Scienziati e ingegneri sono affascinati dalle strutture pieghevoli. Immagina le possibilità:stent cardiaci che si aprono nella posizione giusta o tende pop-up che si assemblano premendo un pulsante, così come versioni su scala nanometrica per macchine minuscole. Ma a volte queste strutture si bloccano durante il processo di piegatura, e gli scienziati non sanno perché.

Un nuovo giornale in Revisione fisica X di tre scienziati dell'Università di Chicago fornisce una spiegazione matematica:tali punti critici sono semplicemente intrinseci.

"La gente pensava che si potesse progettare intorno ad esso, ma sembra davvero che ci siano dei limiti fondamentali, " ha detto lo studente laureato Menachem Stern, il primo autore sulla carta.

Le strutture progettate per autoassemblarsi spesso iniziano correttamente, ma poi la piegatura si esaurisce, lasciando isole di parti correttamente piegate. Per esplorare il perché, il team ha creato una serie di modelli matematici.

Quando si progettano strutture che possono piegarsi, che si tratti di origami di carta o di minuscole nanomacchine, gli scienziati iniziano pre-piegando le pieghe di cui hanno bisogno. Ma questo crea anche una serie di rami "distrattori" invisibili. Più pre-piega aggiunti, più si formano rami distrattori, e l'origami ha sempre più probabilità di rimanere bloccato.

"Non importa quanto intelligente sia il design, ci sono sempre molti più modi per piegare in modo errato e rimanere bloccati rispetto a piegare correttamente, " disse Arvind Murugan, assistente professore al James Franck Institute e coautore del documento. "Ci siamo resi conto che questo problema di avere molti più modi per fare qualcosa in modo errato rispetto a quelli corretti si presenta in molte altre aree della scienza e della matematica, compresa la progettazione di strutture proteiche in biologia e la progettazione di puzzle di Sudoku."

Utilizzando queste connessioni, ci sono modi per mitigare il problema anche se è intrinseco, disse Stern, Murugan e Matthew Pinson, terzo autore dello studio.

I loro risultati includono una serie di previsioni su dove posizionare le cerniere durante la progettazione delle pieghe, così come per identificare le aree problematiche e come risolverle, il che potrebbe applicarsi a qualsiasi cosa, dagli origami di carta alle micro-macchine alle tende automontanti.