परमाणु ओरिगेमी सिद्धांत

यह कल्पना करके कि ओरिगेमी सिलवटों और झुकता एक जाली में परमाणु होते हैं, शोधकर्ताओं ने सरल संरचनाओं में अजीब व्यवहार की खोज की

माइकल असिस ने पाया कि ओरिगेमी एक चरण संक्रमण का अनुभव कर सकता है

1970 में, एस्ट्रोफिजिसिस्ट Koryo Miura ने एक ऐसी योजना की कल्पना की थी जिसे सबसे प्रसिद्ध और अच्छी तरह से अध्ययन की गई ओरिगामी तह योजनाओं में से एक बनने के लिए नियत किया गया था: मिउरा-ओरी । गुना पैटर्न समानांतर चतुर्भुज की एक मोज़ेक बनाता है, और यह पूरी संरचना को एक मोशन में बांधा और बिछाया जाता है, जिससे कार्ड को मोड़ने का एक शानदार तरीका बनता है। यह एक अंतरिक्ष यान के सौर पैनल को मोड़ने का एक शानदार तरीका भी है - मिउरा ने 1985 में इस विचार को प्रस्तावित किया था, और फिर इसे 1995 में जापानी उपग्रह स्पेस फ्लायर यूनिट पर वास्तविकता में लागू किया गया था।

पृथ्वी पर, मिउरा-ओरी अधिक से अधिक उपयोग कर रहा है। फोल्डिंग सिस्टम लचीली शीट को अपना आकार और ताकत देता है, एक आशाजनक मेटामेट्री बनाता है - एक ऐसी सामग्री जिसके गुण इसकी रासायनिक संरचना पर निर्भर नहीं करते हैं, लेकिन संरचना पर। मिउरा-ओरी का भी नकारात्मक पॉसन का अनुपात है । यदि आप इसे पक्षों से दबाते हैं, तो ओरिगेमी के ऊपरी और निचले हिस्से चलेंगे। लेकिन अधिकांश वस्तुओं के लिए ऐसा नहीं होता है - यदि आप एक केले को निचोड़ने की कोशिश करते हैं, कहते हैं, तो सामग्री इसके छोर से बाहर निकलना शुरू हो जाएगी।

शोधकर्ताओं ने अध्ययन किया कि मिउरा-ओरी का उपयोग पाइप, वक्र, और अन्य संरचनाएं बनाने के लिए कैसे किया जा सकता है जो रोबोटिक्स, एयरोस्पेस और वास्तुकला में उपयोग किए जा सकते हैं। यहां तक ​​कि फैशन डिजाइनर भी इस प्रणाली से प्रेरित थे, जिसमें कपड़े और स्कार्फ शामिल थे।

अब माइकल असिस, ऑस्ट्रेलिया में न्यूकैसल विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी, मिउरा-ओरी और इसी तरह के ओरिगामी को समझने के लिए एक असामान्य दृष्टिकोण पर काम कर रहा है: वह उन्हें सांख्यिकीय यांत्रिकी के चश्मे के माध्यम से मानता है।

एसिस का नया विश्लेषण, जिसे अब भौतिक समीक्षा ई के विशेषज्ञों द्वारा जांचा जा रहा है, ओरिगेमी का वर्णन करने के लिए सांख्यिकीय यांत्रिकी का उपयोग करने वाला पहला काम होगा। इसके अलावा, यह काम ओरिगेमी का अनुकरण करने वाला पहला तरीका है जो "पेंसिल और पेपर" का उपयोग करता है, जो सटीक समाधान पैदा करता है - समाधान जो अनुमानित कंप्यूटर गणना से स्वतंत्र हैं। गणितीय भौतिकी के विशेषज्ञ आर्थर इवांस कहते हैं, "कई लोगों ने सटीक समाधानों की उम्मीद खो दी है।"

आमतौर पर, सांख्यिकीय यांत्रिकी में विशेषज्ञ एक आइस क्यूब में मौजूद गैस या पानी के अणुओं जैसे कणों के एक सेट के उभरते गुणों और व्यवहार का वर्णन करने की कोशिश करते हैं। लेकिन सिलवटों के सेट भी नेटवर्क होते हैं, जिसमें केवल कण नहीं होते हैं, बल्कि सिलवटों के भी होते हैं। गैसों और क्रिस्टल के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले वैचारिक उपकरणों का उपयोग करते हुए, असीस को बहुत दिलचस्प विचार मिलते हैं।

गर्म तह

2014 में, इवांस ने एक टीम पर काम किया, जिसमें अध्ययन किया गया कि मिउरा-ओरी के साथ क्या हुआ जब इसमें दोष जोड़े गए। शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि कई सिलवटों को दबाकर, उभारों को दबाकर और समतलता को निचोड़कर, आप संरचना को अधिक टिकाऊ बना सकते हैं। दोष, दोष के रूप में सेवा करने के बजाय, गुण बन गए। दोषों को जोड़ने या हटाने से, आप वांछित शक्ति प्राप्त करके मिउरा-ओरी को फिर से कॉन्फ़िगर कर सकते हैं।

इसने असिस का ध्यान आकर्षित किया। "इस काम से पहले, किसी ने दोषों के बारे में नहीं सोचा," उन्होंने कहा।

वह सांख्यिकीय यांत्रिकी को समझता है, जो स्वाभाविक रूप से मिउरा-ओरी जैसी जाली योजनाओं पर लागू होता है। एक क्रिस्टल में, परमाणुओं को रासायनिक बंधों द्वारा जोड़ा जाता है। ओरिगामी में, चोटियां सिलवटों से जुड़ी होती हैं। केवल 10 दोहराई जाने वाली इकाइयों में भी, एसिस के अनुसार, सांख्यिकीय दृष्टिकोण, अपने व्यवहार का सही वर्णन कर सकता है।

तापमान बढ़ने पर दोष क्रिस्टल में दिखाई देते हैं। उदाहरण के लिए, एक आइस क्यूब में, गर्मी पानी के अणुओं के बीच के बंधन को नष्ट कर देती है, जो जाली में दोष बनाती है। नतीजतन, जाली पूरी तरह से नष्ट हो जाती है और बर्फ पिघल जाती है।

इसी प्रकार, असीस द्वारा ओरिगेमी के विश्लेषण में, गर्मी दोष का कारण बनती है। लेकिन इस मामले में, तापमान का मतलब यह नहीं है कि कितना ठंडा या गर्म है; यह सिस्टम की ऊर्जा को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, मिउरा-ओरी को लगातार बंद करने और खोलने से, आप जाली में ऊर्जा जोड़ते हैं, और सांख्यिकीय यांत्रिकी की भाषा में, इसका तापमान बढ़ाते हैं। यह दोषों की उपस्थिति की ओर जाता है, चूंकि निरंतर प्रकटीकरण और जमावट इस तथ्य को जन्म दे सकता है कि सिलवटों में से एक दूसरी दिशा में गुना जाएगा।

यह समझने के लिए कि दोष कैसे बढ़ता है, असीस ने फैसला किया कि प्रत्येक शीर्ष पर नहीं, बल्कि व्यक्तिगत कणों के रूप में प्रत्येक दोष पर विचार करना बेहतर होगा। इस मामले में, दोष स्वतंत्र रूप से चलने वाले गैस कणों के रूप में व्यवहार करते हैं। असिस भी घनत्व और दबाव जैसे मापदंडों की गणना कर सकता है।


मिउरा-ओरि ग्रिड दोष

अपेक्षाकृत कम तापमान पर, दोष हमेशा की तरह व्यवहार करते हैं। उच्च तापमान पर, जब दोष पूरे जाली को कवर करते हैं, तो ओरिगामी संरचना अपेक्षाकृत समान हो जाती है।

और इन राज्यों के बीच के अंतराल में, मिउरा-ओरी, ओरिगेमी के अन्य ट्रैपोज़ाइडल योजना की तरह, एक राज्य से दूसरे में एक तेज परिवर्तन से गुजरता है - भौतिकविदों को चरण संक्रमण कहते हैं। "मुझे आश्चर्य और खुशी हुई जब मैं ओरिगेमी में एक चरण संक्रमण का पता लगाने में कामयाब रहा," एसिस कहते हैं। - एक अर्थ में, यह इसकी जटिल संरचना को प्रदर्शित करता है। उसके पास वास्तविक सामग्री की जटिलता है। और अंत में, हमें यही चाहिए - वास्तविक दुनिया की मेटामेट्रिक्स। ”

प्रयोग के बिना, यह कहना मुश्किल है कि एक संक्रमण बिंदु पर ओरिगेमी कैसे बदलता है। उनका सुझाव है कि जैसे-जैसे दोषों की संख्या बढ़ती है, ग्रिड धीरे-धीरे कम और कम संगठित होते जाते हैं। संक्रमण बिंदु के बाद, इसमें पहले से ही इतने सारे दोष हैं कि संपूर्ण ओरिगेमी संरचना को हस्तक्षेप में निकाल दिया जाता है। "धारणा है कि पूरे आदेश गायब हो जाता है और ओरिगेमी बेतरतीब ढंग से व्यवहार करता है," वे कहते हैं।

हालांकि, सभी प्रकार के ओरिगेमी में चरण संक्रमण आवश्यक नहीं हैं। असिस ने " मार्स बैरेटो " नामक चौकों और समानांतर चतुर्भुज की मोज़ेक का भी अध्ययन किया। यह जाली एक चरण संक्रमण से नहीं गुजरती है, इसलिए, इसमें अधिक दोष जोड़ना संभव है और अव्यवस्था का कारण नहीं है। यदि आपको ऐसी सामग्री की आवश्यकता है जो अधिक दोषों का सामना कर सकती है, तो एसिस कहते हैं, तो यह वह जगह है जहां ओरिगामी काम में आता है।


असिस दिखाता है कि मिउरा-ओरी को ठीक करने के लिए दोषों का उपयोग कैसे करें

सपाट चेहरे

क्या ये निष्कर्ष वास्तविक ओरिगामी पर लागू होते हैं, एक बिंदु है। रॉबर्ट लैंग, एक ओरिगेमी भौतिक विज्ञानी और मूर्तिकार, का मानना ​​है कि असीस के मॉडल का उपयोग करने के लिए बहुत सही हैं। उदाहरण के लिए, यह मॉडल मानता है कि ओरिगामी को भले ही दोष हो, लेकिन एक सपाट आकृति में गुना करने के लिए बनाया जा सकता है, लेकिन वास्तव में, दोष शीट को फ्लैट बनाने से रोक सकते हैं। विश्लेषण में सिलवटों के कोनों को शामिल नहीं किया गया है, यह जोड़े जाने पर शीट को खुद को अंतर करने के लिए निषिद्ध नहीं करता है - और यह वास्तविक जीवन में नहीं हो सकता है। लैंग कहते हैं, '' इस तरह के सिलसिले के साथ असली ओरिगामी का वर्णन करने के लिए भी काम करीब नहीं आता है। ''

लेकिन असिस का कहना है कि मॉडल को उचित और आवश्यक माना जाता है, खासकर जब आपको सटीक समाधान प्राप्त करने की आवश्यकता होती है। कई व्यावहारिक मामलों में, उदाहरण के लिए, सौर पैनलों को मोड़ते समय, आपको फ्लैट को मोड़ने के लिए शीट की आवश्यकता होती है। तह दोष को सुचारू कर सकता है। सिलवटों के कोने महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं यदि वे दोषों के करीब स्थित हैं, खासकर यह देखते हुए कि झंझरी के किनारों को मोड़ भी सकते हैं। असिस ने भविष्य के पेपर में चेहरों को घुमाने पर विचार करने की योजना बनाई है।

दुर्भाग्य से, एक फ्लैट फिगर के लिए वैश्विक जोड़ की संभावना का सवाल सबसे कठिन गणितीय समस्याओं में से एक है, इसलिए अधिकांश शोधकर्ता एक सपाट आकृति के लिए केवल स्थानीय जोड़ की उपस्थिति मानते हैं। तो न्यू इंग्लैंड के पश्चिमी विश्वविद्यालय में गणितज्ञ थॉमस हल कहते हैं और 2014 से अध्ययन के सह-लेखक हैं। वह कहते हैं कि ऐसी धारणाएं समझ में आती हैं। लेकिन वह मानते हैं कि सिद्धांत और वास्तविक मेटामेट्रिक्स और संरचनाओं के विकास के बीच अंतर महत्वपूर्ण है। "यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि माइकल ने जिस तरह का काम शुरू किया है वह हमें अभ्यास में कुछ करने में मदद करेगा," उन्होंने कहा।

यह पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं को एसिस के विचारों का परीक्षण करने के लिए अपने स्वयं के प्रयोगों का संचालन करना होगा और मूल्यांकन करना होगा कि क्या मॉडल वास्तव में ओरिगामी की समझ बना सकते हैं, या क्या सांख्यिकीय यांत्रिकी के सिद्धांत केवल उनके साथ खेल सकते हैं। फिर भी, ऐसा अध्ययन सही दिशा में एक कदम है, हल कहते हैं। "हमें बुनियादी भवन ब्लॉकों की आवश्यकता है जो व्यावहारिक उपयोग के लिए उपयोग किए जा सकते हैं।"

2014 के काम को लिखने के लिए सहमत हुए एमहर्स्ट में मैसाचुसेट्स विश्वविद्यालय के एक भौतिक विज्ञानी क्रिश्चियन सेंटेनजेलो, उससे सहमत हैं। उनकी राय में, पर्याप्त शोधकर्ता ओरिगेमी दोषों पर काम नहीं कर रहे हैं, और उन्हें उम्मीद है कि प्रस्तुत कार्य इस क्षेत्र में अधिक वैज्ञानिकों को आकर्षित करेगा। "जाहिर है, ये समस्याएं उन लोगों के लिए प्राथमिकता नहीं हैं जो वास्तव में कुछ बना रहे हैं।" यह पसंद है या नहीं, लेकिन ओरिगामी तकनीक को दोषों के प्रभावों के गहन अध्ययन की आवश्यकता है। "ये संरचनाएं," उन्होंने कहा, "अपने दम पर नहीं जोड़ेंगे।"

आप मिउरा-ओरी को पीडीएफ फाइल को डाउनलोड और प्रिंट करके खुद को फोल्ड कर सकते हैं।