Forskare och ingenjörer fascineras av självfällande strukturer. Tänk dig möjligheterna:hjärtstenter som utspelar sig på rätt plats eller popup-tält som monteras med ett knapptryck, samt nanoskalaversioner för små maskiner. Men ibland fastnar dessa strukturer under vikningsprocessen, och forskare vet inte varför.
Ett nytt papper i Fysisk granskning X av tre University of Chicago -forskare lägger fram en matematisk förklaring - sådana stickpunkter är helt enkelt inneboende.
"Folk trodde att du kunde konstruera runt det, men det ser verkligen ut som att det finns grundläggande gränser, "sade doktoranden Menachem Stern, den första författaren på tidningen.
Strukturer som är utformade för självmontering börjar ofta korrekt, men då går vikningen ut, lämnar efter sig öar med korrekt vikta delar. För att utforska varför, laget skapade en uppsättning matematiska modeller.
När man konstruerar strukturer som kan vika sig själva, vare sig pappersorigami eller små nanomaskiner, forskare börjar med att öka vikarna de behöver. Men detta skapar också en uppsättning osynliga "distraherande" grenar. Ju fler förhöjningar som läggs till, desto mer distraherande grenar bildas, och origami är mer och mer benägna att fastna.
"Hur smart designen än är, det finns alltid många fler sätt att vika fel och fastna än att vika korrekt, "sa Arvind Murugan, biträdande professor vid James Franck Institute och medförfattare på tidningen. "Vi insåg att detta problem med att ha många fler sätt att göra något felaktigt än korrekt visar sig på många andra områden inom vetenskap och matematik, inklusive design av proteinstrukturer i biologi och design av Sudoku -pussel. "
Med dessa anslutningar, det finns sätt att mildra problemet även om det är inneboende, sa Stern, Murugan och Matthew Pinson, studiens tredje författare.
Deras resultat inkluderar en uppsättning förutsägelser för var man ska placera gångjärn när man utformar veck, såväl som för att identifiera problemområden och hur man åtgärdar dem-vilket kan gälla allt från pappersorigami till mikromaskiner till självmonterade tält.
