折纸技术与现代纺织科学如何结合到实际应用

(RandallKamien)和德雷塞尔大学设计教授吉纳维夫·迪翁(GenevièveDion)的长期合作者正在研究针织的力学，这一研究领域代表了对织物的理解和使用发生了重大转变。

在《今日宾夕法尼亚大学》的问答中，物理与天文学系自然科学教授卡米恩(VickiAbrams)和迪翁(Dion)讨论了这种称为非等距折纸的方法的起源、合作和未来影响。他们的观点揭示了如何将传统折纸技术与现代纺织科学相结合，从而在各个行业中得到实际应用。

什么是非等距折纸?最初是什么启发您在纺织品设计中探索它?

Kamien：折纸及其近亲剪纸已经从艺术形式转变为工程和设计中使用的工具。折叠、切割和粘贴的装置或结构的机械强度取决于材料的不可拉伸性。

任何使用过纸(折纸的原型材料)的人都知道这一点。纸张可以很容易地沿着折痕折叠，但几乎不可能在不撕裂的情况下拉伸它。这就是为什么顺利地包装一个橙子比包装一个盒子要困难得多。

在我们的例子中，“等距”意味着扭曲材料，使其不被拉伸;距离都是相同的，相同的度量。另一方面，针织材料的弹性非常好，每次我们把毛衣戴在头上时，我们都会依赖它的弹性。

事实上，将袖口和袜子顶部拉在一起的罗纹并不是通过使用更少的纱线或更少的织物而形成的;而是通过使用更少的纱线或更少的织物来实现的。它们是通过针迹的几何形状创建的，并受到纱线拓扑的约束。我们如何操纵针迹(例如针织和金银丝)以使织物自行拉伸和折叠?它不仅具有弹性、非等距，而且还可以自动折叠。

您是如何认识吉纳维芙·迪翁和她的作品的?您能否解释一下你们看似不同的学术背景是如何结合在一起创作出这样的作品的?

卡米恩：十年前，我们是由宾夕法尼亚大学名誉教授查理·爱泼斯坦介绍认识的，他在社交上认识吉纳维芙。我们花了几年时间才对彼此的工作有了足够的了解，从而能够进行有效的沟通。五年前，我们取得了突破，当时我们提出了“针织支架”的想法，它使用几何工具捕捉了针织面料的力学原理。

这让我们进行了更认真的互动，我成了她在德雷克塞尔实验室的常客。我们现在拥有具有数学、机械工程、材料科学和理论物理专业知识的联合博士后和学生。

非等距折纸在日常生活中有哪些潜在的实际应用?

Dion：针织面料显然是价值数万亿美元的时尚产业的一部分，但我们希望涉足的远不止于此。我们不仅希望能够仅使用计算机来设计自折叠织物，就像现在设计飞机和汽车的方式一样，而且我们还希望开发工具和协议，将织物用作所有制造的一个组成部分。

它像三维打印一样是增材制造的，已经通过机器批量完成，可用于制造灵活而坚固的接头。您能想象一架飞机的控制面被编织到机翼上，提供比典型铰链更多的自由度，并且可以使用机载编织机来替换吗?