撰文｜k.r.卡拉韦（k. r. callaway）
翻译｜巢栩嘉
在编织机或熟练编织工的针尖，一根丝线能变化出多种多样的形态，从精美的围巾到防弹背心皆有可能。但不同针法会导致织物朝不同方向卷曲——就如剪掉下摆的t恤，边缘会自然翘起。织物中的张力能使二维织物扭曲成复杂三维形态，如何预判成品结构始终困扰着手工艺者与制造商。如今，在《美国科学院院刊》（pnas）上发表的一种数学模型，用物理学解开了这个谜团。
论文第一作者、美国德雷塞尔大学（drexel university）的物理学家牛乐融（lauren niu）解释说，物理学家总在寻找控制材料行为的法则。法则一旦确立，“魔法就会降临。”预测成为可能。
牛乐融与宾夕法尼亚大学的物理学家兰德尔·卡米恩（randall kamien）以及德雷塞尔大学功能性织物中心创始主任热纳维耶芙·迪翁（geneviève dion）合作，试图找到一种新的数学模型，能够根据最初的针法图案可靠地预测最终织物的复杂形变。
研究团队首先编织了复杂的图案，包括波浪纹、山峰纹以及能折叠成人脸的造型，再逆向推导其几何原理。他们发现，要预测纺织品的最终形态，并不需要考虑每个针法的实际形状和拉伸情况，因为这在所需规模下会消耗过多的算力。相反，他们只需要知道每种针法倾向于如何使织物弯曲即可。
新模型将针法产生的张力数据整合到复杂数学结构中，这种构造名为“弗普尔-冯·卡门方程”（föppl–von kármán equation）。这些方程原本用于描述细胞组织、潜艇外壳等薄而柔韧的材料在内外力作用下的行为。卡米恩指出，在设计织物时，这种映射方式使实物编织前的模拟实验成为了可能。他希望这种虚拟测试能够催生出更先进、更定制化的纺织品，例如可穿戴医疗设备等。
美国斯坦福大学的机械工程师科西马·迪帕斯基耶尔（cosima du pasquier）并未参与这项研究，他评价称：“对于可穿戴设备来说，同时具有高度可调性、扩展性且低成本的纺织技术，我认为是非常令人兴奋的。”迪帕斯基耶尔研究的软体机器人会用到功能性织物，他期待能进一步量化验证模型预测与实际织物的吻合度，以及布料厚度、纱线类型等因素带来的影响。
研究人员表示，即便未经优化，该模型已为创新设计提供了一个实用的起点。迪翁说：“如果仍然依赖于试错法，就无法释放编织技术的全部潜力，现在我们终于能在虚拟环境中进行实验了。”
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