【以小見大】未來科技創新的關鍵?廢紙摺痕暗藏的「對數規則」

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【以小見大】未來科技創新的關鍵?廢紙摺痕暗藏的「對數規則」

【以小見大】未來科技創新的關鍵?廢紙摺痕暗藏的「對數規則」

相信人人都試過隨手把沒用的廢紙揉成一團,揉過的紙團攤開來後的摺痕看起來雜亂無章,然而你有沒有想過,這些摺痕背後竟然藏著複雜的數學原理嗎?

美國一名哈佛大學應用物理系博士生 Jovana Andrejević 和她的研究團隊反覆進行多次摺紙實驗,以人工蒐集龐大的摺痕紋路數據,發現紙張的痕跡竟會以「對數遞增」的方式出現。

「摺紙」是個向紙張施力的過程,這股壓力會改變紙張纖維的組織方式,因而產生我們所看見的摺痕。

Andrejević 的團隊在實驗中使用叫做麥拉(Mylar)的素材來進行摺紙研究。Mylar是一種特殊聚酯薄膜,由於該材質的高度彈性和張力,因此很適合拿來觀察紙張多次摺壓後的痕跡。

研究團隊中的 Chris H. Rycroft 表示,在實驗中,由於蒐集摺痕的過程艱鉅,而且皺褶的軌跡剛開始也紊亂不清,因此無法用電腦自動演算來觀測。於是他們用人工的方式將一小塊一小塊還沒有皺褶痕跡的平整面蒐集在一起,總共收集了 21,110 個小碎片, Andrejevic 再用 Adobe Illustrator 和 Photoshop 將這些碎片繪製成 24 張分析圖。

這 24 張分析圖就像抽象藝術畫般。團隊經過分析後發現,儘管最後紙張已經停止產生新摺痕,但它們仍然以對數的方式呈現。

紙張的摺痕特性可以應用於石墨烯薄膜中的電子、光學和表面特性。在設計薄型、可穿戴型裝置時,是不可或缺的考慮因素,因此了解皺褶的原理對科技發展為之關鍵。但過去因為紙張皺褶過程的無序性與複雜性,科學家們難以完整掌握摺痕的動力學。

Andrejevic 這項發現將會是未來科技產品實現創新發展的關鍵,因為在地殼、高性能電池和超級電容器中使用的石墨上,科學家都能觀察到類似紙張折疊的現象。此原理或許未來也能運用在人造皮膚,或是極小的可穿戴電子設備上。

Source:The New York Times

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