Lavora a maglia ed elasticizzato

Cosa hanno in comune terremoti, robotica e saltatori?Samuel Poinclouxspiega perché la risposta sta nel lavoro a maglia e come lo stiramento di un materiale lavorato a maglia abbia le sue radici nella meccanica

Se hai mai conseguito un dottorato di ricerca in fisica, saprai che di solito inizi leggendo molte letture di base, imparando come utilizzare l'attrezzatura del tuo laboratorio e magari anche eseguendo alcuni esperimenti provvisori. Il mio dottorato è stato un po’ diverso. Ho iniziato guardando i video di YouTube per migliorare i miei ricami.

Il progetto che avevo accettato all'Ecole Normale Supérieure di Parigi riguardava la meccanica dei tessuti a maglia. La ricerca doveva avere due aspetti: uno teorico per determinare quali equazioni descrivessero il sistema; e uno sperimentale per testare meccanicamente le maglie reali per guidare e verificare la teoria. Il problema è che sapevo a malapena cosa fosse una maglia quando ho accettato il progetto.

Ho imparato rapidamente che ci sono differenze – sia strutturali che meccaniche – tra una maglia (come un maglione, una sciarpa o un cappello) e un'armatura (come una tovaglia, una camicia o un paio di jeans). In effetti, queste differenze sono facili da dimostrare. Se indossi i jeans, dovresti notare che la trama difficilmente si deforma. Indossando invece un maglione lavorato a maglia, potrai allungarlo senza sforzo fino a due volte la sua lunghezza. L'elasticità di una maglia è evidente anche se la avvolgi attorno a qualcosa: allungandosi localmente, una maglia può adattarsi a forme complesse; un tessuto, invece, deve piegarsi per conformarsi ad esso.

Le discrepanze tra maglie e armature sono vere anche se sono realizzate con lo stesso filato. Questo perché è la struttura dell'intreccio del filo a dettare il comportamento meccanico, non la composizione precisa del materiale. Come ho presto imparato nel mio dottorato, un tessuto è formato da due fasci di fili che si intrecciano perpendicolarmente (figura 1a). Tirare un'armatura non è quindi molto diverso dal tirare un filo singolo.

I tessuti a maglia, tuttavia, sono generalmente costituiti da un unico filato modellato in una rete di anelli chiamati punti (figura 1b). Tirare una maglia equivale quindi a deformare le asole e non a tirare direttamente il filo stesso. Questo meccanismo illustra come diverse strutture di intreccio possono influenzare la meccanica di un tessuto.

Dovrei chiarire che io e i miei colleghi ricercatori non siamo stati i primi a chiederci come si deforma una maglia. Chiunque lavori a maglia per divertimento ha bisogno di una profonda conoscenza empirica della struttura e della meccanica della maglia. La conoscenza della maglieria è importante anche nell'industria – e non solo nel settore dell'abbigliamento. Può, ad esempio, essere utilizzato per rinforzare i compositi negli aerei, nelle automobili o nei treni.

I primi studi sulla meccanica della maglia iniziano negli anni ’60. Ispirata dagli ingegneri meccanici, la ricerca ha coinvolto la modellazione del percorso esatto di un filo in un punto per determinare come questo filo si deforma se leggermente tirato. Questo lavoro ha fornito alcune bellissime equazioni, ma descrivevano solo un punto e non un intero tessuto.

Studi più recenti sono stati incoraggiati dalla comunità dei grafici, il che potrebbe sembrare strano, ma anche i personaggi animati devono essere vestiti adeguatamente. Questo lavoro ha portato ad un approccio completamente numerico (ACM Transactions on Graphics 31 4), che parte dal filato e arriva fino a tutta la maglia. Forniva una meccanica molto realistica, ma non forniva un'espressione analitica delle costanti meccaniche dei tessuti, né rivelava l'interazione tra parametri strutturali (ad esempio, dimensione del punto) e parametri materiali (come la rigidità del filato).

Il mio dottorato quindi prevedeva di guardare tra questi due estremi, dove c'è un divario nella nostra comprensione. Volevo scoprire se possiamo ottenere equazioni per descrivere direttamente la meccanica di un intero tessuto definendo allo stesso tempo il ruolo dei singoli parametri.

All’inizio della mia ricerca di risposte sono emerse due questioni principali. Innanzitutto, nonostante i tutorial su YouTube e alcuni preziosi consigli di mia nonna, i miei primi lavori a maglia erano terribili e inutili per essere testati adeguatamente. Il secondo problema era che il numero di parametri nelle maglie comunemente usate è colossale perché anche i filati più standard sono essi stessi oggetti incredibilmente complicati.