを連続的に連結することを含みます.
ごく最近では、物理学者が芸術形式の背後にある科学を解き明かすことができるように、編み物が研究の世界に進出しました.針を使って編地を作るというかなり単純な技術のように見えるかもしれませんが、実際には結び目理論 (非常に複雑な数学の一面) を応用したものです。
編み物は、不安やうつ病に苦しむ人々を助けることができます.この工芸品は、自然の抗うつ剤として機能します。 (写真提供:littlenySTOCK/Shutterstock)
編み物科学
ニッターは、希望のパターンを計画するのに多くの時間を費やします.必要なすべての特性を備えた特定の形状に適合する 1 次元の糸のストリングから、3 次元の適切に構造化されたオブジェクトを作成することは印象的な作業です。信じられないかもしれませんが、編み物には多くの深い経験的知識と複雑な工学が関わっています.結び目理論を研究する数学の分野によると、 結び目 絡み合った円として定義され、もつれをほどくことが不可能な交差点で囲まれています。したがって、ニットステッチ スリップノットの連動ネットワークであり、背中合わせに繰り返されます。円の単純なループはアンノットと呼ばれます .マフラーや靴下を構成するニット生地は、個々の糸とはまったく異なる特性を示します。生地は非常に伸縮性があり、長さの約 2 倍まで伸縮性がありますが、糸の長さはまったく伸縮しません.
畝編み模様（写真提供：Pixabay）
なぜ物理学者は編み物に興味を持つのでしょうか?
物理学者は、この編み物の構成を解読しようとしています。 ニットとパールのさまざまな組み合わせにより、伸縮性の度合いが異なります。ニット生地はメタマテリアルの一種と見なされます (基材からではなく、設計された構造からその特性を取得する人工的に設計された材料)、その弾力性は創発的な特性です。
ニット生地はメタマテリアルです。糸の個々のストランドは伸縮性がありませんが、スリップノットに構成すると伸縮性が増します (写真提供:Pixabay)
中間スケールでの糸のストランドの配置は、結果として得られるファブリックのマクロスケールの特性を決定します。ループ編みの周期性は、基本的に同じ単位構造を何度も繰り返すことで得られます。実用性という点では、編み物に関わるこの数学的理論は、エンジニアが人工組織、e-テキスタイル、さらには空気力学の系統を開発するのに役立つ可能性があります。これらはすべて、織工の動きによって生成される運動エネルギーを吸収し、最終的に保存するように変更できます。テキスタイルの製造には多くの数学と材料科学が関与していますが、通常は当然のことと考えられています。
編み地は、ニット、パール、およびそれらのさまざまな組み合わせから作られたさまざまな編みパターンに基づいています.すべての構造は周期的です。各単位セルは繰り返されます (写真提供:prodepran/Shutterstock)
弾性応答
多くの物理学者が複雑な数学を掘り下げて、ニット パターンに関係する力学をコード化し始めました。幾何学的モデルは、ステッチの形状と、結果として生じる生地の寸法特性に焦点を当てています。糸を交差させる前に、各ステッチのパラメーターを操作します。それどころか、機械モデルは、糸の弾力性と、結果として得られる生地構造のトポロジーの両方を念頭に置いています。最も単純な家庭用編み機モデルの 1 つは、パンチ カードのセットから指示を受けます。 .そのため、初期のコンピューターで使用されていた言語に似た「コーディング言語」が確立されました。ステッチ パターンは、2 進数 (0 と 1) の数値システムよりも複雑なジオメトリと伸縮性に特定のプログラム可能なコードを提供します。モデルが単純であるため、研究者はさまざまな形状と特性を持つニット構造を設計できます。
それはすべて、糸の曲がり具合と糸の長さという 2 つの主要な要因に帰着します。生地の伸縮性の主な原因は、糸の弾力性と周期的なルーピング ステッチから生じます。糸の弾性エネルギーは、ニットの変形量に依存します。糸が曲がると、伸びて大量のエネルギーを失います。ステッチの寸法が小さくなると、曲げエネルギーが増加し、エネルギーと連結パラメーターの関係が得られます。糸の直径が固定されているため、ステッチが縮むことはありません。ただし、糸が伸ばせなくなると制約が課せられます。
結論
この予想外の分野の背後にある物理学は魅力的であり、編み物の可能性を最大限に引き出すには、さらなる研究が必要です.単純な一連の微分方程式と結び目理論のアルゴリズムを適用することで、編地の挙動を詳細に研究でき、それを映画やコンピューター ゲームのグラフィックス用の物理エンジンに組み込むことができます。ニットの伸縮性は、建築 (一度に 1 層ずつ付加製造) やソフト ロボティクスへの直接的な応用を見つけるのにも役立つ可能性があります。コードをクラックするだけで、可能性は無限に広がります!
