当一个人从波士顿发送电子邮件到北京时，它通过某人在某些时候穿过潜艇光缆来旅行。
这些电缆的定位可以产生有趣的卷绕图案，如果例如它们是缠结或扭结的话，也会引起问题。
在移动基板上展开杆状结构在各种工程应用中，从纳米管蛇形制造到底艇电缆和管道的铺设，并且多年来一直对预测丝状结构的机制感兴趣卷绕过程。
由EITAN Grinspun领导的团队，哥伦比亚工程师科学副教授，MIT机械工程和民营工程副教授和Pedro Reis，一直在探索这些问题，桥梁工程力学（Reis’s group) and computer graphics (Grinspun’s group).
研究人员将精密模型实验与计算机仿真组合并检查了卷绕机械，特别是杆的自然曲率显着地影响卷取过程。
他们的研究发表于9月29日早期在线版国家科学院的诉讼程序（pnas.）。
“这是一次有趣而富有成效的合作，”格林斯宾说。“我们做了一些全新和不同的事情:我们采用了为好莱坞设计的计算机算法，通过与Reis的团队合作，发现同样的算法可以作为一种预测工具，用于细丝、棒和管道的工程力学。想到这种计算机模型可以同时为创意和工程企业服务，真是令人兴奋。”
Grinspun的仿真技术，离散的弹性杆最初是开发的，最初是为了在薄膜和图形应用中的发型和毛皮而制定，用于逼真的画笔的Photosmic Paintbrushes，以及Weta Digital用于诸如Apes系列的霍比特和行星等薄膜中使用。
瑞士雷斯是一个在麻省理工学院的实验机制，正在研究薄弹性结构的弯曲程度如何打开它的头部：屈曲通常是由工程师担心设计的潜在失败，但如果它可以用作功能组件设计？
这两位研究人员决定研究电缆如何在纳米级，可拉伸电子设备和宏观规模中部署，例如在海底上部署互联网通信电缆。
“这是两个看似无关的领域的一个精彩的例子，共同地解决了引入在我们的工程社区之前没有以前可用的强大和新的计算工具的实际问题，”Reis Notes。
Grinspun和Reis之间的合作开始，当Reis邀请Grinspun访问他的实验室时。“我们想知道我们看似遥远的世界是否可以通过共同的愿景来弥合，”格雷斯潘说。“我们都希望通过查看它们的几何形状或形状如何影响其动作来了解物理对象如何移动。电缆，漫长而苗条，是学习的理想候选人。但是，我们可以在哥伦比亚工程建造的技术，用于视觉上引人注目的电影和特殊效果足以准确地与REIS的硬质和精确的实验数据同意吗？“
通过国家科学基金会，REIS和Grinspun的支持招募了博士生Khalid Jawed（MIT）和Fang Da（哥伦比亚工程）的详细研究电缆部署。
在他们的PNA文章中，研究人员描述了似乎良好的良好决定，例如卷轴的直径，或者电缆部署的速度，可以显着影响电缆在地上的方式。
它们创建了一种可以出现的不同模式的地图，从摇摆蜿蜒的模式到稳定的卷绕和变送回路，随着线轴的直径或部署速度变化。
研究人员还发现了一些对部署影响相对较小的因素，其中包括电缆的下落高度。
“这些调查结果对我们的日常生活产生了实际影响，”REIS增加了。“例如，采取沿着传递驾驶通信电缆旅行的电子邮件。
通过更好地了解影响这些电缆部署的变量，我们可以更好地平衡考虑因素（部署的电缆的长度，部署电缆的时间量），信号质量（纠结电缆可能更容易发生干扰），连接的弹性（由于外部因素，如地震活动，绷紧电缆更容易损坏。“
“从计算机转换计算机工具并验证它们以防止精密模型实验为工程力学提供了一种新颖的工具，用于解决其他棒状结构的设计和分析，这在性质和技术中很常见，”REIS继续。
“随着我们走到下一阶段，我们希望追求将细长长丝的机械机械与额外成分相结合的工程问题，例如阻力，接触和摩擦，”Grinspun增加。“我们正在寻找，例如，在细菌的运动，捆绑鞋带，头发在风中吹。”
提交：材料•先进
